DE102017009606A1

DE102017009606A1 - Method and device for high-frequency ventilation of a patient

Info

Publication number: DE102017009606A1
Application number: DE102017009606.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ullrich Hansmann; Karsten Hiltawsky
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN109663185A

Abstract

Die Erfindung ist ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung (20) zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten, wobei mittels einer an eine Druckquelle (12) angeschlossenen und nahe am Patienten angeordneten Vorrichtung (20) zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten kurze Druckpulse (42) mit einer Dauer von weniger als 200 ms für die Hochfrequenzbeatmung erzeugt werden, wobei die Druckpulse (42) erzeugt werden, indem zum Beispiel mittels einer Steuerungseinrichtung (50) zumindest ein von einer Sensorik (24) des Patientenmoduls (20) erhältliches Sensorsignal (56, 58) mit zumindest einem variablen Schwellwert (44, 46) verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zumindest ein Steuersignal (60, 62) zur Ansteuerung zumindest eines Ventils (26, 28) des Patientenmoduls (20) generiert wird.

The invention relates to a method and a method (20) for high-frequency ventilation of a patient, wherein by means of a (12) connected to a pressure source (12) and arranged close to the patient device (20) for high-frequency ventilation of a patient short pressure pulses (42) with a Duration of less than 200 ms for the high-frequency ventilation, wherein the pressure pulses (42) are generated by, for example, by means of a control device (50) at least one of a sensor (24) of the patient module (20) available sensor signal (56, 58) is compared with at least one variable threshold value (44, 46) and, depending on the result of the comparison, at least one control signal (60, 62) for controlling at least one valve (26, 28) of the patient module (20) is generated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten sowie ein Verfahren zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten.The invention relates to a device for high-frequency ventilation of a patient and a method for high-frequency ventilation of a patient.

Vorrichtungen zum Beatmen eines Patienten sind z. B. Beatmungsgeräte oder Anästhesiegeräte. Beatmungsgeräte und Anästhesiegeräte - im Folgenden zusammenfassend als Beatmungsgeräte oder einzeln als Beatmungsgerät bezeichnet - werden dazu genutzt, Patienten, die entweder gar nicht selbständig atmen können oder Hilfe beim Atmen benötigen, Atemluft bereitzustellen. Dazu tragen die Patienten eine Gesichtsmaske, welche Mund und Nase abdeckt, oder einen Tubus, der in den Rachenraum und die Luftröhre des Patienten eingeführt ist. Die Gesichtsmaske oder der Tubus - im Folgenden zusammenfassend als Patientenschnittstelle bezeichnet - sind über zumindest einen Beatmungsschlauch mit dem Beatmungsgerät verbunden.Devices for breathing a patient are z. B. respirators or anesthetic equipment. Respirators and anesthesia machines - collectively referred to as respirators or individually referred to as respirators - are used to provide breathing air to patients who either are unable to breathe independently or need help breathing. Patients wear a face mask covering the mouth and nose, or a tube inserted into the patient's pharynx and trachea. The face mask or the tube - collectively referred to below as the patient interface - are connected via at least one breathing tube to the ventilator.

Beatmungsgeräte der oben genannten Art sind an sich bekannt und spezielle Beatmungsgeräte werden auch für die Hochfrequenzbeatmung von Patienten verwendet. Solche Beatmungsgeräte weisen große, leistungsstarke Pumpen auf, die ähnlich einem Lautsprecher aufgebaut sind und auf diese Weise eine für die Hochfrequenzbeatmung notwendige schnelle Volumen-/Druckveränderung erzeugen können. Alternativ zu solchen Pumpen sind Ventilatoren im Einsatz, die einen Volumenstrom erzeugen und durch schnelles Öffnen/Schließen eines vom Beatmungsgerät umfassten Exspirationsventils eine Druckpulsation erzeugen. Übliche Frequenzen bei der Hochfrequenzbeatmung liegen zwischen 5 Hz und 50 Hz. Meistens wird die Hochfrequenzbeatmung bei sehr kleinen (jungen) Patienten, insbesondere Frühgeborenen (Neonaten), eingesetzt, deren Oszillationsvolumen bei 2 ml/kg bis 2,5 ml/kg liegt.Respirators of the above type are known per se and special ventilators are also used for high frequency ventilation of patients. Such ventilators have large, powerful pumps which are constructed similar to a loudspeaker and in this way can produce a rapid volume / pressure change necessary for high-frequency ventilation. As an alternative to such pumps, fans are used which generate a volumetric flow and generate pressure pulsation by rapidly opening / closing an expiratory valve comprised by the respirator. Common frequencies in high-frequency ventilation are between 5 Hz and 50 Hz. In most cases, high-frequency ventilation is used in very small (young) patients, especially premature babies (neonates) whose volume of oscillation is 2 ml / kg to 2.5 ml / kg.

Der geräteseitige Aufwand bei einer Hochfrequenzbeatmung ist sehr hoch. Für die Erzeugung eines bei der Hochfrequenzbeatmung notwendigen Druckwechsels an und in der Patientenlunge müssen die anderen Totraumvolumina des Beatmungssystems ebenfalls hochfrequent oszillieren. Speziell bei kleinen Patienten mit einem Oszillationsvolumen von 1 ml steht dies in einem ungünstigen Verhältnis zum Volumen des Schlauchsystems von ca. 500 ml. Um eine hohe Druckwechselrate am Patienten zu erzielen, wären möglichst kurze, harte Schläuche nötig. Diese sind aber wegen ihrer mangelnden Flexibilität und kurzen Reichweite vor allem für kleinste Patienten sehr ungünstig. Zudem können Beatmungsgeräte in ihrer herkömmlichen Ausführung nur mittelbar die beim Patienten vorherrschenden pneumatischen Größen erfassen.The device-side effort in high-frequency ventilation is very high. For the generation of a pressure change on and in the patient lung which is necessary during high-frequency ventilation, the other dead space volumes of the respiration system must likewise oscillate at high frequency. Especially in small patients with an oscillation volume of 1 ml, this is in an unfavorable ratio to the volume of the tubing system of about 500 ml. In order to achieve a high pressure change rate on the patient, hard hoses as short as possible would be necessary. However, these are very unfavorable because of their lack of flexibility and short range, especially for the smallest patients. In addition, ventilators in their conventional design can only indirectly detect the prevailing pneumatic variables in the patient.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten anzugeben.An object of the present invention is to provide an improved apparatus and method for high-frequency ventilation of a patient.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer im Folgenden als Patientenmodul bezeichneten, räumlich von einer Druckquelle (zum Beispiel einem als Druckquelle fungierenden Beatmungsgerät) getrennten und mit der Druckquelle pneumatisch verbundenen Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten sowie mittels eines Verfahren zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten, das mittels eines solchen Patientenmoduls ausführbar ist und bei der Hochfrequenzbeatmung ausgeführt wird, gelöst. Die unabhängigen Ansprüche definieren die Merkmale des Verfahrens zur Hochfrequenzbeatmung mittels des Patientenmoduls sowie das Patientenmodul. Demgemäß ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten mittels des Patientenmoduls Folgendes vorgesehen: Das Patientenmodul ist nahe am Patienten angeordnet, zumindest deutlich näher am Patienten als dies bisher bei einem konventionellen Beatmungsgerät möglich war. Das Patientenmodul ist an eine vom Patienten und vom Patientenmodul entfernt angeordnete Druckquelle, zum Beispiel ein als Druckquelle fungierendes Beatmungsgerät, angeschlossen. Die Druckquelle stellt zumindest ein erstes und ein zweites Druckpotential bereit. According to the invention, this object is achieved by means of a device referred to below as a patient module, spatially separated from a pressure source (for example a ventilator acting as a pressure source) and pneumatically connected to the pressure source for ventilating a patient and by means of a method for high-frequency ventilation of a patient Patient module is executable and running in the high-frequency ventilation, solved. The independent claims define the features of the method of high frequency ventilation by means of the patient module as well as the patient module. Accordingly, in the method proposed here for high-frequency ventilation of a patient by means of the patient module, the following is provided: The patient module is arranged close to the patient, at least significantly closer to the patient than was previously possible with a conventional ventilator. The patient module is connected to a remote from the patient and the patient module pressure source, for example, a pressure source acting as a ventilator connected. The pressure source provides at least first and second pressure potentials.

Mittels des Patientenmoduls werden für die Hochfrequenzbeatmung kurze Druckpulse mit einer Dauer von weniger als 200 ms erzeugt. Die Druckpulse werden für eine Beatmungsfrequenz von 5 Hz und mehr erzeugt. Entsprechend liegt eine Gesamtdauer der einzelnen Druckpulse bei 200 ms und darunter. Die Druckpulse werden direkt mittels des nahe am Patienten angeordneten Patientenmoduls erzeugt. Das Patientenmodul ist dazu zum Beispiel bei einer bevorzugten Ausführungsform direkt mit einer Patientenschnittstelle, zum Beispiel einer Gesichtsmaske oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen Patientensch n ittstelle.By means of the patient module, short pressure pulses with a duration of less than 200 ms are generated for the high-frequency ventilation. The pressure pulses are generated for a respiration rate of 5 Hz and more. Accordingly, a total duration of the individual pressure pulses is 200 ms and below. The pressure pulses are generated directly by means of the patient module arranged close to the patient. For example, in a preferred embodiment, the patient module is directly connected to or part of a patient interface, such as a face mask or the like, or part of such a patient interface.

Zu Erzeugung der Druckpulse ist das Patientenmodul mittels eines ersten Beatmungsschlauchs (Inspirationsschlauch) an das erste, hohe Druckpotential der Druckquelle und mittels eines zweiten Beatmungsschlauchs (Exspirationsschlauch) an das zweite Druckpotential der Druckquelle angeschlossen. Das zweite Druckpotential ist niedriger als das erste Druckpotential und definiert insbesondere einen sogenannten positiven endexspiratorischen Druck (PEEP). Der Inspirationsschlauch ist oder wird auf Seiten des Patientenmoduls mittelbar oder unmittelbar an ein vom Patientenmodul umfasstes Inspirationsventil angeschlossen. Der Exspirationsschlauch ist oder wird auf Seiten des Patientenmoduls mittelbar oder unmittelbar an ein vom Patientenmodul umfasstes Exspirationsventil angeschlossen. Als Inspirationsventil und als Exspirationsventil fungieren jeweils eine Ventilanordnung mit einem hochfrequent ansteuerbaren Ventilantrieb.To generate the pressure pulses, the patient module is connected by means of a first breathing tube (inspiratory tube) to the first, high pressure potential of the pressure source and by means of a second breathing tube (expiratory tube) to the second pressure potential of the pressure source. The second pressure potential is lower than the first pressure potential and in particular defines a so-called positive end-expiratory pressure (PEEP). The inspiratory tube is or is connected on the side of the patient module directly or indirectly to an inspiratory valve encompassed by the patient module. The expiratory tube is or will be on the side of the patient module directly or indirectly to one of the patient module Includes included exhalation valve. In each case a valve arrangement with a high-frequency controllable valve drive function as an inspiratory valve and expiratory valve.

Die kurzen Druckpulse werden mittels der vom Patientenmodul umfassten Ventile (Inspirationsventil, Exspirationsventil) aus dem ersten und dem zweiten Druckpotential erzeugt, also zum Beispiel indem durch kurzzeitiges Öffnen des Inspirationsventils bei geschlossenem Exspirationsventil das am Inspirationsventil anstehende erste Druckpotential in Richtung auf den Patienten freigegeben wird und indem durch kurzzeitiges Öffnen des Exspirationsventils bei geschlossenem Inspirationsventil ein Druckausgleich von der Patientenlunge hin zum am Exspirationsventil anstehenden zweiten Druckpotential freigegeben wird.The short pressure pulses are generated from the first and the second pressure potential by means of the valves comprised by the patient module (inspiration valve, expiratory valve), thus for example by briefly opening the inspiratory valve with the expiratory valve closed, releasing the first pressure potential applied to the inspiratory valve in the direction of the patient and in that pressure equalization is released from the patient lung to the second pressure potential present at the expiratory valve by briefly opening the expiratory valve when the inspiratory valve is closed.

Das Öffnen oder Schließen der Ventile erfolgt aufgrund von zu den Ventilantrieben geleiteten Steuersignalen. Diese werden automatisch mittels einer Steuerungseinrichtung erzeugt und diese automatische Erzeugung erfolgt auf Basis von vorgegebenen oder vorgebbaren, die Charakteristika der Hochfrequenzbeatmung bestimmenden Beatmungsparametern.The opening or closing of the valves takes place on the basis of control signals conducted to the valve drives. These are automatically generated by means of a control device and this automatic generation takes place on the basis of predefined or predefinable ventilation parameters which determine the characteristics of high-frequency ventilation.

Das Patientenmodul, also die zur Ausführung des Hochfrequenzbeatmungsverfahrens bestimmte und eingerichtete Vorrichtung, ist in der oben beschriebenen Art an eine Druckquelle anschließbar und umfasst als Inspirationsventil und als Exspirationsventil jeweils eine Ventilanordnung, welcher ein hochfrequent ansteuerbarer Ventilantrieb zugeordnet ist. Jeder Ventilantrieb ist zum Öffnen oder zum Schließen der jeweiligen Ventilanordnung bestimmt und bewirkt in Abhängigkeit von einer jeweiligen Ansteuerung ein Öffnen oder Schließen der jeweiligen Ventilanordnung. Die Ventilantriebe können sich im Innern des Patientenmoduls befinden und damit Teil des Patientenmoduls sein. Die Ventilantriebe können aber auch vom Patientenmodul unabhängig sein, sodass bei einer eventuellen Entsorgung des Patientenmoduls die Ventilantriebe weiter verwendbar sind. Zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Ventilantriebe ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen. Diese ist entweder von dem Patientenmodul umfasst und damit Teil des Patientenmoduls oder - wie die Ventilantriebe - vom Patientenmodul unabhängig und damit auch bei einer eventuellen Entsorgung des Patientenmoduls weiter verwendbar. Mittels des Patientenmoduls und unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung sind kurze Druckpulse mit einer Dauer von weniger als 200 ms generierbar und werden beim Betrieb des Patientenmoduls für die Hochfrequenzbeatmung erzeugt.The patient module, that is, the device intended and configured for carrying out the high-frequency ventilation method, can be connected to a pressure source in the manner described above and comprises in each case a valve arrangement, which is assigned a high-frequency controllable valve drive, as inspiration valve and expiratory valve. Each valve drive is intended to open or close the respective valve arrangement and, depending on a respective activation, causes an opening or closing of the respective valve arrangement. The valve actuators can be located inside the patient module and thus be part of the patient module. The valve actuators can also be independent of the patient module so that the valve drives can continue to be used in the event of disposal of the patient module. For generating control signals for controlling the valve drives, a control device is provided. This is either included in the patient module and thus part of the patient module or - as the valve actuators - independent of the patient module and thus continue to be used in a possible disposal of the patient module. By means of the patient module and under control of the control device, short pressure pulses with a duration of less than 200 ms can be generated and are generated during operation of the patient module for high-frequency ventilation.

Der Vorteil des Verfahrens und eines zur Ausführung des Verfahrens bestimmten und eingerichteten Patientenmoduls besteht - kurz gefasst - darin, dass alle wesentlichen Funktionseinheiten nahe am Patienten angeordnet sind. Dies ermöglicht die Erzeugung der genannten kurzen Druckpulse und erst aufgrund solcher kurzer Druckpulse ergibt sich die bei der Hochfrequenzbeatmung eines Patienten notwendige Oszillation des Atemgasvolumens.The advantage of the method and of a patient module designed and set up to carry out the method, in brief, is that all essential functional units are arranged close to the patient. This allows the generation of said short pressure pulses and only due to such short pressure pulses results in the need for high-frequency ventilation of a patient oscillation of the breathing gas volume.

Die Oszillation des Atemgasvolumens beschränkt sich auf die Atemwege des Patienten und auf der Geräteseite auf den Abschnitt zwischen den Atemwegen des Patienten und den Ventilen des Patientenmoduls. Aufgrund des nahe am Patienten angeordneten Patientenmoduls ergibt sich ein minimiertes geräteseitiges Totraumvolumen. Dieses führt zu geringen Verlusten und entsprechend zu einer geringen Bedämpfung der Druckpulse. Das relevante geräteseitige Totraumvolumen kann mittels harter Schläuche realisiert sein. Damit ergibt sich ein optimiertes Tiefpassverhalten des geräteseitigen Totraumvolumens, weil einerseits aufgrund kurzer Wege ein minimierter Strömungswiderstand und andererseits aufgrund harter (steifer, wenig elastischer) Schläuche eine geringe Compliance resultiert. Das Ergebnis ist, dass die Hochfrequenzbeatmung mittels kurzer, ausgeprägter Druckpulse erfolgen kann.The oscillation of the breathing gas volume is limited to the respiratory tract of the patient and on the side of the device on the section between the patient's airways and the valves of the patient module. Due to the patient module arranged close to the patient, a minimized device-side dead space volume results. This leads to low losses and correspondingly to a low damping of the pressure pulses. The relevant device-side dead space volume can be realized by means of hard hoses. This results in an optimized low-pass behavior of the device-side dead space volume, because on the one hand due to short distances minimized flow resistance and on the other hand due to hard (stiff, less elastic) hoses low compliance results. The result is that the high-frequency ventilation can be done by means of short, pronounced pressure pulses.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen innerhalb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merkmale des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombinationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Allgemein kann das Patientenmodul auch entsprechend spezieller Merkmale des Verfahrens zur Hochfrequenzbeatmung fortgebildet sein, indem das Patientenmodul Mittel umfasst, die zur Ausführung des jeweiligen Verfahrensmerkmals bestimmt und eingerichtet sind. Gleiches gilt entsprechend auch für eine optionale Fortbildung des Verfahrens zur Hochfrequenzbeatmung entsprechend der Funktion einzelner oder mehrerer von dem Patientenmodul umfasster Funktionseinheiten (Mittel). Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Patientenmoduls nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Relationships used within the claims indicate the further development of the subject-matter of the claimed claim by the features of the respective dependent claim. They are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features or feature combinations of a dependent claim. In general, the patient module can also be developed in accordance with special features of the method for high-frequency ventilation in that the patient module comprises means that are intended and set up for executing the respective method feature. The same applies correspondingly also to an optional further development of the method for high-frequency ventilation in accordance with the function of one or more functional units (means) encompassed by the patient module. Furthermore, with regard to an interpretation of the claims and the description in a more specific specification of a feature in a dependent claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respectively preceding claims and in a more general embodiment of the subject patient module. Each reference in the description to aspects of dependent claims is therefore to be read even without specific reference expressly as a description of optional features.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Druckpulse erzeugt, indem mittels der Steuerungseinheit zumindest ein Sensorsignal mit zumindest einem variablen Schwellwert verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zumindest ein Steuersignal zur Ansteuerung zumindest eines Ventils des Patientenmoduls, nämlich des jeweiligen Ventilantriebs, generiert wird. Das Patientenmodul umfasst selbst die Sensorik, mittels derer das zumindest eine Sensorsignal erfasst wird. Das zumindest eine Sensorsignal repräsentiert damit sehr gut die tatsächlichen pneumatischen Verhältnisse in unmittelbarer Nähe der Atemwege des Patienten. Das jeweils aufgrund eines solchen Sensorsignals angesteuerte Ventil beeinflusst die pneumatischen Verhältnisse unmittelbar am Patienten und ist zudem aufgrund des hochfrequent ansteuerbaren Ventilantriebs für die Hochfrequenzbeatmung ausreichend schnell. In one embodiment of the method, the pressure pulses are generated by using the control unit to compare at least one sensor signal with at least one variable threshold and depending on the result of the comparison at least one control signal for controlling at least one valve of the patient module, namely the respective valve drive is generated. The patient module itself includes the sensors, by means of which the at least one sensor signal is detected. The at least one sensor signal thus very well represents the actual pneumatic conditions in the immediate vicinity of the respiratory tract of the patient. The valve, which is triggered in each case on the basis of such a sensor signal, influences the pneumatic conditions directly on the patient and is also sufficiently fast due to the high-frequency controllable valve drive for high-frequency ventilation.

Für das Verfahren und das nach dem Verfahren arbeitende Patientenmodul reicht grundsätzlich genau ein variabler Schwellwert aus, der zum Beispiel als oberer Schwellwert zum Umschalten zwischen einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase oder als unterer Schwellwert zum Umschalten zwischen einer exspiratorischen Phase und einer inspiratorischen Phase des nächstfolgenden Atemzyklus fungiert. Bei nur einem derartigen Schwellwert kann als fixer und damit nicht variabler, also vom Bediener des Patientenmoduls nicht veränderbarer Schwellwert ein unterer oder ein oberer Druckgrenzwert oder dergleichen verwendet werden. Bei zwei Schwellwerten fungiert einer der Schwellwerte als unterer Schwellwert und der andere Schwellwert als oberer Schwellwert. Bei zwei Schwellwerten ist eine noch größere Einflussmöglichkeit auf den Druckverlauf bei der Hochfrequenzbeatmung gegeben. Demgemäß ist bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens und einem nach dem Verfahren arbeitenden Patientenmodul vorgesehen, dass zur Erzeugung der Druckpulse ein unterer und ein oberer Schwellwert berücksichtigt werden und bei Erreichen des oberen Schwellwerts eine Umschaltung zwischen einer exspiratorischen Phase und einer anschließenden inspiratorischen Phase sowie bei Erreichen des unteren Schwellwerts eine Umschaltung zwischen einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase erfolgt.For the method and the patient module operating according to the method, in principle exactly one variable threshold value is sufficient, which, for example, can be used as an upper threshold for switching between an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase or as a lower threshold for switching between an expiratory phase and an inspiratory phase of the next respiratory cycle. With only one such threshold value, it is possible to use a lower or an upper pressure limit value or the like as the fixed and therefore non-variable threshold value, that is to say, that can not be changed by the operator of the patient module. For two thresholds, one of the thresholds acts as the lower threshold and the other threshold acts as the upper threshold. With two threshold values, there is an even greater possibility of influencing the pressure course in high-frequency ventilation. Accordingly, in a particular embodiment of the method and a patient module operating according to the method, a lower and an upper threshold value are taken into account for generating the pressure pulses, and a switchover between an expiratory phase and a subsequent inspiratory phase and upon reaching the upper threshold value the lower threshold, a switching between an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase takes place.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des Verfahrens und einem nach dem Verfahren arbeitenden Patientenmodul ist vorgesehen, dass die Beatmungsfrequenz und/oder ein mittlerer Atemwegsdruck durch eine Verschiebung des zumindest einen Schwellwerts (oder durch eine Verschiebung des unteren oder oberen Schwellwerts oder durch eine Verschiebung des unteren Schwellwerts und des oberen Schwellwerts) durch einen Bediener des Patientenmoduls angepasst wird bzw. variierbar ist. Dafür ist bei einer besonderen Ausführungsform eine vom Patientenmodul unabhängige, aber mit dem Patientenmodul leitungslos und/oder leitungsgebunden kommunikativ verbundene Bedieneinrichtung vorgesehen. Als Bedieneinrichtung kommt zum Beispiel auch eine Bedieneinrichtung eines als Druckquelle für das Patientenmodul fungierenden Beatmungsgeräts oder Anästhesie- und Beatmungsgeräts in Betracht. Ein solches Gerät weist üblicherweise die für eine Bedienung des Patientenmoduls notwendigen Anzeige- und Bedienelemente auf.In a further particular embodiment of the method and a patient module operating according to the method it is provided that the respiration frequency and / or a mean airway pressure by a shift of the at least one threshold value (or by a shift of the lower or upper threshold value or by a shift of the lower threshold value and the upper threshold) is adjusted by an operator of the patient module. For this purpose, in a particular embodiment, an operating device which is independent of the patient module but communicatively connected to the patient module without a lead and / or cable is provided. For example, an operating device of a ventilator or anesthetic and ventilator device acting as a pressure source for the patient module can also be considered as the operating device. Such a device usually has the necessary for an operation of the patient module display and controls.

Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Verfahrens sowie des nach dem Verfahren arbeitenden Patientenmoduls umfasst die vom Patientenmodul umfasste Sensorik zumindest einen Drucksensor und liefert als Sensorsignal zumindest ein einen Druckmesswert kodierendes Sensorsignal. Bei einer alternativen oder weiteren Ausführungsform des Verfahrens sowie des nach dem Verfahren arbeitenden Patientenmoduls umfasst die vom Patientenmodul umfasste Sensorik zumindest einen Flowsensor und liefert als Sensorsignal zumindest ein einen Flowmesswert kodierendes Sensorsignal. Das den zumindest einen Druckmesswert oder den zumindest einen Flowmesswert kodierende Sensorsignal wird bei dem mittels der Steuerungseinheit durchgeführten Vergleich mit dem zumindest einen Schwellwert berücksichtigt. Ein den Schwellwert erreichender Druckmesswert oder Flowmesswert führt demnach zu einer Umschaltung.In yet another embodiment of the method and of the patient module operating according to the method, the sensor system encompassed by the patient module comprises at least one pressure sensor and supplies as sensor signal at least one sensor signal encoding a pressure measurement value. In an alternative or further embodiment of the method and of the patient module operating according to the method, the sensor system encompassed by the patient module comprises at least one flow sensor and supplies as sensor signal at least one sensor signal encoding a flow measurement. The sensor signal which codes the at least one pressure measurement value or the at least one flow measurement value is taken into account in the comparison with the at least one threshold value carried out by means of the control unit. Accordingly, a pressure reading or flow reading reaching the threshold will result in a switchover.

Der Betrieb des Patientenmoduls erfolgt automatisch unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung. Diese kann Teil des Patientenmoduls, aber auch vom Patientenmodul unabhängig und dann in an sich bekannter Art und Weise zur Datenübermittlung von und/oder zum Patientenmodul kommunikativ mit diesem verbunden sein. Die Steuerungseinrichtung umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher. In den Speicher ist ein von der Verarbeitungseinheit ausführbares Steuerungsprogramm geladen oder ladbar, das beim Betrieb des Patientenmoduls durch dessen Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Bedienhandlungen eines Benutzers können entweder an der Steuerungseinrichtung oder an dem dann als Bedien- und Benutzerschnittstelle der Steuerungseinrichtung und des Patientenmoduls fungierenden Beatmungsgerät vorgenommen werden.The operation of the patient module is carried out automatically under control of the control device. This can be part of the patient module, but also communicatively connected to it by the patient module and then in a manner known per se for data transmission from and / or to the patient module. The control device comprises, in a basically known manner, a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor, as well as a memory. A control program executable by the processing unit is loaded or loadable into the memory, which is executed during operation of the patient module by its processing unit. Operator actions of a user can be carried out either on the control device or on the ventilator then functioning as the operating and user interface of the control device and the patient module.

Soweit das mittels der Steuerungseinrichtung ausführbare und beim Betrieb des Patientenmoduls ausgeführte Steuerungsprogramm betroffen ist, fungieren die Steuerungseinrichtung und das Steuerungsprogramm als Mittel zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb des Patientenmoduls und zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren und von dem Steuerungsprogramm umfassten Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb des Patientenmoduls ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.Insofar as the control program executable by the control device and executed during operation of the patient module is affected, the control device and the control program function as means for carrying out a method for operating the patient module and for radiofrequency ventilation of a patient. The invention is thus on the one hand also a computer program with program executable by a computer and program program instructions included on the other hand, a storage medium with such a computer program, ie a computer program product with program code means, and finally also a control device, in the memory as means for performing the method for Operation of the patient module such a computer program is loaded or loadable.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.

Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.The embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings features for the Professional with regard to the solution of the task are removable and lead by combinable features to a new object.

Es zeigen:

1 eine Patientenlunge, ein als Druckquelle für eine Beatmung des Patienten vorgesehenes Beatmungsgerät, ein nahe am Patienten befindliches Patientenmodul und eine Patientenschnittstelle,
2 das Patientenmodul mit weiteren Einzelheiten, nämlich einer von dem Patientenmodul umfassten Sensorik sowie zumindest einem von dem Patientenmodul umfassten Ventil,
3 eine Ausführungsform einer von dem Patientenmodul umfassten Ventilanordnung,
4 eine Ausführungsform eines Ventilantriebs einer Ventilanordnung,
5 eine alternative Ausführungsform einer Ventilanordnung gemäß 3,
6 eine weitere alternative Ausführungsform einer Ventilanordnung gemäß 3 mit einem räumlich von den sonstigen Elementen der Ventilanordnung entfernt anordenbaren Ventilantrieb,
7 ein Membranelement und ein dem Membranelement zugeordnetes Verschlusselement sowie die auf die unterschiedlichen Seiten (Unter- oder Oberseite) und Abschnitte (Membranelement oder Verschlusselement) wirkenden Drücke,
8 einen Druckverlauf bei einer Hochfrequenzbeatmung eines Patienten,
9 einen im Vergleich zu 8 geänderten Druckverlauf und
10 eine Steuerungseinrichtung zum Betrieb des Patientenmoduls.

Show it:

1 a patient lung, a ventilator provided as a source of pressure for patient ventilation, a patient module proximate to the patient, and a patient interface;
2 the patient module with further details, namely a sensor system encompassed by the patient module and at least one valve encompassed by the patient module,
3 an embodiment of a valve assembly comprised by the patient module,
4 An embodiment of a valve drive of a valve arrangement,
5 an alternative embodiment of a valve assembly according to 3 .
6 a further alternative embodiment of a valve assembly according to 3 with a valve drive which can be arranged spatially remotely from the other elements of the valve arrangement,
7 a membrane element and a closure element associated with the membrane element and the pressures acting on the different sides (bottom or top side) and sections (membrane element or closure element),
8th a pressure curve in a high-frequency ventilation of a patient,
9 one compared to 8th changed pressure gradient and
10 a control device for operating the patient module.

Die Darstellung in 1 zeigt - schematisch stark vereinfacht - die Lunge eines Patienten (Patientenlunge 10) und eine Druckquelle 12. Als Druckquelle 12 fungiert zum Beispiel ein Medizingerät, insbesondere ein Medizingerät in Form eines Beatmungsgeräts oder eines Beatmungsgeräts in Form eines kombinierten Anästhesie- und Beatmungsgeräts. Wesentlich ist, dass die Druckquelle 12 zwei verschiedene Druckpotentiale liefert, nämlich ein erstes Druckpotential und ein zweites, im Vergleich zu dem ersten Druckpotential niedrigeres Druckpotential, wobei das niedrigere Druckpotential auch unterhalb des Umgebungsdrucks liegen kann. Das erste Druckpotential kann auch als ein hohes Druckpotential bezeichnet werden. Die Druckquelle 12, also zum Beispiel das Beatmungsgerät, ist mittels eines im Folgenden als Patientenschnittstelle 14 bezeichneten Kopplungsstücks sowie mittels eines als Inspirationsschlauch 16 und eines als Exspirationsschlauch 18 fungierenden Beatmungsschlauchs 16, 18 mit den Atemwegen des Patienten und der Patientenlunge 10 verbunden. Die Pfeile oberhalb des Inspirationsschlauchs 16 und unterhalb des Exspirationsschlauchs 18 veranschaulichen die im Betrieb resultierende Richtung des Volumenstroms.The representation in 1 shows - schematically greatly simplified - the lungs of a patient (patient lung 10 ) and a pressure source 12 , As a pressure source 12 For example, a medical device, in particular a medical device in the form of a ventilator or a ventilator in the form of a combined anesthetic and ventilator, functions. It is essential that the pressure source 12 provides two different pressure potentials, namely a first pressure potential and a second, compared to the first pressure potential lower pressure potential, wherein the lower pressure potential may also be below the ambient pressure. The first pressure potential may also be referred to as a high pressure potential. The pressure source 12 , for example, the ventilator, is hereinafter referred to as a patient interface 14 designated coupling piece as well as by means of an inspiratory tube 16 and one as an expiratory tube 18 functioning breathing tube 16 . 18 with the respiratory tract of the patient and the patient's lung 10 connected. The arrows above the inspiratory tube 16 and below the expiratory tube 18 illustrate the direction of the volume flow resulting in operation.

Nahe am Patienten, zum Beispiel vom Patienten selbst getragen, befindet sich ein Patientenmodul 20, an welches die Beatmungsschläuche 16, 18 angeschlossen sind. Jeder Beatmungsschlauch 16, 18 verbindet das Patientenmodul 20 mit einem der beiden verschiedenen, von der Druckquelle 12 bereitgestellten Druckpotentiale. Über den Port der Druckquelle 12, an den der Inspirationsschlauch 16 angeschlossen ist, stellt die Druckquelle 12 dem Patientenmodul 20 ein als inspiratorischer Druck (P_insp ) fungierendes erstes, hohes Druckpotential zur Verfügung, zum Beispiel 30 mbar. Über den Port der Druckquelle 12, an den der Exspirationsschlauch 18 angeschlossen ist, stellt die Druckquelle 12 dem Patientenmodul 20 ein zweites, im Vergleich niedrigeres Druckpotential zur Verfügung, zum Beispiel 5 mbar. Das zweite Druckpotential wird zum Beispiel an der Druckquelle 12 entsprechend einem notwendigen positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) eingestellt.Close to the patient, for example worn by the patient, is a patient module 20 to which the breathing tubes 16 . 18 are connected. Every breathing tube 16 . 18 connects the patient module 20 with one of the two different, from the pressure source 12 provided pressure potentials. Via the port of the pressure source 12 to which the inspiratory tube 16 is connected, provides the pressure source 12 the patient module 20 one as inspirational pressure ( P _insp ) acting first, high pressure potential available, for example 30 mbar. Via the port of the pressure source 12 to which the expiratory tube 18 is connected, provides the pressure source 12 the patient module 20 a second, in comparison lower pressure potential available, for example 5 mbar. The second pressure potential is, for example, at the pressure source 12 adjusted according to a necessary positive end expiratory pressure (PEEP).

Intern umfasst das Patientenmodul 20 ein sogenanntes Y-Stück, mit welchem der Inspirationszweig und der Exspirationszweig in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zusammengefasst und in zusammengefasster Form auf die Patientenschnittstelle 14 geführt sind. Ohne ein solches Y-Stück fungiert das Patientenmodul 20 und ein das Patientenmodul 20 umgebendes Gehäuse selbst als Mittel zur Zusammenführung des Inspirationszweigs und des Exspirationszweigs auf die Patientenschnittstelle 14.Internally, this includes the patient module 20 a so-called Y-piece, with which the inspiratory branch and the exhalation branch in principle summarized in a known manner and summarized on the patient interface 14 are guided. Without such a Y-piece, the patient module functions 20 and the patient module 20 surrounding housing itself as a means for merging the inspiratory branch and the expiratory branch on the patient interface 14 ,

Bei der Patientenschnittstelle 14 kann es sich um eine zur Beatmung eines Patienten vorgesehene sogenannte Gesichtsmaske oder dergleichen handeln. Darüber hinaus kann es sich bei der Patientenschnittstelle 14 auch um einen sogenannten Tubus 22 (Endotrachealtubus) oder eine Endotrachealkanüle handeln. Das oben erwähnte Y-Stück kann sich im oder am Patientenmodul 20 befinden oder Teil der Patientenschnittstelle 14 sein.At the patient interface 14 it may be a so-called face mask or the like provided for ventilating a patient. In addition, it may be at the patient interface 14 also around a so-called tube 22 (Endotracheal tube) or an endotracheal cannula act. The above-mentioned Y-piece may be in or on the patient module 20 located or part of the patient interface 14 his.

Das Patientenmodul 20 ist auf einer Ausgangsseite mit der Patientenschnittstelle 14 verbunden, zum Beispiel indem das Patientenmodul 20 lösbar mit der Patientenschnittstelle 14 kombiniert ist oder indem das Patientenmodul 20 Teil der Patientenschnittstelle 14 ist. Auf einer Eingangsseite ist das Patientenmodul 20 mit der jeweiligen Druckquelle 12, also zum Beispiel einem Beatmungsgerät, verbunden. Das Patientenmodul 20 gewährleistet eigenständig die für die Beatmung des Patienten notwendigen Druck- und Volumenstromverhältnisse.The patient module 20 is on an output page with the patient interface 14 connected, for example, by the patient module 20 detachable with the patient interface 14 is combined or by the patient module 20 Part of the patient interface 14 is. On one input side is the patient module 20 with the respective pressure source 12 , so for example a respirator, connected. The patient module 20 independently ensures the pressure and volume flow conditions necessary for the ventilation of the patient.

Die Darstellung in 2 zeigt - weiterhin schematisch stark vereinfacht - eine Ausführungsform des Patientenmoduls 20 mit weiteren Einzelheiten. Das Patientenmodul 20 umfasst eine ggf. auch verteilte Sensorik 24, welche zumindest einen Sensor, zum Beispiel einen Drucksensor und/oder einen Flowsensor, umfasst. Des Weiteren umfasst das Patientenmodul 20 zwei Ventile 26, 28, nämlich ein Inspirationsventil 26 und ein Exspirationsventil 28. Die Ventile 26, 28 sind dem Ende des jeweiligen Beatmungsschlauchs 16, 18 zugeordnet, also das Inspirationsventil 26 dem Inspirationsschlauch 16 und das Exspirationsventil 28 dem Exspirationsschlauch 18. Bevorzugt sind die Ventile 26, 28 gleich oder zumindest gleichartig ausgeführt.The representation in 2 shows - also schematically greatly simplified - an embodiment of the patient module 20 with more details. The patient module 20 includes a possibly also distributed sensors 24 which comprises at least one sensor, for example a pressure sensor and / or a flow sensor. Furthermore, the patient module includes 20 two valves 26 . 28 namely, an inspiratory valve 26 and an expiratory valve 28 , The valves 26 . 28 are the end of the respective breathing tube 16 . 18 assigned, so the inspiratory valve 26 the inspiratory tube 16 and the expiratory valve 28 the expiratory tube 18 , The valves are preferred 26 . 28 the same or at least similar.

Die Darstellungen in 3 (3a, 3b) und 5 (5a bis 5d) zeigen eine als pneumatische Steuervorrichtung fungierende Ventilanordnung 30. Die Ventilanordnung 30 gemäß 3 kommt als Inspirationsventil 26 und als Exspirationsventil 28 in dem Patientenmodul 20 in Betracht. Die Ventilanordnung 30 gemäß 5 kommt ebenfalls als Inspirationsventil 26 in Betracht. Jede Ventilanordnung 30 umfasst ein Gehäuse 32 und eine mit dem Gehäuse 32 verbundene und als Ventilantrieb 34 fungierende Pumpvorrichtung. Als Pumpvorrichtung / Ventilantrieb 34 fungiert eine Piezopumpe. Die Pumpvorrichtung / die Piezopumpe ist vorzugsweise in zwei Richtungen durchströmbar und ist somit eine Zwei-Wege-Pumpe.The illustrations in 3 ( 3a . 3b) and 5 ( 5a to 5d) show a functioning as a pneumatic control valve arrangement 30 , The valve arrangement 30 according to 3 comes as an inspiration valve 26 and as an expiratory valve 28 in the patient module 20 into consideration. The valve arrangement 30 according to 5 also comes as an inspiration valve 26 into consideration. Every valve arrangement 30 includes a housing 32 and one with the case 32 connected and as valve drive 34 functioning pumping device. As pumping device / valve drive 34 acts a piezo pump. The pumping device / piezoelectric pump can preferably be flowed through in two directions and is thus a two-way pump.

Eine Ventilanordnung 30 kann mehr als einen Ventilantrieb 34 (Pumpvorrichtung / Piezopumpe) aufweisen. Die Piezopumpen können dabei als Stack aus in Reihe geschalteten Piezopumpen ausgebildet sein. Mittels der Stackbildung können die Pumpendrücke mehrerer Piezopumpen zusammengefasst werden. Alternativ können mehrere parallel geschaltete Piezopumpen in der Ventilanordnung 30 vorhanden sein.A valve arrangement 30 can do more than one valve drive 34 (Pumping device / piezo pump) have. The piezo pumps can be designed as a stack of piezopumps connected in series. By means of the stack formation, the pump pressures of several piezo pumps can be combined. Alternatively, several parallel connected piezo pumps in the valve assembly 30 to be available.

4 (4a, 4b) zeigt den Ventilantrieb 34 mit weiteren Details. Danach weist der Ventilantrieb 34 eine erste Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 und eine zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 auf, die durch einen Zwei-Wege-Kanal 106 verbunden sind. Der Zwei-Wege-Kanal 106 verläuft zwischen einem Außengehäuse 108 und einem Innengehäuse 110. Die zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 ist im Außengehäuse 108 gebildet. Die erste Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 ergibt sich aufgrund eines Abstands zwischen einem Rand des Außengehäuses 108 und dem angrenzenden Innengehäuse 110. Das Innengehäuse 110 ist mittels einer Abdeckplatte 112 verschlossen. 4 ( 4a . 4b) shows the valve drive 34 with more details. Thereafter, the valve drive 34 a first two-way port 102 and a second two-way port 104 on, passing through a two-way channel 106 are connected. The two-way channel 106 runs between an outer housing 108 and an inner housing 110 , The second two-way port 104 is in the outer casing 108 educated. The first two-way port 102 results from a distance between an edge of the outer housing 108 and the adjacent inner housing 110 , The inner case 110 is by means of a cover plate 112 locked.

In dem Zwei-Wege-Kanal 106 ist im Innengehäuse 110 eine Pumpöffnung 114 angeordnet, die den Zwei-Wege-Kanal 106 mit einer Pumpenkammer 116 verbindet. In der Pumpenkammer 116 sind ein Piezoelement 118 und ein Pumpenmembranelement 120 angeordnet. Das Pumpenmembranelement 120 ist einerseits mit dem Piezoelement 118 und andererseits - über flexible Verbindungselemente 122 - mit dem Innengehäuse 110 verbunden. Das Piezoelement 118 wird mittels eines Wechselspannungsgenerators 124 in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise mit alternierenden elektrischen Spannungen beaufschlagt. Diese bewirken eine spannungsinduzierte Verformung des Piezoelements 118 und diese Verformung führt zu einer gesteuerten Schwingung des Pumpenmembranelements 120. Aufgrund einer mittels des Wechselspannungsgenerators 124 abgegebenen hochfrequenten Wechselspannung schwingt das Pumpenmembranelement 120 in der Pumpenkammer 116 mit hoher Frequenz und im Ergebnis werden Pumpstöße durch die resultierende Volumenänderung der Pumpenkammer 116 erzeugt (Funktion der als Ventilantrieb 34 fungierenden Piezopumpe als Hochfrequenzpumpe). Diese Pumpstöße können durch die Pumpöffnung 114 in den Zwei-Wege-Kanal 106 hinein wirken und bewirken eine Strömung eines jeweiligen Fluids, zum Beispiel Luft, durch die zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104.In the two-way channel 106 is in the inner housing 110 a pump opening 114 arranged the two-way channel 106 with a pump chamber 116 combines. In the pump chamber 116 are a piezo element 118 and a pump membrane element 120 arranged. The pump membrane element 120 is on the one hand with the piezoelectric element 118 and on the other hand - via flexible fasteners 122 - with the inner housing 110 connected. The piezo element 118 is by means of an AC voltage generator 124 In principle, in a known manner with alternating electrical voltages acted upon. These cause a stress-induced deformation of the piezoelectric element 118 and this deformation results in controlled vibration of the pumping membrane element 120 , Due to a means of the AC voltage generator 124 emitted high-frequency AC voltage vibrates the pump diaphragm element 120 in the pump chamber 116 with high frequency and as a result, pump surges are caused by the resulting volume change of the pump chamber 116 generated (function of the valve drive 34 acting piezo pump as a high-frequency pump). These pump surges can through the pump opening 114 in the two-way channel 106 into and cause a flow of a respective fluid, for example air, through the second two-way port 104 ,

Die Strömung durch die Pumpöffnung 114, die aus der Pumpenkammer 116 hinaus gerichtet ist, ist auf die zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 gerichtet. D.h., dass ein Pumpstoß, der durch eine Verkleinerung des Volumens der Pumpenkammer 116 erzeugt wird, durch die Pumpöffnung 114 direkt auf die zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 gerichtet wird. In diesem Fall reißt die Strömung zwischen der Pumpöffnung 114 und der zweiten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 das Fluid im Zwei-Wege-Kanal 106 mit, sodass eine Strömung von der ersten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 zur zweiten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 erzeugt wird. Bei einer Vergrößerung des Volumens der Pumpenkammer 116 wird das Fluid von dem Zwei-Wege-Kanal 106 durch die Pumpöffnung 114 in die Pumpenkammer 116 gesogen. In diesem Fall wird das Fluid aus dem Zwei-Wege-Kanal 106 in die Pumpenkammer 116 gesogen.The flow through the pump opening 114 coming out of the pump chamber 116 directed out is, is on the second two-way port 104 directed. That is, a pump surge caused by a reduction in the volume of the pump chamber 116 is generated through the pump opening 114 directly to the second two-way port 104 is directed. In this case, the flow breaks between the pump opening 114 and the second two-way port 104 the fluid in the two-way channel 106 with, allowing a flow from the first two-way port 102 to the second two-way port 104 is produced. At an increase in the volume of the pump chamber 116 The fluid from the two-way channel 106 through the pump opening 114 in the pump chamber 116 sucked. In this case, the fluid from the two-way channel 106 in the pump chamber 116 sucked.

Die Pumpöffnung 114 ist dabei so weit von der zweiten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 entfernt angeordnet, dass nur ein geringer Anteil an Fluid durch die zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 in den Zwei-Wege-Kanal 106 durch die Pumpöffnung 114 in die Pumpenkammer 116 fließt. Der größere Teil des Fluids wird aus der ersten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 durch den Zwei-Wege-Kanal 106 und die Pumpöffnung 114 in die Pumpenkammer 116 gesaugt. Wenn der Ventilantrieb (Piezopumpe) 34 ausgeschaltet ist, ist in dem Zwei-Wege-Kanal 106 keine gerichtete Strömung vorhanden. Vielmehr besteht dann zwischen der ersten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 und der zweiten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 ein freier Strömungsweg durch den Zwei-Wege-Kanal 106, der in beide Richtungen gerichtet sein kann. Es kann somit zwischen der ersten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 102 und der zweiten Zwei-Wege-Durchlassöffnung 104 ein Druckausgleich stattfinden. Daher wird kein Entlastungsventil oder dergleichen benötigt.The pump opening 114 is so far from the second two-way port 104 arranged that only a small amount of fluid through the second two-way port 104 in the two-way channel 106 through the pump opening 114 in the pump chamber 116 flows. The greater part of the fluid will be from the first two-way port 102 through the two-way channel 106 and the pump opening 114 in the pump chamber 116 sucked. When the valve drive (piezo pump) 34 is off, is in the two-way channel 106 there is no directional flow. Rather, there is then between the first two-way port 102 and the second two-way port 104 a free flow path through the two-way channel 106 which can be directed in both directions. It can thus be between the first two-way port 102 and the second two-way port 104 a pressure equalization take place. Therefore, no relief valve or the like is needed.

Bei der Ausführungsform der Ventilanordnung 30 gemäß 3a ist der Ventilantrieb 34 ausgebildet und angeordnet, um Luft von der Umgebung in eine Steuerdruckkammer 130 im Innern des Gehäuses 32 der Ventilanordnung 30 zu pumpen. Folglich wird mittels des Ventilantriebs 34 eine Druckerhöhung in der Steuerdruckkammer 130 erzeugt. Der unterhalb des Ventilantriebs 34 vertikal nach unten weisende Pfeil zeigt dabei die Steuerflussrichtung an, mit der eine Fluidströmung vom Ventilantrieb 34 weg (aus der Piezopumpe heraus) dargestellt wird. Der Ventilantrieb 34 ist mit der Steuerdruckkammer 130 fluidkommunizierend zum Erzeugen eines Steuerdrucks in der Steuerdruckkammer 130 verbunden.In the embodiment of the valve assembly 30 according to 3a is the valve drive 34 designed and arranged to move air from the environment into a control pressure chamber 130 inside the case 32 the valve assembly 30 to pump. Consequently, by means of the valve drive 34 an increase in pressure in the control pressure chamber 130 generated. The below the valve drive 34 vertical down arrow indicates the direction of control flow, with which a fluid flow from the valve drive 34 away (from the piezo pump out) is shown. The valve drive 34 is with the control pressure chamber 130 fluid communicating for generating a control pressure in the control pressure chamber 130 connected.

Ein Membranelement 132 bildet zusammen mit einem Verschlusselement 134 eine elastisch bewegliche Wand der Steuerdruckkammer 130. Das Membranelement 132 ist mit dem Verschlusselement 134 verbunden, insbesondere einstückig mit dem Verschlusselement 134 verbunden. Das Verschlusselement 134 ist dazu ausgebildet, eine erste Öffnung 136 einer im Innern des Gehäuses 32 gebildeten Druckkammer 138 zu verschließen oder zu öffnen. Das Membranelement 132 und das Verschlusselement 134 unterteilen das Innere des Gehäuses 32 der Ventilanordnung 30 und grenzen die Steuerdruckkammer 130 von der Druckkammer 138 ab. Die erste Öffnung 136 kann einen Durchmesser von 1 mm bis 10 mm haben. Der gewählte Durchmesser der ersten Öffnung 136 hängt von dem Vordruck ab, mit dem die pneumatische Ventilanordnung 30 arbeitet.A membrane element 132 forms together with a closure element 134 an elastically movable wall of the control pressure chamber 130 , The membrane element 132 is with the closure element 134 connected, in particular integrally with the closure element 134 connected. The closure element 134 is designed to have a first opening 136 one inside the case 32 formed pressure chamber 138 to close or open. The membrane element 132 and the closure element 134 divide the interior of the case 32 the valve assembly 30 and border the control pressure chamber 130 from the pressure chamber 138 from. The first opening 136 can have a diameter of 1 mm to 10 mm. The selected diameter of the first opening 136 depends on the form with which the pneumatic valve assembly 30 is working.

Bei der in 3a gezeigten Situation wird aufgrund eines erhöhten Drucks in der Steuerdruckkammer 130 das Membranelement 132 hin zu der Öffnung 136 ausgelenkt. Dabei wird das Verschlusselement 134 auf die erste Öffnung 136 gedrückt und die erste Öffnung 136 wird verschlossen. Bei der in 3b gezeigten Situation ist das Membranelement 132 in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt und die erste Öffnung 136 ist offen.At the in 3a shown situation is due to an increased pressure in the control pressure chamber 130 the membrane element 132 towards the opening 136 deflected. In this case, the closure element 134 on the first opening 136 pressed and the first opening 136 is closed. At the in 3b the situation shown is the membrane element 132 deflected in the opposite direction and the first opening 136 is open.

Wenn die Ventilanordnung 30 gemäß 3 als Inspirationsventil 26 in einem Patientenmodul 20 (2) fungiert, sind zum Beispiel an ein erstes Anschlussleitungselement 140, an dessen Ende sich im Innern des Gehäuses 32 die erste Öffnung 136 befindet, der Inspirationsschlauch 16 und über den Inspirationsschlauch 16 die Druckquelle 12 (1) angeschlossen. Bei einer als Exspirationsventil 28 fungierenden Ventilanordnung 30 ist entsprechend an das erste Anschlussleitungselement 140 der Exspirationsschlauch 18 und über diesen die Druckquelle 12 angeschlossen. Der aufgrund der Druckquelle 12 resultierende Volumenstrom wird durch den unterhalb des Anschlussleitungselements 140 gezeigten und vertikal nach oben weisenden Pfeil, der die Pumpenflussrichtung kennzeichnet, dargestellt. Der durch die Druckquelle 12 erzeugte Druck an der ersten Öffnung 136 reicht möglicherweise nicht aus, um den mittels des Ventilantriebs 34 erzeugten Druck in der Steuerdruckkammer 130 zu kompensieren. Entsprechend verschließt das Verschlusselement 134 die erste Öffnung 136 so lange, bis mittels des Ventilantriebs 34 in der Steuerdruckkammer 130 ein Steuerdruck erzeugt wird, dessen Kraft auf das Membranelement 132 kleiner ist als die Kraft, die aufgrund der Druckquelle 12 auf das Membranelement 132 wirkt.When the valve assembly 30 according to 3 as an inspiration valve 26 in a patient module 20 ( 2 ) are, for example, to a first lead element 140 , at the end of which is inside the case 32 the first opening 136 located, the inspiratory tube 16 and over the inspiratory tube 16 the pressure source 12 ( 1 ) connected. At one as exhalation valve 28 acting valve assembly 30 is corresponding to the first connection line element 140 the expiratory tube 18 and over this the pressure source 12 connected. The due to the pressure source 12 resulting volume flow is through the below the connecting line element 140 shown and pointing vertically upward arrow, which indicates the pump flow direction shown. The one by the pressure source 12 generated pressure at the first opening 136 may not be sufficient to the by means of the valve drive 34 generated pressure in the control pressure chamber 130 to compensate. Accordingly, the closure element closes 134 the first opening 136 so long, until by means of the valve drive 34 in the control pressure chamber 130 a control pressure is generated whose force on the membrane element 132 less than the force due to the pressure source 12 on the membrane element 132 acts.

Die Druckkammer 138 weist weiter eine zweite Öffnung 142 auf, an welche ein zweites Anschlussleitungselement 144 anschließt. Das zweite Anschlussleitungselement 144 kann ein Auslass hin zu einem Patienten oder der Patientenschnittstelle 14 (1) sein. Solange das Verschlusselement 134 die erste Öffnung 136 verschließt, fließt kein Fluid durch die zweite Öffnung 142. Grundsätzlich können der Inspirationsschlauch 16 und der Exspirationsschlauch 18 auch an das zweite Anschlussleitungselement 144 der jeweiligen Ventilanordnung 30 angeschlossen sein, denn die Ventilanordnung 30 ist vom ersten zum zweiten Anschlussleitungselement 140, 144 wie auch vom zweiten zum ersten Anschlussleitungselement 144, 140 durchströmbar.The pressure chamber 138 further has a second opening 142 on, to which a second connection line element 144 followed. The second connection line element 144 may be an outlet to a patient or the patient interface 14 ( 1 ) his. As long as the closure element 134 the first opening 136 closes, no fluid flows through the second opening 142 , Basically, the inspiratory tube 16 and the expiratory 18 also to the second connection line element 144 the respective valve arrangement 30 be connected, because the valve assembly 30 is from the first to the second connection line element 140 . 144 as well as from the second to the first connection line element 144 . 140 flow through.

Die Darstellung in 3b zeigt eine Situation, wie sie sich bei einem ausgeschalteten Ventilantrieb 34 ergibt. Der Ventilantrieb 34 (die Piezopumpe) bildet dabei eine offene fluidkommunizierende Verbindung zwischen der Steuerdruckkammer 130 und der Umgebung. D.h., dass zwischen der Steuerdruckkammer 130 und der Umgebung ein Druckausgleich stattfindet, sodass in der Steuerdruckkammer 130 Umgebungsdruck herrscht. Der Druck in dem ersten Anschlussleitungselement 140 - zum Beispiel bei einer als Inspirationsventil 26 fungierenden Ventilanordnung 30 der aufgrund der angeschlossenen Druckquelle 12 (1) resultierende Druck P_insp - ist nun größer als der Druck in der Steuerdruckkammer 130, der auf das Membranelement 132 wirkt. Daher wird das Membranelement 132 mit dem Verschlusselement 134 in die Steuerdruckkammer 130 hineingedrückt, sodass das Verschlusselement 134 die erste Öffnung 136 öffnet. Dann sind die erste Öffnung 136 und die zweite Öffnung 142 über die Druckkammer 138 fluidkommunizierend miteinander verbunden, sodass ein von der Druckquelle 12 kommender Gasvolumenstrom von der ersten Öffnung 136 zu der zweiten Öffnung 142 (und vom ersten Anschlussleitungselement 140 in das zweite Anschlussleitungselement 144) und von dort zur Patientenschnittstelle 14 fließen kann. Der resultierende Volumenstrom ist durch den neben dem zweiten Anschlussleitungselement 144 gezeigten Pfeil veranschaulicht, welcher die Durchlassflussrichtung darstellt. Die pneumatische Ventilanordnung 30 ist nun geöffnet.The representation in 3b shows a situation that occurs when the valve drive is switched off 34 results. The valve drive 34 (The piezo pump) forms an open fluid-communicating connection between the control pressure chamber 130 and the environment. That is, between the control pressure chamber 130 and the environment pressure equalization takes place, so in the control pressure chamber 130 Ambient pressure prevails. The pressure in the first connection line element 140 - For example, as an inspiratory valve 26 acting valve assembly 30 due to the connected pressure source 12 ( 1 ) resulting pressure P _insp - is now greater than the pressure in the control pressure chamber 130 that is on the membrane element 132 acts. Therefore, the membrane element becomes 132 with the closure element 134 in the control pressure chamber 130 pressed in, so that the closure element 134 the first opening 136 opens. Then the first opening 136 and the second opening 142 over the pressure chamber 138 fluidly communicating with each other so that one from the pressure source 12 incoming gas flow from the first opening 136 to the second opening 142 (and from the first connection line element 140 in the second connection line element 144 ) and from there to the patient interface 14 can flow. The resulting volume flow is through the adjacent to the second connection line element 144 which illustrates the forward flow direction. The pneumatic valve arrangement 30 is now open.

Die pneumatische Ventilanordnung 30 gemäß 3 (3a, 3b) und 5 (5a, 5b; 5c, 5d) kann als Proportionalventil fungieren. Je nachdem wie stark der Ventilantrieb 34 pumpt, d.h. wie groß der Druck in der Steuerdruckkammer 130 ist, kann der Abstand zwischen dem Verschlusselement 134 und der ersten Öffnung 136 gesteuert werden. Bei kleinen Abständen kann nur ein geringer Fluidstrom von der ersten Öffnung 136 zu der zweiten Öffnung 142 fließen. Bei großem Abstand, d.h. bei einem kleinen Steuerdruck, kann ein großer Fluidstrom zwischen der ersten Öffnung 136 und der zweiten Öffnung 142 fließen. Bei einer Funktion als Proportionalventil wird der Druckwiderstand an der ersten Öffnung 136 konstant gehalten.The pneumatic valve arrangement 30 according to 3 ( 3a . 3b) and 5 ( 5a . 5b ; 5c . 5d) can act as a proportional valve. Depending on how strong the valve drive 34 pumps, ie how big the pressure in the control pressure chamber 130 is, the distance between the closure element 134 and the first opening 136 being controlled. At small distances, only a small flow of fluid from the first opening 136 to the second opening 142 flow. At a large distance, ie at a small control pressure, a large fluid flow between the first opening 136 and the second opening 142 flow. In a function as a proportional valve, the pressure resistance at the first opening 136 kept constant.

Die Darstellungen in 5 (5a, 5b sowie 5c, 5d) zeigen eine spezielle Ausführungsform der Ventilanordnung 30 nach 3. Diese Ventilanordnung 30 kann in dem Patientenmodul 20 (2) als Inspirationsventil 26 eingesetzt werden und wird in Abhängigkeit vom Hinterdruck gesteuert. Dabei ist der Hinterdruck derjenige Druck, der sich bei dem aus der pneumatischen Ventilanordnung 30 herausfließenden Fluid einstellt. Dementsprechend ist der Vordruck der Druck, der sich beim Hineinfließen in die pneumatische Ventilanordnung 30 einstellt. Wenn - wie in 5b dargestellt - bei geöffnetem Verschlusselement 134 das Fluid von der zweiten Öffnung 142 zu der ersten Öffnung 136 fließt, herrscht an der zweiten Öffnung 142 und der mit der zweiten Öffnung 142 verbundenen Druckkammer 138 der Vordruckzustand. An der ersten Öffnung 136 und dem damit verbundenen ersten Anschlussleitungselement 140 herrscht entsprechend der Hinterdruck.The illustrations in 5 ( 5a . 5b such as 5c . 5d) show a special embodiment of the valve assembly 30 to 3 , This valve arrangement 30 can in the patient module 20 ( 2 ) as an inspiratory valve 26 be used and is controlled depending on the back pressure. In this case, the back pressure of that pressure, which in the case of the pneumatic valve assembly 30 adjusts outflowing fluid. Accordingly, the pre-pressure is the pressure that flows into the pneumatic valve assembly 30 established. If - as in 5b shown - with open closure element 134 the fluid from the second opening 142 to the first opening 136 flows, prevails at the second opening 142 and the one with the second opening 142 connected pressure chamber 138 the pre-printed condition. At the first opening 136 and the associated first connection line element 140 the back pressure prevails accordingly.

Die Ausführungsformen gemäß 5 umfassen zunächst die gleichen Elemente wie die Ausführungsform nach 3, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Bezüglich der Strömungsrichtung durch die Ventilanordnung 30 gemäß 5a, 5b ist eine im Vergleich zu der Strömungsrichtung durch die Ventilanordnung 30 gemäß 3 umgekehrte Strömungsrichtung vorgesehen. Demgemäß kann an dem zweiten Anschlussleitungselement 144 eine Druckquelle 12 (1) und an dem ersten Anschlussleitungselement 140 eine Patientenschnittstelle 14 (1) angeschlossen sein oder werden.The embodiments according to 5 first comprise the same elements as the embodiment according to 3 , so that reference is made to the description there. With respect to the flow direction through the valve assembly 30 according to 5a . 5b is one compared to the flow direction through the valve assembly 30 according to 3 reverse flow direction provided. Accordingly, at the second connection line element 144 a pressure source 12 ( 1 ) and on the first connection line element 140 a patient interface 14 ( 1 ) or be connected.

Zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß 3 umfasst die Ausführungsform gemäß 5 eine zum Ventilantrieb 34 gehörende Verbindungskammer 146 und ein als Abzweig- oder Verbindungsleitung fungierendes Abzweigleitungselement 148. Aus der Verbindungskammer 146 wird beim Betrieb der Ventilanordnung 30 bei einem Pumpvorgang ein Fluid entnommen und mittels des Ventilantriebs (Piezopumpe) 34 in die Steuerdruckkammer 130 gepumpt.In addition to the embodiment according to 3 includes the embodiment according to 5 one to the valve drive 34 belonging connection chamber 146 and a branch line element functioning as a branch or connection line 148 , From the connection chamber 146 is during operation of the valve assembly 30 taken during a pumping a fluid and by means of the valve drive (piezo pump) 34 in the control pressure chamber 130 pumped.

Weiter ist die Verbindungskammer 146 fluidkommunizierend über das Abzweigleitungselement 148 mit dem ersten Anschlussleitungselement 140 verbunden. Über das Abzweigleitungselement 148 kann damit ein Druckausgleich zwischen dem ersten Anschlussleitungselement 140 sowie der ersten Öffnung 136 und der Verbindungskammer 146 stattfinden. In der Verbindungskammer 146 herrscht damit der Hinterdruck.Next is the connection chamber 146 fluid communicating via the branch line element 148 with the first connection line element 140 connected. Via the branch line element 148 This allows pressure equalization between the first connection line element 140 as well as the first opening 136 and the connection chamber 146 occur. In the connection chamber 146 the back pressure prevails.

Wenn und solange der Ventilantrieb 34 eingeschaltet ist, herrscht in der Steuerdruckkammer 130 ein höherer Druck als in der Druckkammer 138 und an der ersten Öffnung 136. Daher wird das Membranelement 132 mit dem Verschlusselement 134 auf die erste Öffnung 136 gedrückt und verschließt die erste Öffnung 136. Ein Volumenstrom von der (eingangsseitigen) zweiten Öffnung 142 zur (ausgangsseitigen) ersten Öffnung 136 ist nicht möglich und ein eventueller vorheriger Volumenstrom wird unterbrochen,If and as long as the valve drive 34 is switched on, prevails in the control pressure chamber 130 a higher pressure than in the pressure chamber 138 and at the first opening 136 , Therefore, the membrane element becomes 132 with the closure element 134 on the first opening 136 pressed and closes the first opening 136 , A volume flow from the (input side) second opening 142 to the (output side) first opening 136 is not possible and any previous volume flow is interrupted,

Sobald der Ventilantrieb 34 ausgeschaltet ist, ergibt sich zwischen der Steuerdruckkammer 130 und der Verbindungskammer 146 eine offene fluidkommunizierende Verbindung (über den Zwei-Wege-Kanal 106; 3). Zwischen der Verbindungskammer 146 und der Steuerdruckkammer 130 kann damit ein Druckausgleich stattfinden, sodass sich in der Steuerdruckkammer 130 der Hinterdruck einstellt. Damit herrscht in der Steuerdruckkammer 130 der gleiche Druck wie an der ersten Öffnung 136 und wie am ersten Anschlussleitungselement 140.As soon as the valve drive 34 is switched off, results between the control pressure chamber 130 and the connection chamber 146 an open fluid communicating connection (via the two-way channel 106 ; 3 ). Between the connection chamber 146 and the control pressure chamber 130 can thus take place a pressure equalization, so that in the control pressure chamber 130 the back pressure setting. This prevails in the control pressure chamber 130 the same pressure as at the first opening 136 and as at the first lead element 140 ,

Da der Vordruck in der Druckkammer 138 aufgrund der am zweiten Anschlussleitungselement 144 angeschlossenen Druckquelle 12 größer ist als der Hinterdruck, wird das Membranelement 132 mit dem Verschlusselement 134 in die Steuerdruckkammer 130 hineingedrückt (von der ersten Öffnung 136 weg). Das Verschlusselement 134 wird damit in den Öffnungszustand versetzt, sodass die erste Öffnung 136 geöffnet ist. Damit kann zwischen der (eingangsseitigen) zweiten Öffnung 142 und der (ausgangsseitigen) ersten Öffnung 136 ein Fluid strömen. Bei einer Funktion als Inspirationsventil 26 in einem Patientenmodul 20 gemäß 2 sind an das zur zweiten Öffnung 142 führende zweite Anschlussleitungselement 144 der Inspirationsschlauch 16 und über den Inspirationsschlauch 16 die Druckquelle 12 angeschlossen und das an die erste Öffnung 136 anschließende erste Anschlussleitungselement 140 ist zum Beispiel zum Innern des Patientenmoduls 20 und damit mittelbar zur Patientenschnittstelle 14 und den Atemwegen des Patienten offen oder an die Patientenschnittstelle 14 angeschlossen.Since the form in the pressure chamber 138 due to the second connection line element 144 connected pressure source 12 is greater than the back pressure, the membrane element 132 with the closure element 134 in the control pressure chamber 130 pressed in (from the first opening 136 path). The closure element 134 is thus placed in the open state, so that the first opening 136 is open. Thus, between the (input side) second opening 142 and the (output side) first opening 136 flow a fluid. In a function as an inspiratory valve 26 in a patient module 20 according to 2 are at the second opening 142 leading second connection line element 144 the inspiratory tube 16 and over the inspiratory tube 16 the pressure source 12 connected to the first opening 136 subsequent first connecting line element 140 is for example to the interior of the patient module 20 and thus indirectly to the patient interface 14 and the respiratory tract of the patient open or to the patient interface 14 connected.

In 5b ist ein Betriebszustand der Ventilanordnung 30 dargestellt, bei welchem der Ventilantrieb 34 einen Druck erzeugt, der gemeinsam mit dem Hinterdruck einen Druck in der Steuerdruckkammer 130 erzeugt, welcher bewirkt, dass das Membranelement 132 und das Verschlusselement 134 von der ersten Öffnung 136 weg ausgelenkt werden, so dass ein Volumenstrom von der zweiten Öffnung 142 hin zu der ersten Öffnung 136 möglich ist. Die Ansteuerung der Ventilanordnung 30 erfolgt also hinterdruckabhängig.In 5b is an operating condition of the valve assembly 30 shown in which the valve drive 34 generates a pressure which, together with the back pressure, a pressure in the control pressure chamber 130 generated, which causes the membrane element 132 and the closure element 134 from the first opening 136 be deflected away, leaving a volume flow from the second opening 142 towards the first opening 136 is possible. The activation of the valve arrangement 30 thus takes place back pressure-dependent.

Die Ventilanordnung 30 gemäß 5a, 5b stellt damit einen hinterdruckgesteuerten Druckwiderstand dar (die Ventilanordnung 30 ist ein hinterdruckgesteuerter Druckwiderstand / fungiert als hinterdruckgesteuerter Druckwiderstand). Beim Betrieb der Ventilanordnung 30 werden der Öffnungszustand des Verschlusselements 134 und der Abstand zwischen dem Verschlusselement 134 und der ersten Öffnung 136 abhängig vom Hinterdruck gesteuert. Je nach Größe des Hinterdrucks kann der Ventilantrieb (Piezopumpe) 34 nur ein bestimmtes Volumen in die Steuerdruckkammer 130 pumpen. Wenn ein geringer Hinterdruck herrscht, wird auch der Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 130 geringer ausfallen als wenn ein höherer Hinterdruck herrschen würde. Bei einem geringeren Hinterdruck wird damit der Abstand zwischen dem Verschlusselement 134 und der ersten Öffnung 136 erhöht, da das Membranelement 132 durch den geringeren Steuerdruck, der aus dem geringeren Hinterdruck resultiert, tiefer in die Steuerdruckkammer 130 hineingedrückt wird als bei einem höheren Hinterdruck.The valve arrangement 30 according to 5a . 5b thus represents a back pressure-controlled pressure resistance (the valve assembly 30 is a back pressure-controlled pressure resistance / acts as back pressure-controlled pressure resistance). During operation of the valve assembly 30 be the opening state of the closure element 134 and the distance between the closure element 134 and the first opening 136 controlled depending on back pressure. Depending on the size of the back pressure, the valve drive (piezo pump) 34 only a certain volume in the control pressure chamber 130 pump. If there is a slight back pressure, the control pressure in the control pressure chamber also becomes 130 lower than if a higher back pressure prevailed. At a lower back pressure so that the distance between the closure element 134 and the first opening 136 increased because the membrane element 132 due to the lower control pressure resulting from the lower back pressure, deeper into the control pressure chamber 130 is pressed in than at a higher pressure.

Die Darstellungen in 5c, 5d zeigen eine weitere hinterdruckgesteuerte Ausführungsform der Ventilanordnung 30. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 5a, 5b ist an diese Ventilanordnung 30 die Druckquelle 12 (1) am ersten Anschlussleitungselement 140 und am zweiten Anschlussleitungselement 144 die Patientenschnittstelle 14 (1) angeschlossen oder anschließbar. Bei dieser Ausführungsform fungiert demnach das erste Anschlussleitungselement 140 als Eingang und das zweite Anschlussleitungselement 144 als Ausgang, wie dies auch durch die beiden Pfeile in der Darstellung in 5d angedeutet ist. Bei der in 5d gezeigten Situation ist ein Volumenstrom durch die Ventilanordnung 30 vom (eingangsseitigen) ersten Anschlussleitungselement 140 zum (ausgangsseitigen) zweiten Anschlussleitungselement 144 möglich und es erfolgt auch hierbei eine Hinterdrucksteuerung mittels des patientenseitigen (ausgangsseitigen) Drucks.The illustrations in 5c . 5d show a further rear-pressure-controlled embodiment of the valve assembly 30 , Unlike the embodiment according to 5a . 5b is to this valve assembly 30 the pressure source 12 ( 1 ) on the first connection line element 140 and at the second connection line element 144 the patient interface 14 ( 1 ) connected or connectable. In this embodiment, therefore, the first connection line element functions 140 as input and the second connection line element 144 as output, as indicated by the two arrows in the illustration in 5d is indicated. At the in 5d shown situation is a flow through the valve assembly 30 from the (input side) first connection line element 140 to the (output side) second connection line element 144 possible and there is also a back pressure control by means of the patient side (output side) pressure.

Für alle gezeigten Ventilanordnungen 30 (3, 5) gilt, dass der Ventilantrieb 34 sich entweder - wie gezeigt - innerhalb des Gehäuses 32 der Ventilanordnung 30 befindet oder alternativ auch außerhalb des Gehäuses 32 und damit räumlich getrennt von den restlichen Komponenten der Ventilanordnung 30 platzierbar ist. Dann ist - wie dies die Darstellung in 6 auf Basis der Darstellung in 3a und in schematisch stark vereinfachter Form zeigt - der Ventilantrieb 34 mittels einer Verbindung in Form eines Schlauchs 36 oder dergleichen an das Gehäuse 32 der Ventilanordnung 30 angeschlossen und der Ventilantrieb 34 an die Steuerdruckkammer 130 angekoppelt. Auch dann ist der Ventilantrieb 34 zum Erzeugen eines Steuerdrucks in der Steuerdruckkammer 130 fluidkommunizierend mit der Steuerdruckkammer 130 verbunden. Für die Ausführungsformen gemäß 5 gilt dies entsprechend, wobei der Ventilantrieb 34 dann in einem eigenen Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet ist, dessen Inneres als Verbindungskammer 146 fungiert, und wobei das Abzweigleitungselement 148 zum Beispiel in Form eines weiteren Schlauchs oder dergleichen einseitig in die Verbindungskammer 146 mündet.For all valve arrangements shown 30 ( 3 . 5 ) holds that the valve drive 34 itself either - as shown - within the housing 32 the valve assembly 30 or alternatively outside the housing 32 and thus spatially separated from the remaining components of the valve assembly 30 is placeable. Then - as this is the illustration in 6 based on the illustration in 3a and in a greatly simplified schematic form - the valve drive 34 by means of a connection in the form of a hose 36 or the like to the housing 32 the valve assembly 30 connected and the valve drive 34 to the control pressure chamber 130 coupled. Even then, the valve drive 34 for generating a control pressure in the control pressure chamber 130 fluid communicating with the control pressure chamber 130 connected. For the embodiments according to 5 this applies accordingly, with the valve drive 34 then in a separate housing (not shown) is arranged, the interior of which as a connecting chamber 146 and wherein the branch line element 148 for example in the form of a further hose or the like on one side into the connecting chamber 146 empties.

7 (7a bis 7e) zeigt das Membranelement 132 und das Verschlusselement 134. Im Interesse einer besseren Übersicht sind die Bezugsziffern nur in der Darstellung in 7a eingetragen. Das Membranelement 132 und das Verschlusselement 134 befinden sich im Innern des Gehäuses 32 der Ventilanordnung 30 und trennen die Steuerdruckkammer 130 von der Druckkammer 138. 7 ( 7a to 7e) shows the membrane element 132 and the closure element 134 , For the sake of clarity, the reference numerals are only in the illustration in 7a entered. The membrane element 132 and the closure element 134 are inside the case 32 the valve assembly 30 and disconnect the control pressure chamber 130 from the pressure chamber 138 ,

Die Darstellung in 7b zeigt die steuerdruckkammerseitige (Steuerdruckkammer 130) Oberfläche des Membranelements 132 (außen) und des Verschlusselements 134 (innen) der Ventilanordnung 30 in 5a, 5b. Hier liegt sowohl in einem äußeren Bereich, also am Membranelement 132, wie auch in einem inneren Bereich, also am Verschlusselement 134, der Steuerdruck Ps aus der Steuerdruckkammer 130 an. Die Darstellung in 7c zeigt die andere, also die druckkammerseitige (Druckkammer 138) Oberfläche des Membranelements 132 und des Verschlusselements 134 der Ventilanordnung 30 in 5a, 5b. An dieser Seite der Oberfläche liegt im äußeren Bereich, also am Membranelement 132, der Druck P_Q der an das zweite Anschlussleitungselement 144 angeschlossenen Druckquelle und im inneren Bereich, also am Verschlusselement 134, der patientenseitige Druck P_P an.The representation in 7b shows the control pressure chamber side (control pressure chamber 130 ) Surface of the membrane element 132 (outside) and the closure element 134 (inside) the valve assembly 30 in 5a . 5b , Here lies both in an outer region, ie on the membrane element 132 , as well as in an inner area, so on the closure element 134 , the control pressure Ps from the control pressure chamber 130 on. The representation in 7c shows the other, so the pressure chamber side (pressure chamber 138 ) Surface of the membrane element 132 and the closure element 134 the valve assembly 30 in 5a . 5b , On this side of the surface lies in the outer region, ie on the membrane element 132 , the pressure P _Q the to the second connection line element 144 connected pressure source and in the inner region, ie the closure element 134 , the patient-side pressure P _P on.

Die Darstellung in 7d zeigt die steuerdruckkammerseitige Oberfläche des Membranelements 132 und des Verschlusselements 134 der Ventilanordnung 30 in 5c, 5d. Hier liegt sowohl in einem äußeren Bereich, also am Membranelement 132, wie auch in einem inneren Bereich, also am Verschlusselement 134, der Steuerdruck Ps aus der Steuerdruckkammer 130 an. Die Darstellung in 7e zeigt die druckkammerseitige Oberfläche des Membranelements 132 und des Verschlusselements 134 der Ventilanordnung 30 in 5c, 5d. An dieser Seite der Oberfläche liegt im äußeren Bereich, also am Membranelement 132, der patientenseitige Druck P_P und im inneren Bereich, also am Verschlusselement 134, der Druck P_Q der an das zweite Anschlussleitungselement 144 angeschlossenen Druckquelle an.The representation in 7d shows the control pressure chamber side surface of the membrane element 132 and the closure element 134 the valve assembly 30 in 5c . 5d , Here lies both in an outer region, ie on the membrane element 132 , as well as in an inner area, so on the closure element 134 , the control pressure Ps from the control pressure chamber 130 on. The representation in 7e shows the pressure chamber side surface of the membrane element 132 and the closure element 134 the valve assembly 30 in 5c . 5d , On this side of the surface lies in the outer region, ie on the membrane element 132 , the patient-side pressure P _P and in the inner area, so on the closure element 134 , the pressure P _Q the to the second connection line element 144 connected pressure source.

Das Patientenmodul 20 umfasst zwei Ventilanordnungen 30, nämlich eine erste, als Inspirationsventil 26 fungierende Ventilanordnung 30 und eine zweite, als Exspirationsventil 28 fungierende Ventilanordnung 30, wobei ein jeweils zugehöriger Ventilantrieb 34 entweder ebenfalls im Innern des Patientenmoduls 20 oder auch außerhalb des Patientenmoduls 20 angeordnet ist.The patient module 20 includes two valve assemblies 30 , a first, as an inspiratory valve 26 functioning valve arrangement 30 and a second, as an expiratory valve 28 functioning valve arrangement 30 , wherein each associated valve drive 34 either also inside the patient module 20 or outside the patient module 20 is arranged.

Bei einer als Inspirationsventil 26 fungierenden Ventilanordnung 30 gemäß 3 ist der von der Druckquelle 12 kommende Inspirationsschlauch 16 an das erste Anschlussleitungselement 140 angeschlossen und das zweite Anschlussleitungselement 144 ist zum Innern des Patientenmoduls 20 offen oder an die Patientenschnittstelle 14 angeschlossen. Bei einer als Exspirationsventil 28 fungierenden Ventilanordnung 30 gemäß 3 ist der zur Druckquelle 12 führende Exspirationsschlauch 18 an das zweite Anschlussleitungselement 144 angeschlossen und das erste Anschlussleitungselement 140 ist zum Innern des Patientenmoduls 20 offen oder an die Patientenschnittstelle 14 angeschlossen.With one as inspiratory valve 26 acting valve assembly 30 according to 3 is that of the pressure source 12 upcoming inspiratory tube 16 to the first connection line element 140 connected and the second connection line element 144 is to the interior of the patient module 20 open or to the patient interface 14 connected. At one as exhalation valve 28 acting valve assembly 30 according to 3 is the pressure source 12 leading expiratory tube 18 to the second connection line element 144 connected and the first connection line element 140 is to the interior of the patient module 20 open or to the patient interface 14 connected.

Ventilanordnungen 30 gemäß 3 oder 5 können sehr klein ausgeführt sein und eine als Inspirationsventil 26 oder Exspirationsventil 28 fungierende derartige Ventilanordnung 30 kann mit für eine Hochfrequenzbeatmung ausreichend hohen Frequenzen (> 5 Hz) angesteuert werden. Die räumlich kompakte Form einer solchen Ventilanordnung 30 ermöglicht deren Platzierung in einem unmittelbar am Patienten angeordneten Patientenmodul 20. Dies wiederum führt zu kurzen Schlauchlängen und damit einem geringen Totraumvolumen. Aufgrund des geringen Totraumvolumens ist ein für die Hochfrequenzbeatmung notwendiger hoher Druckwechsel am Patienten möglich.valve assemblies 30 according to 3 or 5 can be made very small and one as an inspiratory valve 26 or expiratory valve 28 acting such valve assembly 30 can be controlled with high frequency (> 5 Hz) high frequency ventilation. The spatially compact form of such a valve arrangement 30 allows their placement in a patient module located directly on the patient 20 , This in turn leads to short hose lengths and thus a small dead space volume. Due to the small dead space volume necessary for the high-frequency ventilation high pressure changes on the patient is possible.

Die Darstellung in 8 zeigt exemplarisch einen Druckverlauf 40 während einer Hochfrequenzbeatmung eines Patienten. Erkennbar umfasst der Druckverlauf 40 eine Vielzahl von aufeinander folgenden, kurzen Druckpulsen 42. Die kurzen Druckpulse 42 bewirken bei einer Hochfrequenzbeatmung eines Patienten eine Oszillation des Atemgasvolumens auch in den Atemwegen des Patienten. Die Gesamtdauer eines einzelnen Druckpulses 42 beträgt zum Beispiel 200 ms bei einer Beatmungsfrequenz von 5 Hz und 20 ms bei einer Beatmungsfrequenz von 50 Hz. Bei einer Hochfrequenzbeatmung liegt die Beatmungsfrequenz regelmäßig bei 5 Hz und darüber, so dass die Gesamtdauer eines Druckpulses 42 (ein Atemzyklus umfasst eine steigende Flanke des Druckpulses 42 während der inspiratorischen Phase und eine fallende Flanke desselben Druckpulses 42 während der anschließenden exspiratorischen Phase) bei 200 ms und darunter liegt.The representation in 8th shows an example of a pressure curve 40 during high-frequency ventilation of a patient. Recognizable includes the pressure curve 40 a multitude of consecutive, short pressure pulses 42 , The short pressure pulses 42 cause in a high-frequency ventilation of a patient, an oscillation of the respiratory gas volume in the respiratory tract of the patient. The total duration of a single pressure pulse 42 is for example 200 ms at a respiration rate of 5 Hz and 20 ms at a respiration rate of 50 Hz. In high-frequency ventilation, the respiration rate is regularly 5 Hz and above, so that the total duration of a pressure pulse 42 (A breathing cycle includes a rising edge of the pressure pulse 42 during the inspiratory phase and a falling edge of the same pressure pulse 42 during the subsequent expiratory phase) is 200 ms and below.

In der Darstellung in 8 sind die inspiratorischen Phasen und exspiratorischen Phasen der Hochfrequenzbeatmung jeweils mit „I“ bzw. „E“ überschrieben. Der Druckverlauf 40 pendelt zwischen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert. Beide Grenzwerte sind durch die angeschlossene Druckquelle 12 und die beiden von der Druckquelle 12 gelieferten Druckpotentiale bestimmt. Der obere Grenzwert entspricht dem über den Inspirationsschlauch 16 am Patientenmodul 20 anliegenden inspiratorischen Druck P_insp . Der untere Grenzwert entspricht dem über den Exspirationsschlauch 18 am Patientenmodul 20 anliegenden Druck, bei der gezeigten Situation dem positiven endexspiratorischen Druck PEEP. Erkennbar erreicht der Graph des Druckverlaufs 40 weder den unteren Grenzwert noch den oberen Grenzwert. Tatsächlich erfolgt bei einer ersten Betriebsart des Patientenmoduls 20 jeweils eine Umschaltung zwischen einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase bei Erreichen jeweils eines als Beatmungsparameter vorgebbaren variablen Schwellwerts 44, 46. Die schwellwertabhängige Umschaltung führt zu den Druckpulsen 42. Durch eine Anpassung der Schwellwerte 44, 46 (in der dargestellten Situation beim Übergang vom dritten zum vierten Beatmungszyklus) ist ein resultierender mittlerer Atemwegsdruck (MAP) 48 anpassbar.In the illustration in 8th the inspiratory phases and expiratory phases of high-frequency ventilation are each overwritten with "I" or "E". The pressure gradient 40 fluctuates between a lower limit and an upper limit. Both limits are due to the connected pressure source 12 and the two from the pressure source 12 supplied pressure potentials determined. The upper limit is the same as the inspiratory tube 16 at the patient module 20 adjacent inspiratory pressure P _insp , The lower limit value corresponds to that via the expiratory tube 18 at the patient module 20 applied pressure, in the situation shown the positive end-expiratory pressure PEEP. Visible reached the graph the pressure curve 40 neither the lower limit nor the upper limit. In fact, in a first mode of operation of the patient module 20 in each case a changeover between an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase upon reaching a respective variable threshold value which can be predetermined as a ventilation parameter 44 . 46 , The threshold-dependent switching leads to the pressure pulses 42 , By adjusting the thresholds 44 . 46 (in the illustrated situation, when transitioning from the third to the fourth ventilation cycle) is a resulting mean airway pressure (MAP) 48 customizable.

Durch die Wahl der Schwellwerte 44, 46 (unterer Schwellwert 44 und/oder oberer Schwellwert 46) und die damit resultierende Verschiebung der Punkte einer Umschaltung zwischen einer inspiratorischen Phase und einer exspiratorischen Phase sind eine Gesamtdauer der Druckpulse 42, die Gesamtdauer einer jeden inspiratorischen und exspiratorischen Phase und infolgedessen das oszillierende Atemgasvolumen einstellbar. Die Darstellung in 9 zeigt insoweit einen resultierenden Druckverlauf 40 mit erhöhter Frequenz aufgrund eines erhöhten unteren Schwellwerts 44 sowie eines reduzierten oberen Schwellwerts 46.By choosing the thresholds 44 . 46 (lower threshold 44 and / or upper threshold 46 ) and the resulting shift in the points of switching between an inspiratory phase and an expiratory phase are a total duration of the pressure pulses 42 , the total duration of each inspiratory and expiratory phase and, as a result, the oscillating volume of respiratory gas adjustable. The representation in 9 shows in this respect a resulting pressure curve 40 with increased frequency due to an increased lower threshold 44 and a reduced upper threshold 46 ,

Das Atemgasvolumen oszilliert einerseits in den Atemwegen des Patienten und andererseits im Patientenmodul 20 und in der das Patientenmodul 20 mit den Atemwegen des Patienten verbindenden Patientenschnittstelle 14. Darin zeigt sich der Vorteil der hier vorgeschlagenen Lösung: Weil das Patientenmodul 20 nahe am Patienten angebracht ist, ist der Teil des oszillierenden Atemgasvolumens, der auf das Patientenmodul 20 und die Patientenschnittstelle 14 entfällt, sehr gering. Tatsächlich ist das beim Patientenmodul 20 oszillierende Atemgasvolumen im Vergleich zu einem bei einer Beatmung mittels eines vergleichsweise weit vom Patienten entfernt angeordneten Beatmungsgeräts um Größenordnungen kleiner (zum Beispiel 0,03 I im Patientenmodul 20 im Vergleich zu einem Volumen von ca. 0,3 I von langen Beatmungsschläuchen).The respiratory gas volume oscillates on the one hand in the respiratory tract of the patient and on the other hand in the patient module 20 and in the patient module 20 patient interface connecting with the patient's airways 14 , This shows the advantage of the solution proposed here: Because the patient module 20 attached to the patient is that part of the oscillating respiratory gas volume that is on the patient module 20 and the patient interface 14 not applicable, very low. In fact, that's the case with the patient module 20 oscillating respiratory gas volume in comparison to a respiration by means of a comparatively far from the patient remotely located ventilator order of magnitude smaller (for example, 0.03 I in the patient module 20 compared to a volume of about 0.3 l of long breathing tubes).

Bei einer Hochfrequenzbeatmung mittels eines Patientenmoduls 20 der hier vorgeschlagenen Art oszilliert das Atemgasvolumen nur in den Leitungswegen im Patientenmodul 20 von den dortigen Ventilanordnungen 30 (Inspirationsventil 26, Exspirationsventil 28) zur Patientenschnittstelle 14, in der Patientenschnittstelle 14 sowie in der Patientenlunge 10. Die Leitungswege im Patientenmodul 20 und zur und in der Patientenschnittstelle 14 stellen das Totraumvolumen des Beatmungssystems dar und im Vergleich zu einer klassischen Beatmung mittels eines Beatmungsgeräts ergibt sich ein erheblich geringeres Totraumvolumen des Beatmungssystems. Kurze Leitungswege im Patientenmodul 20 gewährleisten nicht nur ein geringes Totraumvolumen, sondern führen auch zu einem vergleichsweise geringen Beitrag des Patientenmoduls 20 zum Strömungswiderstand R für das oszillierende Atemgasvolumen, wobei der Strömungswiderstand R im Wesentlichen durch die wirksamen Leitungslängen bestimmt ist. Beim Patientenmodul 20 gehören zu den Leitungen, in denen das Atemgasvolumen oszilliert, die Leitungswege im Patientenmodul 20 von den dortigen Ventilanordnungen 30 zur Patientenschnittstelle 14 und in der Patientenschnittstelle 14. Das Volumen in den Beatmungsschläuchen 16, 18 (Inspirationsschlauch 16, Exspirationsschlauch 18) gehört aufgrund der im Patientenmodul 20 befindlichen Ventilanordnungen 30 nicht zum oszillierenden Atemgasvolumen. Es ergeben sich also sehr kurze wirksame Leitungslängen und entsprechend ein geringer Strömungswiderstand R. Bei einer klassischen Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts gehört das Volumen in den Beatmungsschläuchen 16, 18 dagegen sehr wohl zum oszillierenden Atemgasvolumen, so dass sich größere wirksame Leitungslängen und ein entsprechend erhöhter Strömungswiderstand R ergeben.In a high-frequency ventilation by means of a patient module 20 The type proposed here oscillates the respiratory gas volume only in the conduction paths in the patient module 20 from the local valve arrangements 30 (Inspiration valve 26 , Exhalation valve 28 ) to the patient interface 14 , in the patient interface 14 as well as in the patient's lung 10 , The conduction paths in the patient module 20 and to and in the patient interface 14 represent the dead space volume of the ventilation system and compared to a conventional ventilation using a ventilator results in a significantly lower dead space volume of the ventilation system. Short conduction paths in the patient module 20 not only ensure a low dead space volume, but also lead to a comparatively small contribution of the patient module 20 to the flow resistance R for the oscillating breathing gas volume, the flow resistance R essentially determined by the effective line lengths. At the patient module 20 belong to the lines in which the respiratory gas volume oscillates, the conduction paths in the patient module 20 from the local valve arrangements 30 to the patient interface 14 and in the patient interface 14 , The volume in the breathing tubes 16 . 18 (Inspiration tube 16 , Exhalation tube 18 ) belongs to the patient module 20 located valve assemblies 30 not to the oscillating breathing gas volume. This results in very short effective line lengths and accordingly a low flow resistance R , In a classic high-frequency ventilation using a ventilator, the volume in the breathing tubes heard 16 . 18 in contrast to the oscillating respiratory gas volume, so that larger effective line lengths and a correspondingly increased flow resistance R result.

Neben einem geringen Strömungswiderstand R ergibt sich bei einer Hochfrequenzbeatmung mittels eines Patientenmoduls 20 auch eine für die Hochfrequenzbeatmung besonders günstige Compliance, nämlich eine besonders geringe Compliance C. Die Compliance C ist bekanntlich ein Maß für die Dehnbarkeit einer ein Volumen umgebenden Wandung. Als Beatmungsschläuche 16, 18 fungieren üblicherweise flexible Schläuche mit einer aufgrund ihrer Flexibilität hohen Compliance. Bei einer klassischen Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts oszilliert - wie oben erläutert - das Atemgasvolumen auch in den Beatmungsschläuchen 16, 18, deren Compliance C damit die Compliance des Gesamtsystems beeinflusst. Beim Patientenmodul 20 sind die Beatmungsschläuche 16, 18 dagegen nur Zuleitungen zum Patientenmodul 20 und nicht an der Oszillation des Atemgasvolumens beteiligt. Entsprechend beeinflussen sie die Compliance C des Gesamtsystems nicht, so dass sich bereits damit eine vergleichsweise geringere Compliance C des Gesamtsystems ergibt.In addition to a low flow resistance R results from high-frequency ventilation by means of a patient module 20 also a particularly favorable for high-frequency ventilation compliance, namely a particularly low compliance C , The compliance C is known to be a measure of the extensibility of a volume surrounding wall. As breathing tubes 16 . 18 Usually flexible hoses with a high compliance due to their flexibility. In a classical high-frequency ventilation by means of a respirator - as explained above - the respiratory gas volume oscillates in the breathing tubes 16 . 18 whose compliance C thus influencing the compliance of the entire system. At the patient module 20 are the breathing tubes 16 . 18 however, only leads to the patient module 20 and not involved in the oscillation of the respiratory gas volume. Accordingly, they influence compliance C of the overall system, so that already a comparatively lower compliance C of the overall system.

Eine hohe Compliance C und/oder ein hoher Strömungswiderstand R führen zu einer hohen Dämpfung. Speziell die flexiblen Beatmungsschläuche 16, 18 wirken für mittels eines Beatmungsgeräts erzeugte Druckpulse wie ein stark dämpfender Tiefpassfilter, so dass sich oberhalb einer im Wesentlichen durch die Länge der Beatmungsschläuche 16, 18 (Strömungswiderstand R) und deren Elastizität (Compliance C) bestimmten Grenzfrequenz die für die Hochfrequenzbeatmung eines Patienten notwendige Oszillation des Atemgasvolumens nicht mehr erreichen lässt. Eine solche ungünstige Bedämpfung der Druckpulse 42 ist bei einer Hochfrequenzbeatmung mittels des Patientenmoduls 20 nicht gegeben.A high level of compliance C and / or a high flow resistance R lead to a high attenuation. Especially the flexible breathing tubes 16 . 18 act for pressure pulses generated by a ventilator such as a high-damping low-pass filter, so that above a substantially through the length of the breathing tubes 16 . 18 (Flow resistance R ) and their elasticity (compliance C ) certain cutoff frequency can not reach the necessary for high-frequency ventilation of a patient oscillation of the breathing gas volume. Such unfavorable damping the pressure pulses 42 is at a high-frequency ventilation by means of the patient module 20 not given.

Bei einer hohen Dämpfung (klassische Hochfrequenzbeatmung mittels Beatmungsgerät) muss das Beatmungsgerät ein entsprechend hohes Druckpotential Pinsp liefern, damit ausreichend hohe Druckpulse beim Patienten entstehen können. Bei der vorteilhaften geringen Dämpfung des Patientenmoduls 20 ist eine solche Überhöhung des von der Druckquelle 12 gelieferten hohen Druckpotentials Pinsp nicht notwendig und als hohes Druckpotential Pinsp reicht dementsprechend ein Druckpotential aus, das vergleichsweise nur wenig über den oberen Scheitelpunkten der vom Patientenmodul 20 erzeugten Druckpulse 42 liegt. Dies begründet einen weiteren Vorteil des Patientenmoduls 20, denn das hohe Druckpotential der Druckquelle 12 kann so gewählt werden, dass dies für die Patientenlunge 10 unkritisch ist.With a high degree of attenuation (conventional high-frequency ventilation by means of a respirator), the ventilator must deliver a correspondingly high pressure potential Pinsp, so that sufficiently high pressure pulses can occur in the patient. In the advantageous low attenuation of the patient module 20 is such an elevation of the pressure source 12 Accordingly, a pressure potential is sufficient for the high pressure potential Pinsp, which is comparatively only slightly higher than the upper vertex points of the patient module 20 generated pressure pulses 42 lies. This justifies a further advantage of the patient module 20 , because of the high pressure potential of the pressure source 12 can be chosen so that this is for the patient's lung 10 is not critical.

Die Bedämpfung der Druckpulse bei einer Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts lässt sich allerdings auch kaum durch Verwendung kurzer und harter Beatmungsschläuche 16, 18 verbessern, denn diese wären wegen ihrer Inflexibilität und kurzen Reichweite äußerst ungünstig speziell für Neonaten.The damping of the pressure pulses in a high-frequency ventilation by means of a ventilator, however, can hardly be achieved by using short and hard breathing tubes 16 . 18 Because of their inflexibility and short range they would be extremely unfavorable especially for neonates.

Das Patientenmodul 20 ist mit seinen Ventilen 26, 28 nahe am Patienten, nämlich nahe an der Patientenschnittstelle 14 oder unmittelbar an der Patientenschnittstelle 14, angeordnet, so dass sich kurze oder kürzeste Schlauchlängen zwischen Patientenmodul 20 und Patientenschnittstelle 14 ergeben. Eine besondere Flexibilität einer Verbindung, insbesondere einer Verbindung in Form einer Schlauchverbindung, zwischen Patientenmodul 20 und Patientenschnittstelle 14 ist speziell bei einem an der Patientenschnittstelle 14 angebrachten Patientenmodul 20 nicht notwendig. Entsprechend sind die Schlauchverbindungen im Patientenmodul 20 und/oder die Schlauchverbindung zwischen Patientenmodul 20 und Patientenschnittstelle 14 bevorzugt in Form eines harten Schlauchs oder eines Rohrs mit starrer Wandung ausgeführt, dies führt ebenfalls zu einer geringen Compliance C und im Zusammenspiel mit kurzen Leitungslängen ergibt sich eine weitere Verringerung der Compliance C. Auch die im Patientenmodul 20 verlaufenden Verbindungen und die vom Patientenmodul 20 zur Patientenschnittstelle 14 führende Verbindung (Schlauch oder Rohr) wirken noch als Tiefpass für mittels der Ventile 26, 28 des Patientenmoduls 20 erzeugte Druckpulse 42. Allerdings führen die kurze Länge (Schlauchlänge, Rohrlänge) und die Schlauch- bzw. Rohrhärte zu einer im Vergleich zu einem entfernten Beatmungsgerät und flexiblen Schläuchen deutlich erhöhten Zeitkonstante T, wobei sich die Zeitkonstante T als Produkt aus dem maßgeblich von der Schlauch- bzw. Rohrlänge abhängigen Strömungswiderstand R und der maßgeblich von der Schlauch- bzw. Rohrhärte abhängigen Compliance C ergibt (T = RC). Damit ist bei einem Patientenmodul 20 auch bei für die Hochfrequenzbeatmung wünschenswert hohen Frequenzen noch eine ausreichende Oszillation des Atemgasvolumens gegeben. Der bei der Hochfrequenzbeatmung resultierende mittlere Atemwegsdruck (MAP) 48 ist eine Funktion der Zykluszeit (Gesamtdauer einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase) und der Zeitkonstante T: MAP = f(Zykluszeit / RC).The patient module 20 is with his valves 26 . 28 close to the patient, namely close to the patient interface 14 or directly at the patient interface 14 , arranged so that short or shortest hose lengths between patient module 20 and patient interface 14 result. A particular flexibility of a connection, in particular a connection in the form of a hose connection, between the patient module 20 and patient interface 14 is specific to one at the patient interface 14 attached patient module 20 unnecessary. Accordingly, the hose connections are in the patient module 20 and / or the tubing connection between the patient module 20 and patient interface 14 preferably designed in the form of a hard hose or a pipe with a rigid wall, this also leads to a low compliance C and in combination with short cable lengths results in a further reduction of compliance C , Also in the patient module 20 running connections and those of the patient module 20 to the patient interface 14 leading connection (hose or pipe) still act as a low pass for the valves 26 . 28 of the patient module 20 generated pressure pulses 42 , However, the short length (tube length, tube length) and tube or tube hardness lead to a significantly increased time constant compared to a remote ventilator and flexible tubing T , where the time constant T as a product of the largely dependent on the hose or tube length flow resistance R and the compliance dependent on the hose or pipe hardness C gives (T = RC). This is with a patient module 20 Even at high frequencies for high-frequency ventilation desirable high frequencies still given sufficient oscillation of the respiratory gas volume. The mean airway pressure (MAP) resulting from radiofrequency ventilation 48 is a function of the cycle time (total duration of an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase) and the time constant T: MAP = f (cycle time / RC).

Die Darstellung in 10 zeigt eine Steuerungseinrichtung 50, welche optional Teil des Patientenmoduls 20 ist, genauso aber vom Patientenmodul 20 räumlich getrennt sein und zum Beispiel vom Patienten selbst getragen werden kann. Alternativ kommt auch in Betracht, dass die Steuerungseinrichtung 50 Teil eines als Druckquelle 12 fungierenden Beatmungsgeräts oder dergleichen ist. Die Steuerungseinrichtung 50 umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit 52 in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher, in den ein als Steuerungsprogramm 54 fungierendes Computerprogramm geladen ist. Bei einer vom Patientenmodul 20 räumlich entfernten Steuerungseinrichtung 50 ist diese in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise leitungsgebunden oder leitungslos kommunikativ mit dem Patientenmodul 20 verbunden.The representation in 10 shows a control device 50 which optionally forms part of the patient module 20 as well as the patient module 20 be spatially separated and, for example, be worn by the patient. Alternatively, it is also considered that the control device 50 Part of a pressure source 12 functioning ventilator or the like. The control device 50 comprises in principle known per se, a processing unit 52 in the form of or in the nature of a microprocessor, as well as a memory in which a control program 54 functioning computer program is loaded. At one of the patient module 20 spatially remote control device 50 this is in a manner known per se in a line or conduction communicatively with the patient module 20 connected.

Das Steuerungsprogramm 54 bestimmt die wesentliche Funktionalität des Patientenmoduls 20 bei der Hochfrequenzbeatmung. Zur Veranschaulichung ist dazu in 10 gezeigt, dass mittels der Steuerungseinrichtung 50 und unter Kontrolle des Steuerungsprogramms 54 zumindest ein von der Sensorik 24 erhältliches Sensorsignal 56, 58 zum Erhalt von Steuersignalen 60, 62 zur Ansteuerung der Ventile 26, 28 (Inspirationsventil 26, Exspirationsventil 28), nämlich zur Ansteuerung der Ventilantriebe 34 der jeweils als Inspirationsventil 26 und Exspirationsventil 28 fungierenden Ventilanordnungen 30, generierbar ist und beim Betrieb des Patientenmoduls 20 generiert wird. Als Sensorsignal 56, 58 verarbeitet die Steuerungseinrichtung 50 zum Beispiel ein einen Druckmesswert kodierendes erstes Sensorsignal 56 und/oder ein einen Flowmesswert kodierendes zweites Sensorsignal 58. Ein einen Druckmesswert kodierendes Sensorsignal 56 stammt von einem grundsätzlich an sich bekannten und von der Sensorik 24 umfassten Drucksensor (nicht gezeigt). Ein einen Flowmesswert kodierendes Sensorsignal 58 stammt von einem grundsätzlich an sich bekannten und von der Sensorik 24 zusätzlich oder alternativ umfassten Flowsensor (ebenfalls nicht gezeigt). Indem sich die Sensorik 24 im Innern des Patientenmoduls 20 befindet, werden mittels der Sensorik 24 die tatsächlichen pneumatischen Verhältnisse in unmittelbarer Nähe des Patienten erfasst. Das zumindest eine Sensorsignal 56, 58 repräsentiert diese pneumatischen Verhältnisse in unmittelbarer Nähe des Patienten. Mittels der aufgrund einer solchen patientennahen Sensorik 24 generierten Steuersignale 60, 62 kann unmittelbar (ohne oder zumindest im Wesentlichen ohne Zeitverzug) auf diese pneumatischen Verhältnisse in unmittelbarer Nähe des Patienten reagiert werden und beim Betrieb des Patientenmoduls 20 ergibt sich eine solche unmittelbare Reaktion.The control program 54 determines the essential functionality of the patient module 20 in high-frequency ventilation. To illustrate this is in 10 shown that by means of the control device 50 and under control of the control program 54 at least one of the sensors 24 available sensor signal 56 . 58 to receive control signals 60 . 62 for controlling the valves 26 . 28 (Inspiration valve 26 , Exhalation valve 28 ), namely for controlling the valve actuators 34 each as an inspiratory valve 26 and expiratory valve 28 acting valve assemblies 30 , can be generated and during operation of the patient module 20 is generated. As a sensor signal 56 . 58 processes the control device 50 for example, a first sensor signal encoding a pressure reading 56 and / or a second sensor signal encoding a flow measurement 58 , A sensor signal encoding a pressure reading 56 comes from a basically known and from the sensor 24 included pressure sensor (not shown). A sensor signal encoding a flow reading 58 comes from a basically known and from the sensor 24 additionally or alternatively included flow sensor (also not shown). By the sensorics 24 inside the patient module 20 located, by means of the sensors 24 the actual pneumatic conditions in the immediate vicinity of the patient. The at least one sensor signal 56 . 58 represents these pneumatic conditions in the immediate vicinity of the patient. By means of such due to such near-patient sensors 24 generated control signals 60 . 62 can be reacted immediately (without or at least substantially without time delay) to these pneumatic conditions in the immediate vicinity of the patient and the operation of the patient module 20 there is such an immediate reaction.

Beim Patientenmodul 20 ergeben sich also beim Vergleich mit einer klassischen Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts nicht nur eine deutlich geringere Bedämpfung der Druckpulse 42 und eine höhere mögliche Druckwechselrate, sondern auch eine genauere initiale Generierung der Druckpulse 42 entsprechend der jeweiligen tatsächlichen pneumatischen Verhältnisse.At the patient module 20 Thus, when compared with a conventional high-frequency ventilation by means of a ventilator, not only a significantly lower damping of the pressure pulses 42 and a higher possible pressure change rate, but also a more accurate initial generation of the pressure pulses 42 according to the respective actual pneumatic conditions.

Dagegen kann bei einer klassischen Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts eine in dem Beatmungsgerät, also weit entfernt vom Patienten, befindliche Sensorik nur Messsignale bereitstellen, welche sich nicht für die Steuerung von Ventilen zur Erreichung eines gewünschten Druckverlaufs eignen. Bei einer klassischen Hochfrequenzbeatmung mittels eines Beatmungsgeräts erfolgt dementsprechend die Ansteuerung der Ventile aufgrund von „Erfahrungswerten“.In contrast, in a conventional high-frequency ventilation by means of a respirator, a sensor located in the ventilator, so far away from the patient, provide only measurement signals which are not suitable for the control of valves to achieve a desired pressure curve. In the case of classic high-frequency ventilation by means of a ventilator, accordingly, the actuation of the valves takes place on the basis of "empirical values".

Aufgrund des oder jedes mittels der Steuerungseinrichtung 50 automatisch generierten Steuersignals 60, 62 ergibt sich ein jeweiliger Druck- und/oder Volumenstromverlauf während der Hochfrequenzbeatmung des Patienten mit zyklisch aufeinanderfolgenden inspiratorischen und exspiratorischen Phasen, wie dies in 8 und 9 gezeigt ist. Mittels der Steuerungseinrichtung 50 werden bei einer ersten Betriebsart des Patientenmoduls 20 bei der automatischen Generierung der Steuersignale 60, 62 die Schwellwerte 44, 46 berücksichtigt, so dass bei Erreichen eines Schwellwerts 44, 46 eine Umschaltung zwischen einer inspiratorischen und einer exspiratorischen Phase oder einer exspiratorischen und einer inspiratorischen Phase erfolgt. Bei einem zum Beispiel einen Druckmesswert kodierenden Sensorsignal 56 wird dieses mit zumindest einem auf eine Höhe der Druckpulse 42 bezogenen Schwellwert 44, 46 verglichen und bei Erreichen des zumindest einen Schwellwerts 44, 46 erfolgt die Umschaltung. Genauso kann eine solche Umschaltung auf Basis eines einen Flowmesswert kodierenden Sensorsignals 58 und zumindest eines entsprechenden Schwellwerts 44, 46 erfolgen. Denkbar ist auch, dass für die Umschaltung zwischen einer inspiratorischen Phase auf eine anschließende exspiratorische Phase ein Druckmesswert sowie ein entsprechender Schwellwert 44, 46 und für die Umschaltung zwischen einer exspiratorischen Phase auf eine anschließende inspiratorische Phase ein Flowmesswert sowie ein entsprechender Schwellwert 44, 46 (und umgekehrt) betrachtet werden.Due to or by means of the control device 50 automatically generated control signal 60 . 62 results in a respective pressure and / or flow rate during high-frequency ventilation of the patient with cyclically sequential inspiratory and expiratory phases, as shown in 8th and 9 is shown. By means of the control device 50 be in a first mode of the patient module 20 in the automatic generation of the control signals 60 . 62 the thresholds 44 . 46 taken into account so that when a threshold is reached 44 . 46 a switch between an inspiratory and an expiratory phase or an expiratory and an inspiratory phase takes place. For example, a sensor signal encoding a pressure reading 56 this is at least one at an altitude of the pressure pulses 42 related threshold 44 . 46 compared and upon reaching the at least one threshold 44 . 46 the switchover takes place. Likewise, such switching can be based on a sensor signal encoding a flow measurement 58 and at least one corresponding threshold 44 . 46 respectively. It is also conceivable that for switching between an inspiratory phase to a subsequent expiratory phase, a pressure reading and a corresponding threshold value 44 . 46 and for switching between an expiratory phase to a subsequent inspiratory phase, a flow reading and a corresponding threshold 44 . 46 (and vice versa).

Bei einer einen unteren und einen oberen Schwellwert 44, 46 verarbeitenden Steuerungseinrichtung 50 ist bis zum Erreichen des oberen Schwellwerts 46 die als Inspirationsventil 26 fungierende Ventilanordnung 30 geöffnet. Beim Erreichen des oberen Schwellwerts 46 werden zur Umschaltung zwischen einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase auch die Ventilanordnungen 30 umgeschaltet, also das Inspirationsventil 26 geschlossen und die als Exspirationsventil 28 fungierende Ventilanordnung 30 geöffnet. Bei Erreichen des unteren Schwellwerts 44 erfolgt eine erneute Umschaltung der Ventilanordnungen 30, indem das Exspirationsventil 28 wieder geschlossen und das Inspirationsventil 26 wieder geöffnet wird. Dieser Ablauf wird zyklisch wiederholt. Das Öffnen und Schließen des Inspirations- und Exspirationsventils 26, 28 - durch Ansteuerung der jeweiligen Ventilantriebe 34 - wird mittels der von der Steuerungseinrichtung 50 als Ergebnis eines Vergleichs eines jeweiligen Messwerts (Druck- oder Flowmesswert) und eines zugehörigen Schwellwerts 44, 46 automatisch generierten Steuersignale 60, 62 bewirkt.At a lower and an upper threshold 44 . 46 processing control device 50 is until it reaches the upper threshold 46 as an inspiratory valve 26 functioning valve arrangement 30 open. When reaching the upper threshold 46 To switch between an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase and the valve assemblies 30 switched, so the inspiratory valve 26 closed and the as exhalation valve 28 functioning valve arrangement 30 open. When the lower threshold is reached 44 a renewed changeover of the valve arrangements takes place 30 by removing the expiratory valve 28 closed again and the inspiratory valve 26 is opened again. This process is repeated cyclically. Opening and closing the inspiratory and expiratory valve 26 . 28 - By controlling the respective valve actuators 34 - Is by means of the control device 50 as a result of a comparison of a respective measured value (pressure or flow measurement value) and an associated threshold value 44 . 46 automatically generated control signals 60 . 62 causes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuersignale 60, 62 keine digitalen Ein- / Aus-Signale, die entweder ein Öffnen oder ein Schließen der jeweiligen Ventilanordnung 30 bewirken, sondern analoge Signale, die eine der jeweiligen Signalstärke der Steuersignale 60, 62 entsprechende proportionale Ansteuerung der dann als Proportionalventile fungierenden Ventilanordnungen 30 bewirken. Eine solche Ansteuerung der Ventilanordnungen 30 des Patientenmoduls 20 erlaubt eine besonders exakte Vorgabe der Flankenform der erzeugten Druckpulse 42.In a preferred embodiment, the control signals are 60 . 62 no digital on / off signals that either open or close the respective valve assembly 30 but analog signals that are one of the respective signal strength of the control signals 60 . 62 corresponding proportional control of the then acting as proportional valves valve assemblies 30 effect. Such control of the valve assemblies 30 of the patient module 20 allows a particularly accurate specification of the edge shape of the generated pressure pulses 42 ,

Durch die Wahl der Schwellwerte 44, 46 ist ein Verhältnis der Gesamtdauer I einer inspiratorischen Phase und einer Gesamtdauer E einer anschließenden exspiratorischen Phase einstellbar. Dies ist in der Darstellung in 8 gezeigt: „I:E = 1“ bzw. „I:E > 1“. Dabei bedeuten „I:E = 1“, dass die Gesamtdauer der inspiratorischen Phase und der anschließenden exspiratorischen Phase gleich ist und entsprechend der Wert des Quotienten aus der Gesamtdauer der inspiratorischen Phase und der exspiratorischen Phase gleich eins ist, und „I:E > 1“, dass die Gesamtdauer der inspiratorischen Phase größer als die Gesamtdauer der anschließenden exspiratorischen Phase ist. Insgesamt sind durch die Wahl der Schwellwerte 44, 46 auch die Gesamtdauer einer inspiratorischen Phase und einer anschließenden exspiratorischen Phase sowie die Gesamtdauer eines Atemzyklus (Summe der Gesamtdauer der inspiratorischen Phase und der anschließenden exspiratorischen Phase) einstellbar.By choosing the thresholds 44 . 46 a ratio of the total duration I of an inspiratory phase and a total duration E of a subsequent expiratory phase is adjustable. This is in the illustration in 8th shown: "I: E = 1" or "I: E>1". Here, "I: E = 1" means that the total duration of the inspiratory phase and the subsequent expiratory phase is the same and, accordingly, the value of the quotient of the total duration of the inspiratory phase and the expiratory phase is equal to one, and "I: E> 1 "That the total duration of the inspiratory phase is greater than the total duration of the subsequent expiratory phase. Overall, by choosing the thresholds 44 . 46 also the total duration of an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase and the total duration of a respiratory cycle (sum of the total duration of the inspiratory phase and the subsequent expiratory phase) adjustable.

Bei einer zusätzlichen oder alternativen zweiten Betriebsart des Patientenmoduls 20 werden die Schwellwerte 44, 46 nicht oder zumindest nicht vordringlich berücksichtigt. Stattdessen ergeben sich die inspiratorischen Phasen und exspiratorischen Phasen unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung 50 aufgrund zumindest zweier als Beatmungsparameter vorgegebener Zeitwerte 64, 66 (10). Als Zeitwerte 64, 66 werden zum Beispiel einerseits die Beatmungsfrequenz f (erster Zeitwert 64) und andererseits ein Verhältnis I:E (zweiter Zeitwert 66) der Gesamtdauer der inspiratorischen Phase zur Gesamtdauer der exspiratorischen Phase oder einerseits eine Gesamtdauer I der inspiratorischen Phase (erster Zeitwert 64) und andererseits eine Gesamtdauer E der exspiratorischen Phase (zweiter Zeitwert 66) vorgegeben. Aus einer vorgegebenen Beatmungsfrequenz f und einem Verhältnis I:E lassen sich die Gesamtdauer I der inspiratorischen Phase und die Gesamtdauer E der exspiratorischen Phase mittels der Steuerungseinrichtung 50 berechnen. Wenn die Gesamtdauer I und die Gesamtdauer E als erster und zweiter Zeitwert 64, 66 vorgegeben sind, ist eine solche Berechnung nicht notwendig. Anhand der Gesamtdauer I und der Gesamtdauer E erzeugt die Steuerungseinrichtung 50 bei dieser Betriebsart unmittelbar die Steuersignale 60, 62 zur Ansteuerung der Ventile 26, 28, nämlich der Ventilantriebe 34 der jeweiligen Ventilanordnung 30, indem eine jeweilige aktuelle Dauer der inspiratorischen oder exspiratorischen Phase mit der jeweils vorgegebenen Gesamtdauer verglichen wird und bei Erreichen der Gesamtdauer die Umschaltung erfolgt. Die Erfassung eines eine jeweilige Dauer der inspiratorischen oder exspiratorischen Phase kodierenden Istwerts kann erfolgen, indem jeweils unmittelbar nach einer Umschaltung ein Zähler gestartet wird. In an additional or alternative second mode of operation of the patient module 20 become the thresholds 44 . 46 not considered or at least not urgent. Instead, the inspiratory and expiratory phases are under control of the controller 50 due to at least two time values given as ventilation parameters 64 . 66 ( 10 ). As fair values 64 . 66 For example, on the one hand, the ventilation frequency f (first time value 64 ) and on the other hand a ratio I: E (second time value 66 ) of the total duration of the inspiratory phase to the total duration of the expiratory phase or on the one hand a total duration I of the inspiratory phase (first time value 64 ) and on the other hand a total duration E of the expiratory phase (second time value 66 ). From a predetermined ventilation frequency f and a ratio I: E, the total duration I of the inspiratory phase and the total duration E of the expiratory phase can be determined by means of the control device 50 to calculate. If the total duration I and the total duration E as first and second time value 64 . 66 are predetermined, such a calculation is not necessary. Based on the total duration I and the total duration E, the control device generates 50 in this mode directly the control signals 60 . 62 for controlling the valves 26 . 28 , namely the valve actuators 34 the respective valve arrangement 30 in that a respective current duration of the inspiratory or expiratory phase is compared with the respectively predetermined total duration and when the total duration is reached, the switchover takes place. The detection of a current duration of the inspiratory or expiratory phase coding actual value can be done by a counter is started immediately after each switch.

Die erste und die zweite Betriebsart können auch zu einer dritten Betriebsart kombiniert werden. Dann werden einerseits die Schwellwerte 44, 46 und andererseits die aufgrund vorgegebener Zeitwerte 64, 66 resultierende Gesamtdauer (maximale Dauer) der inspiratorischen und der exspiratorischen Phase berücksichtigt. Die Umschaltung zwischen einer inspiratorischen und einer exspiratorischen Phase oder einer exspiratorischen und einer inspiratorischen Phase erfolgt dann entweder bei Erreichen des jeweiligen Schwellwerts 44, 46 oder bei Erreichen der Maximaldauer der jeweiligen Phase. Grundsätzlich ist auch eine Kombination der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart dahingehend möglich, dass sich eine Dauer entweder der inspiratorischen Phase oder der exspiratorischen Phase aufgrund des Erreichens des jeweiligen Schwellwerts 44, 46 und eine Dauer der jeweils komplementären Phase (exspiratorische Phase oder inspiratorische Phase) aufgrund des Erreichens der jeweiligen Maximaldauer ergibt.The first and second modes may also be combined into a third mode. Then, on the one hand, the threshold values 44 . 46 and on the other hand, due to given time values 64 . 66 resulting total duration (maximum duration) of the inspiratory and expiratory phases. Switching between an inspiratory and an expiratory phase or an expiratory and an inspiratory phase then takes place either when the respective threshold value is reached 44 . 46 or when the maximum duration of the respective phase has been reached. In principle, a combination of the first operating mode and the second operating mode is also possible in that a duration of either the inspiratory phase or the expiratory phase due to the achievement of the respective threshold value 44 . 46 and gives a duration of the respective complementary phase (expiratory phase or inspiratory phase) due to reaching the respective maximum duration.

Bisher ist die Erläuterung des Patientenmoduls 20 und der Funktion des Patientenmoduls 20 auf Basis eines Anschlusses des Patientenmoduls 20 an zwei Druckpotentiale einer Druckquelle 12, nämlich ein hohes Druckpotential und ein niedriges Druckpotential, erfolgt. Der Anschluss des Patientenmoduls 20 an ein den positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) vorgebendes Druckpotential gewährleistet (vor allem ohne weitere Sicherheitsvorkehrungen), dass bei der Beatmung auch während der exspiratorischen Phase der Atemdruck niemals unter den PEEP fallen kann. Grundsätzlich sind auch ein Betrieb des Patientenmoduls 20 und eine dementsprechende Variante des Patientenmoduls 20 möglich, bei der das Patientenmodul 20 auf der Eingangsseite des Exspirationsventils 28 zur Umgebung hin offen ist und also hier nicht an ein durch die Druckquelle 12 vorgegebenes Druckpotential angeschlossen ist. Dann wird auf Seiten des Patientenmoduls 20 während der exspiratorischen Phase der Ausatemdruck überwacht und bei Erreichen eines vorgegebenen PEEP-Grenzwerts das Exspirationsventil 28 unmittelbar geschlossen. Auch dann ist gewährleistet, dass bei der Beatmung während der exspiratorischen Phase der Atemdruck niemals unter den PEEP fallen kann. Auch bei einer solchen sensorischen Überwachung des Ausatemdrucks zur Gewährleistung eines positiven endexspiratorischen Drucks kommt der besondere Vorteil der patientennahen Anordnung des Patientenmoduls 20 zum Tragen. Aufgrund der patientennahen Anordnung entspricht ein im Patientenmodul 20 gemessener Druckmesswert sehr genau den tatsächlichen Verhältnissen in der Patientenlunge 10, sodass mittels eines solchen Messwerts eine Überwachung in Bezug auf einen positiven endexspiratorischen Druck mit ausreichender Sicherheit möglich ist. Demnach kann an die Stelle einer besonderen Druckquelle 12 mit zwei Druckpotentialen, also zum Beispiel an die Stelle eines als Druckquelle 12 fungierenden Beatmungsgeräts 12, auch eine „einfache“ Druckquelle 12, zum Beispiel eine Druckgasflasche, ein Kompressor oder dergleichen treten. Bei einer solchen Variante des Patientenmoduls 20 ist ein Abschaltweg, über den das Schließen des Exspirationsventils 28 bei Erreichen des positiven endexspiratorischen Drucks erfolgt, bevorzugt unabhängig vom Schaltweg zum Umschalten zwischen einer inspiratorischen Phase und einer exspiratorischen Phase oder einer exspiratorischen Phase und einer inspiratorischen Phase, insbesondere unabhängig und diversitär von einem solchen Schaltweg, realisiert.So far, the explanation of the patient module 20 and the function of the patient module 20 based on a connection of the patient module 20 at two pressure potentials of a pressure source 12 , namely a high pressure potential and a low pressure potential occurs. The connection of the patient module 20 at a positive end-expiratory pressure (PEEP) predetermines pressure potential (especially without further safety precautions) that during ventilation even during the expiratory phase of the breathing pressure can never fall below the PEEP. Basically, there is also an operation of the patient module 20 and a corresponding variant of the patient module 20 possible at the patient module 20 on the inlet side of the expiration valve 28 is open to the environment and therefore not to a through the pressure source 12 predetermined pressure potential is connected. Then it will be on the side of the patient module 20 during the expiratory phase the exhalation pressure is monitored and upon reaching a predetermined PEEP limit the expiratory valve 28 immediately closed. Even then, it is ensured that during respiration during the expiratory phase the respiratory pressure can never fall below the PEEP. Even with such a sensory monitoring of the exhalation pressure to ensure a positive end-expiratory pressure is the particular advantage of the patient-near arrangement of the patient module 20 to carry. Due to the near-patient arrangement corresponds to one in the patient module 20 measured pressure reading very accurately the actual conditions in the patient's lung 10 so that by means of such a measurement, a monitoring with respect to a positive end-expiratory pressure with sufficient certainty is possible. Thus, in place of a particular pressure source 12 with two pressure potentials, so for example to the place of a pressure source 12 functioning ventilator 12 , also a "simple" pressure source 12 , For example, a compressed gas cylinder, a compressor or the like occur. In such a variant of the patient module 20 is a shutdown path, via which the closing of the expiration valve 28 takes place when the positive end-expiratory pressure is reached, preferably independent of the switching path for switching between an inspiratory phase and an expiratory phase or an expiratory phase and an inspiratory phase, in particular independently and diversified by such a switching path realized.

Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende, hier als Patientenmodul 20 bezeichnete Vorrichtung 20 zur Hochfrequenzbeatmung eines Patienten. Mittels des an eine Druckquelle 12 angeschlossenen und nahe am Patienten angeordneten Patientenmoduls 20 werden für die Hochfrequenzbeatmung kurze Druckpulse 42 mit einer Dauer von weniger als 200 ms erzeugt. Die Erzeugung der Druckpulse 42 erfolgt zum Beispiel, indem mittels einer Steuerungseinrichtung 50 zumindest ein von einer Sensorik 24 des Patientenmoduls 20 erhältliches Sensorsignal 56, 58 mit zumindest einem variablen Schwellwert 44, 46 verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zumindest ein Steuersignal 60, 62 zur Ansteuerung zumindest eines Ventils 26, 28 des Patientenmoduls 20 generiert wird.Individual prominent aspects of the description submitted here can thus be briefly summarized as follows: Specified are a method and an operating according to the method, here as a patient module 20 designated device 20 for high-frequency ventilation of a patient. By means of the to a pressure source 12 connected and close to the patient arranged patient module 20 become short pulses of pressure for high-frequency ventilation 42 generated with a duration of less than 200 ms. The generation of the pressure pulses 42 takes place, for example, by means of a control device 50 at least one of a sensor 24 of the patient module 20 available sensor signal 56 . 58 with at least one variable threshold 44 . 46 compared and depending on the result of the comparison, at least one control signal 60 . 62 for controlling at least one valve 26 . 28 of the patient module 20 is generated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Patientenlungepatient's lungs
1212: Druckquellepressure source
1414: PatientenschnittstellePatient Interface
1616: Beatmungsschlauch, InspirationsschlauchBreathing tube, inspiratory tube
1818: Beatmungsschlauch, ExspirationsschlauchBreathing tube, expiratory tube
2020: Patientenmodulpatient module
2222: Tubustube
2424: Sensoriksensors
2626: Ventil, InspirationsventilValve, inspiration valve
2828: Ventil, ExspirationsventilValve, expiratory valve
3030: Ventilanordnungvalve assembly
3232: Gehäusecasing
3434: Ventilantriebvalve drive
3636: Schlauch tube
102102: erste Zwei-Wege-Durchlassöffnungfirst two-way port
104104: zweite Zwei-Wege-Durchlassöffnungsecond two-way port
106106: Zwei-Wege-KanalTwo-way channel
108108: Außengehäuseouter casing
110110: Innengehäuseinner housing
112112: Abdeckplattecover
114114: Pumpöffnungpumping port
116116: Pumpenkammerpump chamber
118118: Piezoelementpiezo element
120120: PumpenmembranelementPump diaphragm element
122122: Verbindungselementconnecting element
124124: Wechselspannungsgenerator AC voltage generator
130130: SteuerdruckkammerControl pressure chamber
132132: Membranelementmembrane element
134134: Verschlusselementclosure element
136136: erste Öffnungfirst opening
138138: Druckkammerpressure chamber
140140: erstes Anschlussleitungselementfirst connection line element
142142: zweite Öffnungsecond opening
144144: zweites Anschlussleitungselementsecond connection line element
146146: Verbindungskammerconnecting chamber
148148: Abzweigleitungselement Branch circuit element
4040: Druckverlaufpressure curve
4242: Druckpulspressure pulse
4444: Beatmungsparameter, (unterer) SchwellwertVentilation parameters, (lower) threshold
4646: Beatmungsparameter, (oberer) SchwellwertVentilation parameters, (upper) threshold
4848: mittlerer Atemwegsdruck (MAP)mean airway pressure (MAP)
5050: Steuerungseinrichtungcontrol device
5252: Verarbeitungseinheitprocessing unit
5454: Steuerungsprogrammcontrol program
5656: Sensorsignalsensor signal
5858: Sensorsignalsensor signal
6060: Steuersignalcontrol signal
6262: Steuersignalcontrol signal
6464: Beatmungsparameter, (erster) ZeitwertVentilation parameters, (first) time value
6666: Beatmungsparameter, (zweiter) ZeitwertVentilation parameters, (second) time value

Claims

A method for high-frequency ventilation of a patient, wherein by means of a near the patient patient module (20) short pressure pulses (42) are generated with a duration of less than 200 ms for high-frequency ventilation, wherein the patient module (20) by means of an inspiratory tube (16) to a first pressure potential (P _insp ) and by means of an expiratory _tube (18) to a second pressure potential (PEEP) is connected, wherein a from the patient module (20) remote pressure source (12) the first pressure potential (P _insp ) and the lower compared to the first pressure potential second pressure potential (PEEP) generated, wherein the inspiratory tube (16) on the side of the patient module (20) directly or indirectly to an inspiratory valve (26) encompassed by the patient module (20) is connected, wherein the expiratory tube (18) on the side of the patient module (20 ) is connected directly or indirectly to an expiratory valve (28) encompassed by the patient module (20), wherein as inspiratory valve (26) and as exhalation valve (28) each have a valve arrangement (30) with a high-frequency controllable valve drive (34) act and wherein the short pressure pulses (42) are generated from the first and the second pressure potential (P _insp , PEEP) by means of predetermined or predefinable ventilation parameters (44, 46, 64, 66) by means of the inspiration valve (26) and the expiratory valve (28) Control signals (60, 62) for controlling the drives (34) of the valves (26, 28) are generated by means of a control device (50) on the basis of the ventilation parameters (44, 46, 64, 66).

Method according to Claim 1 , wherein the pressure pulses (42) are generated by at least one sensor signal (56, 58) obtainable by a sensor system (24) of the patient module (20) having at least one ventilation signal (44, 58) by means of a control device (50) of the patient module (20). 46) is compared and, depending on the result of the comparison, at least one control signal (60, 62) for controlling at least one valve (26, 28) of the patient module (20) is generated.

Method according to Claim 3 in which a lower and an upper threshold value (44, 46) are taken into account for generating the pressure pulses (42), and when the upper threshold value (46) is reached a switching between an expiratory phase and a subsequent inspiratory phase and when the lower threshold value ( 44) a switching between an inspiratory phase and a subsequent expiratory phase takes place.

Method according to Claim 2 or 3 wherein a mean airway pressure (48) and / or a ventilation frequency is varied by means of a shift of the at least one threshold value (44, 46).

Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor (24) encompassed by the patient module (20) comprises at least one pressure sensor and / or at least one flow sensor and at least one sensor signal (56, 58) which encodes a pressure measurement as sensor signal (56, 58) and / or or at least one sensor signal (56, 58) which encodes a flow measurement.

Method according to one of the preceding claims, wherein predetermined or predefinable time values (64, 66) are evaluated by means of a control device (50) of the patient module (20) as respiration parameters (64, 66), wherein the time values (64, 66) encode a total duration of an inspiratory phase and an expiratory phase or based on the time values (64, 66) results in a total duration of an inspiratory phase and an expiratory phase, and wherein the pressure pulses (42) are generated by detecting a respective duration of an inspiratory or expiratory phase by means of the control device (50) and upon reaching the total duration at least one control signal (60, 62) for controlling at least one valve (26, 28) of the Patient module (20) is generated.

Method according to one of the preceding claims, wherein the pressure source (12) is a ventilator or a ventilation and anesthesia device.

Device (20) for high-frequency ventilation of a patient, wherein the device (20) is connectable to a pressure source (12) and can be arranged close to the patient, wherein the device (20) as inspiratory valve (26) and as exhalation valve (28) in each case comprises a valve arrangement (30) and each valve arrangement (30) is associated with a radiofrequency-actuatable valve drive (34), wherein the device (20) has a control device (50) for generating control signals (60, 62) on the basis of predefined or predefinable ventilation parameters (44, 46, 64, 66) for controlling the drives (34) of the valves (26, 28). is assigned and wherein by means of the device (20) during its operation short pressure pulses (42) are generated with a duration of less than 200 ms for the high-frequency ventilation.

Device (20) according to Claim 8 in which the pressure pulses (42) are generated during operation of the device (20) by means of the control device (50) at least one sensor signal (56, 58) available from a sensor system (24) of the patient module (20) with at least one ventilation parameter ( 44, 46) and, depending on the result of the comparison, at least one control signal (60, 62) for controlling at least one valve (26, 28) of the patient module (20) is generated.

Device (20) according to Claim 8 or 9 wherein predetermined or predefinable time values (64, 66) can be evaluated as respiration parameters (64, 66) by means of the control device (50), wherein the time values (64, 66) encode a total duration of an inspiratory phase and an expiratory phase or based on the time values (64, 66) results in a total duration of an inspiratory phase and an expiratory phase and wherein the pressure pulses (42) are generated during operation of the device (20) by detecting a respective duration of an inspiratory or expiratory phase by means of the control device (50) When the total duration has been reached, at least one control signal (60, 62) for controlling at least one valve (26, 28) of the patient module (20) is generated.

Computer program (54) containing program code means for taking all steps from any one of Claims 1 to 7 perform when the computer program (54) on a control device (50) of a device (20) according to Claim 8 . 9 or 10 is performed.

Device (20) according to one of Claims 8 . 9 or 10 wherein the control device (50) comprises a processing unit (52) and a memory, into which a computer program (54) Claim 11 which is executed by the processing unit (52) during operation of the device (20) and the control device (50).