DE19626924A1 - Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases mit wenigstens einer Atemgasquelle, einer Steuerung für den Atemgasstrom und einer Gasfördereinrichtung für den gesteuerten Atemgasstrom, wobei die Gasfördereinrichtung mit wenigstens einer Sauerstoffquelle verbindbar ist.

Solche Geräte sind sowohl für den ambulanten Notfalleinsatz als auch für den stationären klinischen Einsatz bekannt.

Als Atemgasquelle dient bei stationärem klinischen Einsatz üblicherweise eine zentrale Druckluft- oder Sauerstoffversor­ gung mit entsprechenden Anschlußstellen in den Behandlungsräu­ men und Krankenzimmern. Die Geräte selbst sind üblicherweise auf Rollen beweglich und weisen entsprechende Anschlußleitun­ gen auf, mit denen die Geräte an die zentrale Atemgasquelle anschließbar sind.

Für den Einsatz solcher Geräte für den ambulanten Notfallein­ satz kommen in der Regel einfachere Geräte zur Anwendung. Da­ bei dienen als Atemgasquelle übliche Druckgasflaschen für Druckluft und/oder Sauerstoff. Das in den Druckgasflaschen enthaltene Gas wird üblicherweise unter einem Überdruck von etwa 200 bar abgefüllt.

Um zumindest für einen Transport in ein Krankenhaus ausrei­ chenden Atemgasvorrat zur Verfügung zu haben, ist zumindest eine solche Druckgasflasche mit einem Füllvolumen von 10 l er­ forderlich. Durch die sperrigen Abmessungen und insbesondere das hohe Gewicht einer solchen gefüllten Druckgasflasche ist ein solches Gerät für den ambulanten Notfalleinsatz nur zum Einsatz in Fahrzeugen oder z. B. einem Hubschrauber praktisch möglich.

Im stationären Einsatz wird üblicherweise ein Gemisch von Druckluft und Sauerstoff als Atemgas verwendet. Da im ambulan­ ten Notfalleinsatz bei einem solchen Gerät praktisch immer Sauerstoff zugeführt wird, sind dementsprechend zwei Druckgas­ flaschen als Atemgasquelle erforderlich, nämlich eine Preß­ luftflasche und eine Sauerstoffflasche, was zu einer weiteren Gewichtserhöhung führt. Um eine solche Gewichtserhöhung zu vermeiden, ist es auch bekannt, lediglich eine Sauerstoff­ flasche mitzuführen und durch entsprechende Ausbildung von Strömungswegen über eine Venturidüse Umgebungsluft mit dem Sauerstoff aus der Druckgasflasche zu vermischen und als Atem­ gas zu verwenden.

Ferner weisen die bekannten Geräte noch eine mechanische oder elektronische Steuerung auf, über die der Atemgasstrom ent­ sprechend der erforderlichen Beatmungsfrequenz steuerbar ist.

Ein Gerät der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus der WO 87/06142 bekannt. Das dort offenbarte Gerät umfaßt einen Monitor zur Überwachung der Atemtätigkeit eines Patienten. Di­ rekt am Beginn einer jeden Einatmung wird an den Patienten ein Volumenimpuls an Sauerstoff abgegeben. Wenn der Patient unre­ gelmäßig atmet oder überhaupt nicht spontan atmen kann, stellt das Gerät einen kontinuierlichen Sauerstofffluß bereit.

Ein anderes Gerät ist aus der EP-A-324 275 bekannt, das ein Beatmungsgerät und eine Atemsynchronisation umfaßt. Das Gerät ist für die Verwendung bei Atemstillstand vorgesehen, wobei ein Atemgas von dem Beatmungsgerät an den Patienten abgegeben werden kann zu ausgewählten Zeiten nach Beginn des Einatmens oder Ausatmens. Die Synchronisationseinrichtung ist mit einem Monitor zur Überwachung der Atmung verbunden. Der Monitor er­ faßt die Körperimpedanz, Elektromyogramme, Brustkorbbewegungen und dergleichen.

Diese bekannten Systeme arbeiten zufriedenstellend, solange der Patient relativ gesund ist und sich seine Lungen in einem verhältnismäßig guten Zustand befinden. Jedoch sind viele Pa­ tienten in schlechtem Zustand oder haben atelektatische Lungen, d. h. diese sind nicht vollständig mit Luft gefüllt, so daß der am Beginn der Einatmung verabreichte Sauerstoff nur einen geringen Effekt hat, falls überhaupt. Wird für längere Zeit ein kontinuierlicher Strom an Sauerstoff zugegeben, wird der Zweck des Gerätes, nämlich Sauerstoff zu sparen, ins Ge­ genteil verkehrt.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, bekannte Geräte zur Bereitstellung eines Atemgases zu verbessern, insbesondere hinsichtlich des Sauerstoffverbrauches.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gerät der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Atemgasquelle ein motorisch angetriebenes Gebläse umfaßt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gerätes ist das Mit­ führen großer Druckgasflaschen nicht mehr erforderlich. Für den medizinisch notwendigen Sauerstoffbedarf reicht bei einem erfindungsgemäßen Gerät eine 1-Liter-Flasche für eine Versor­ gung eines Patienten von etwa 3 Stunden. Aufgrund der kleinen handlichen 1-Liter-Flasche ist es somit möglich, ein solches Gerät, insbesondere im ambulanten Einsatz, auch mobil zu be­ treiben, insbesondere ist ein fester Einbau in Fahrzeuge nicht mehr erforderlich. Dies ermöglicht auch den Einsatz eines sol­ chen Gerätes auch bei anderen Hilfsfahrzeugen als Rettungswa­ gen. Ein erfindungsgemäßes Gerät kann bei Einsatz eines Elek­ tromotors praktisch überall betrieben werden, wo die Möglich­ keit einer Stromversorgung besteht. Bei entsprechender Aus­ stattung mit Akkumulatoren ist es sogar möglich, ein erfin­ dungsgemäßes Gerät so auszubilden, daß das Gerät eine Zeitlang völlig ohne fremde Energieversorgung auskommt. Dies kann z. B. zweckmäßig sein bei der Bergung von Verletzten aus unwegsamem Gelände.

Es kann aber auch ein anderer Antrieb als über einen Elektro­ motor vorgesehen sein, z. B. ein Druckluftantrieb. Dies ist dann zweckmäßig, wenn das Gerät an Orten eingesetzt werden soll, wo aus anderen Gründen eine Druckluftversorgung gewähr­ leistet ist, die Druckluft jedoch nicht die für die medizini­ sche Behandlung erforderliche Reinheit aufweist, z. B. ölhaltig ist. Dies könnte z. B. der Fall sein in Ambulanz-Großfahrzeugen oder bei Mitführen eines solchen Gerätes auf Überseeflügen in Verkehrsflugzeugen.

Um das Gerät als Dauerbeatmungsgerät auch bei völligem Ausfall der Atmung eines Patienten einsetzen zu können, ist es zweck­ mäßig, wenn das Gerät im Betrieb an einem verbrauchseitigen Ende der Gasfördereinrichtung gegenüber dem Umgebungsdruck ei­ nen Staudruck von mehr als 400 Pa, insbesondere von etwa 600 Pa, liefern kann.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Gerät der eingangs erwähnten Art kann bei dennoch kompakten Aufbau und einfacher Handhabung für eine Beatmung mit positiv-endexspiratorischem Druck (PEEP) eingesetzt werden, wenn das Gerät ferner eine Rückströmein­ richtung und eine Ventileinrichtung umfaßt, die mit der Steue­ rung für den Atemgasstrom verbunden ist, wobei die Ventilein­ richtung in einer ersten Betriebsstellung den Querschnitt der Gasfördereinrichtung in Richtung auf dessen verbraucherseiti­ ges Ende im wesentlichen freigibt und in einer zweiten Be­ triebsstellung den Querschnitt der Gasfördereinrichtung über­ wiegend verschließt und/oder mit der Umgebung verbindet und wobei die Ventileinrichtung in der ersten Betriebsstellung den Querschnitt der Rückströmeinrichtung im wesentlichen ver­ schließt und in der zweiten Betriebsstellung im wesentlichen freigibt.

Um Inspirationsstrom und Exspirationsstrom möglichst wirkungs­ voll zu trennen, ist es zweckmäßig, daß die Rückströmeinrich­ tung in der Nähe des verbraucherseitigen Endes der Gasförder­ einrichtung mit dieser verbunden ist.

Um mit geringstmöglichen apparativen Aufwand die Beatmungs­ techniken PEEP und CPPV einsetzen zu können, ist es zweckmä­ ßig, wenn das Gerät im Betrieb an dem verbraucherseitigen Ende der Gasfördereinrichtung einen Staudruck über dem Umgebungs­ druck liefert, wenn sich die Ventileinrichtung in der zweiten Betriebsstellung befindet, insbesondere wenn dabei der Stau­ druck über dem Umgebungsdruck durch ein Druckregelventil in der Rückströmeinrichtung eingestellt wird, wobei der Staudruck zweckmäßigerweise etwa 50-200 Pa beträgt.

Für einen minimalen Sauerstoffverbrauch ist es zweckmäßig, wenn das Gerät ferner eine Dosiereinrichtung zur Zumessung ei­ ner zu fördernden Sauerstoffmenge zu dem Atemgas umfaßt und die Steuerung die Dosiereinrichtung beeinflußt.

Zur optimalen Abstimmung der Komponenten und z. B. zum Aus­ gleich von Verlusten durch Undichtigkeiten, z. B. an einer Atemmaske, ist es zweckmäßig, wenn das Gerät gekennzeichnet ist durch wenigstens eine Meßeinrichtung zur Bestimmung wenig­ stens eines Parameters des geförderten Gases, wobei die wenig­ stens eine Meßeinrichtung die Steuerung beeinflußt.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Gerät der eingangs erwähnten Art, das gekennzeichnet ist durch wenigstens eine Meßeinrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters des geförderten Gases, wobei die wenigstens eine Meßeinrichtung die Steuerung beeinflußt, insbesondere über die Steuerung die Dosiereinrichtung zur Zumessung des zu fördernden Sauerstoffes zu dem Atemgas beeinflußt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gerätes der eingangs erwähnten Art ist es nunmehr möglich, die Zufuhr von Atemgas in Abhängigkeit von dem Zustand des Patienten und seinen Be­ dürfnissen einzustellen, insbesondere auch die Zugabe von Sau­ erstoff zum Atemgas.

Zweckmäßigerweise umfaßt die wenigstens eine Meßeinrichtung eine Gasstrommeßeinrichtung und/oder eine Gasdruckmeßeinrich­ tung und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung einer Gaskonzen­ tration, insbesondere einer Sauerstoffkonzentration, in dem geförderten Gas.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Bereit­ stellung eines Atemgases für Lebewesen, das gekennzeichnet ist durch Erfassen wenigstens eines Parameters des geförderten Gases und zur Messung einer bestimmten Menge an Sauerstoff in Abhängigkeit von dem wenigstens einen erfaßten Parameter. Da­ durch ist eine Optimierung des Sauerstoffverbrauches im Ver­ hältnis zu der medizinisch notwendigen Zumessung an Sauerstoff möglich.

Vorzugsweise erfolgt die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff nach Erfassen eines vorbestimmten Wertes für den wenigstens ein Parameter, insbesondere zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Erfassen eines solchen Wertes, insbesondere zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Erfassen des Beginns einer Einatmungsphase.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist dieses dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff proportional zu einem Spitzenwert eines Atemgasstromes und/oder eines Atemgasdruckes in einem Atemzyk­ lus erfolgt, insbesondere daß der Spitzenwert des Atemgasstro­ mes und/oder des Atemgasdrucks bestimmt wird als Spitzenwert des Atemgasstromes und/oder Atemgasdrucks in einem vorherge­ henden Atemzyklus, insbesondere als Mittelwert der Spitzenwer­ te einer bestimmten Anzahl vorhergehender Atemzyklen.

Ein besonders geringer Sauerstoffverbrauch läßt sich errei­ chen, wenn die Zumessung einer bestimmten Menge Sauerstoff zu dem Atemgas erfolgt in Abhängigkeit von einem erfaßten Wert der Sauerstoffkonzentration in dem ausgeatmeten Gas, insbeson­ dere wenn die Dauer der Sauerstoffabgabe der Sauerstoffquelle bestimmt wird in Abhängigkeit von einem erfaßten Wert der Sau­ erstoffkonzentration in dem ausgeatmeten Gas.

Vorteilhafterweise ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Gerätes.

Anhand des von der Meßeinrichtung erfaßten Parameters des ge­ förderten Gasstromes kann die Atemgaszufuhr zu dem Patienten erfaßt werden. Wenn die Lunge ausreichend geöffnet ist, so daß alles zugeführte Atemgas zu den Lungenbläschen transportiert wird, wird Sauerstoff impulsförmig an den Patienten abgegeben. In Abhängigkeit von dem Zustand der Lunge des Patienten kann die Zufuhr von Sauerstoff kurz nach Beginn des Einatmens oder mit einer geeigneten Verzögerung erfolgen, z. B. wenn die Lunge stark atelektatisch oder kollabiert ist. Der Ausdruck "positi­ ver Gasdruck" wird hier verwendet für einen Druck oberhalb ei­ nes vorbestimmten Grunddrucks (atmosphärischer Druck oder Überdruck bei Beatmung mit positiv-endexspiratorischem Druck/ PEEP) nach dem spontanen oder erzwungenen Einatmen. Im Gegen­ satz dazu erfolgt die Erkennung des Beginns eines spontanen Einatmens durch eine Abnahme des Gasdruckes.

Bei diesem speziellen Zeitverhalten ersetzt Sauerstoff Stick­ stoff und akkumuliert in den Lungenbläschen innerhalb von 1 oder 2 Minuten Beatmung.

Dabei spielt es keine Rolle, ob der Patient spontan atmet oder nicht. Die Versorgung mit Sauerstoff erfolgt entsprechend dem ermittelten Parameter. Diese Ausführungsform der Erfindung kann praktisch mit allen Beatmungs- und Atemhilfssystemen ein­ gesetzt werden, entweder durch Einbau in das System oder als externes Zubehörgerät.

Wenn die Erfindung in Verbindung mit einem Atemhilfsgerät ein­ gesetzt wird, das einen Patienten mit Luft oder einem anderen Atemgas während des Einatmens versorgt, kann die Verwendung ei­ ner bestimmten Zeitverzögerung für die Zugabe des Sauerstoffes aus der Sauerstoffquelle vorteilhaft sein. Die Zeitverzögerung kann durch einen Arzt am Gerät fest eingestellt sein, erfolgt jedoch vorzugsweise entsprechend dem Zustand der Lungen. Die Verzögerungszeit kann z. B. bestimmt werden als Durchschnitts­ zeit zum Erreichen eines bestimmten Prozentsatzes eines Spitzenwertes über eine vorausgewählte Anzahl von Atemzyklen oder in Abhängigkeit von der Verfassung, der Nachgiebigkeit und der funktionellen Residualkapazität der Lunge bestimmt werden.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung,

Fig. 3 ein Diagramm, das den Betrieb des Gerätes in einer er­ sten Betriebsweise darstellt und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Betriebsweise des Gerätes in ei­ ner zweiten Betriebsart darstellt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät 1 zur Bereitstellung eines Atemgases, das mit einem Patienten 2 verbunden werden kann. Dabei wird über ein geeignetes Filter 3 gereinigte Luft von einem motorisch angetriebenen Gebläse 4 aus der Umgebung angesaugt und gefördert, wobei das Gebläse 4 als Atemgasquelle dient. Als Atemgasquelle kann auch eine übliche Druckgasquelle verwendet werden.

Über eine Ventileinrichtung 5 kann der von dem Gebläse 4 in eine Vorlaufleitung 6 als Gasfördereinrichtung geförderte Vo­ lumenstrom bzw. der in der Gasfördereinrichtung 6 aufgebaute Druck eingestellt werden. Die Ventileinrichtung 5 kann wenig­ stens 2 Betriebsstellungen einnehmen. In einer ersten Be­ triebsstellung der Ventileinrichtung 5 gibt diese den Quer­ schnitt der Gasfördereinrichtung 6 in Richtung auf ein ver­ braucherseitiges Ende 7 im wesentlichen frei. In einer zweiten Betriebsstellung verschließt die Ventileinrichtung 5 den Quer­ schnitt der Gasfördereinrichtung 6 ganz oder teilweise und/ oder verbindet die Gasfördereinrichtung 6 mit der Umgebung, d. h. die Gasfördereinrichtung 6 wird entlüftet.

Das verbraucherseitige Ende 7 der Gasfördereinrichtung 6 dient zur Verbindung des Gerätes 1 mit dem Patienten 2 und kann z. B. als Tubuseinrichtung ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist in das verbraucherseitige Ende 7 zugleich ein Durchflußmeßge­ rät 8 als Gasstrommeßeinrichtung integriert.

Um das zur Beatmung bei atelektatischer Lunge und zur Vermei­ dung eines Lungenkollapses besonders vorteilhafte Beatmungs­ verfahren mit Ausatmung gegen einen Überdruck (PEEP/CPPV) an­ wenden zu können, ist zweckmäßigerweise eine Leitung 9 als Rückströmeinrichtung mit dem verbraucherseitigen Ende 7 der Gasfördereinrichtung 6 verbunden.

Um dabei die Ventileinrichtung 5 entsprechend der spontanen oder gesteuerten Atmung des Patienten 2 einstellen zu können, ist es zweckmäßig, ferner eine Gasdruckmeßeinrichtung 10 in das verbraucherseitige Ende 7 der Gasfördereinrichtung 6 zu integrieren.

In die Leitung 9 kann ein Druckbegrenzungsventil 11 integriert sein, über das die Leitung 9 bei Überschreiten eines kriti­ schen Druckes entlüftet wird. Ein solches Druckbegrenzungsven­ til 11 dient als Sicherheitsventil für den Fall des Versagens der Ventileinrichtung 5, insbesondere in seiner ersten Be­ triebsstellung.

Die Signale von Meßeinrichtungen, wie dem Durchflußmeßgerät 8 oder der Gasdruckmeßeinrichtung 10, werden einer Steuerung 12 zugeführt, die zumindest die Ventileinrichtung 5 mit einem Steuersignal beaufschlagt. Dazu dient ein Stellglied 13, das z. B. durch einen Schrittmotor oder einen Elektromagneten ge­ bildet sein kann. Ferner kann eine Rückmeldung von dem Stell­ glied 13 über die Position der Ventileinrichtung 5 an die Steuerung 12 erfolgen. Ferner kann die Steuerung 12 auch eine Beeinflussung des Gebläses 4 umfassen, z. B. um den Stromver­ brauch des Gerätes 1 zu minimieren.

Die Ventileinrichtung 5 umfaßt dabei sowohl eine Beeinflussung des Gasstromes in der Gasfördereinrichtung 6 als auch in der Rückströmeinrichtung 9. Stromabwärts von der Ventileinrichtung 5 ist am Ende der Rückströmeinrichtung 9 ein Druckregelventil 14 angeordnet, das in der Rückströmeinrichtung 9 den erwünsch­ ten Überdruck einstellt, gegen den der Patient 2 ausatmen soll. Zweckmäßigerweise kann der Druck, der über das Druck­ regelventil 14 eingestellt wird, direkt oder über die Steue­ rung 12 und ein entsprechendes Stellglied in dem Druckregel­ ventil 14 entsprechend den medizinisch erwünschten Vorgaben verändert werden.

Um insbesondere bei Ausfall des Gerätes 1 sicherzustellen, daß der Patient 2 beim Einatmen nicht wieder mit zuvor ausgeatme­ tem Atemgas versorgt wird, kann z. B. über je ein Rückschlag­ ventil 15 in der Gasfördereinrichtung 6 und der Rückströmein­ richtung 9 eine Richtung des Gasstromes erzwungen werden. Die Rückschlagventile 15 können dabei z. B. durch herkömmliche Klappenventile gebildet sein. Ferner ist in Fig. 1 noch der Anschluß einer optionalen Sauerstoffquelle 16 angedeutet, mit deren Hilfe das Atemgas mit Sauerstoff angereichert werden kann. Einzelheiten einer solchen Anordnung mit einer Sauer­ stoffquelle 16 werden nachfolgend beschrieben.

In Fig. 2 ist ein Gerät 1 zur Bereitstellung eines Atemgases gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrich­ tung dargestellt. Zur Verdeutlichung der Funktionsweise ist ein mit dem Gerät 1 verbundener Patient 2 mit dargestellt. Das dargestellte Gerät 1 umfaßt eine Atemgasquelle, die entweder ein Gebläse 4 umfassen kann, wie es zuvor beschrieben wurde, oder durch ein herkömmliches Atemhilfsgerät oder Beatmungsge­ rät gebildet werden kann. Das Atemhilfsgerät kann z. B. ein stationäres Krankenhausgerät sein mit allen bekannten Beson­ derheiten, z. B. Volumen- und Druckregelung sowie Patienten-Mo­ nitor. Das Atemgas kann dementsprechend in herkömmlicher Weise über eine zentrale Druckgasversorgung oder Druckflaschen be­ reitgestellt werden.

Das dargestellte Gerät 1 umfaßt ferner ein Durchflußmeßgerät 8, eine Druckmeßvorrichtung 10, eine Steuerung 12 und eine Sauerstoffquelle 16. Die Steuerung 12 ist mit einem Steuerven­ til 17 als Dosiereinrichtung für die zur Messung einer zu för­ dernden Sauerstoffmenge verbunden. Das Steuerventil 17 ist in eine Gasleitung 18 integriert, die die Sauerstoffquelle 16 mit einer als Tubussystem ausgebildeten Gasfördereinrichtung 6 verbindet. Ferner ist in dem verbraucherseitigen Ende 7 des Tubussystems 6 noch eine Meßeinrichtung 19 für die Sauerstoff­ konzentration angeordnet.

Das Atemhilfsgerät 4 ist mit dem Patienten 2 über eine Tubus­ einrichtung 6 verbunden. Die Tubuseinrichtung 6 umfaßt einen Tubus für das Einatmen und kann ferner mit einem weiteren Tu­ bus 9 zum Ausatmen verbunden sein. Die Verwendung eines zu­ sätzlichen Tubus 9 zum Ausatmen hängt im wesentlichen von der Art des verwendeten Atemhilfsgerätes 4 ab. Bei tragbaren Gerä­ ten für die Unfallmedizin und den Hausgebrauch wird üblicher­ weise nur ein Tubus zum Einatmen verwendet. Der Patient atmet durch ein Ventil direkt in die Umgebung aus. In dem Tubus­ system 6 sind das Durchflußmeßgerät 8 und die Druckmeßeinrich­ tung 10 angeordnet, um den Gasvolumenstrom zu dem Patienten 2 und den Atemwegsdruck in dem Patienten 2 zu bestimmen. Die ge­ messenen Werte werden an die Steuerung 12 übertragen, die das Atemhilfsgerät 4 entsprechend den gemessenen Werten steuert.

Die Steuerung 12 steuert ferner das Steuerventil 7 zur Zugabe von Sauerstoff aus der Sauerstoffquelle 16 an den Patienten 2 über eine Gasleitung 18 und das Tubussystem 6.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Volumenstrom und der Druck über 2 Atemzyklen dargestellt ist. Das Diagramm zeigt, wie das Gerät volumengesteuert arbeitet.

Zunächst wird dem Patienten ein erster Einatmungs-Volumenstrom 20A zugeführt. Der Volumenstrom 20A ist konstant. Nach einer kurzen Pause erfolgt eine erste Ausatmung 20B, die wiederum durch einen zweiten Einatmungsstrom 20C und ein weiteres Aus­ atmen 20D gefolgt wird.

Wie aus dem Druckdiagramm erkennbar ist, steigt der Druck P in den Atemwegen 22A, während dem Patienten Atemgas zugeführt wird. Während der Förderpause beginnt der Druck zu fallen und fällt weiter während des Ausatmens 22B. Der Druck fällt bis auf Atmosphärendruck oder ein erhöhtes Druckniveau ab, wenn eine Beatmung mit positiv-endexspiratorischem Druck (PEEP) er­ folgt. Es kann jedoch auch eine Beatmung mit negativ-endexspi­ ratorischem Druck (NEEP) verwendet werden. Entsprechend wie­ derholt sich der Vorgang während des zweiten Einatmens 22C und dem zweiten Ausatmen 22D.

Bei einem Patienten mit akuter respiratorischer Insuffizienz (ARDS) haben geschlossene Atemzyklen keine gleichförmigen Zeitkonstanten, d. h. unterschiedliche Charakteristika des Strömungswiderstandes und der Nachgiebigkeit. Wenn Sauerstoff direkt nach Beginn des Einatmens appliziert wird, sind vitale Teile der Lunge möglicherweise noch nicht wirksam belüftet. Um die Zugabe von Sauerstoff in die Lungen unter Verwendung eines Minimums an Sauerstoff zu verbessern, wird die Zugabe von Sau­ erstoff verzögert, bis die Lungen ausreichend geöffnet sind, wie es durch die Druckkurve in 22A in Fig. 3 angezeigt wird. Wenn ein bestimmter Druck P_I im Verhältnis zu dem maximalen Druck erreicht ist, wird Sauerstoff zugegeben, wie es durch die schwarzen Balken 24 und 26 dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt im wesentlichen das gleiche für eine druckge­ steuerte Betriebsart. Ein erstes Einatmen 32A und ein zweites Einatmen 32C findet bei einem vorherbestimmten Druckniveau statt. Ein erstes und zweites Ausatmen 32B und 32C erfolgt bei einem positiv-endexspiratorischen Druck (PEEP). Der Druckim­ puls 32A bedingt einen Einatmungsstrom 30A an den Patienten. Der Einatmungsstrom 30A ist am Beginn des Einatmens groß und nimmt dann ab, bis die Ausatmung 30B einsetzt. Entsprechend folgt ein zweites Einatmen 30C und Ausatmen 30D.

Bei dieser Betriebsart wird Sauerstoff erst zugegeben, wenn der Gasstrom einen vorbestimmten Prozentsatz Φ_I des maximalen Gasstroms erreicht, was durch die schwarzen Balken 34 und 36 in Fig. 4 gekennzeichnet ist.

Die gemessenen maximalen Werte in einem Atemzyklus oder die berechneten Mittelwerte mehrerer vorhergehender Atemzyklen können als Referenzmaxima verwendet werden. Wenn der Gasstrom oder Druck den durch einen Arzt voreingestellten Prozentsatz des Referenzmaximums erreicht, wird Sauerstoff zugegeben. Fer­ ner kann auch eine Kombination von Volumenstrom und Druck ver­ wendet werden.

Anstelle der Verwendung bestimmter Volumenstrom- oder Druck­ werte kann auch eine bestimmte Zeitverzögerung durch den Arzt eingegeben oder durch die Steuerung 12 berechnet werden. Wie aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, erfolgt die Zugabe von Sauerstoff nach einer gewissen Zeitverzögerung. Die Größe dieser Zeitverzögerung wird bestimmt durch den Zustand der Lunge und entspricht einem Zeitverhalten, das die beste Effi­ zienz bei der Zugabe von Sauerstoff gewährleistet. Anhand der Messungen der Lunge kann ein Arzt eine bestimmte Zeitverzöge­ rung nach Beginn des Einatmens für die Zugabe von Sauerstoff festlegen. Alternativ kann die Steuerung 12 programmiert sein, um die Zeitverzögerung anhand der Messungen des Volumenstromes und des Druckes zu berechnen. Beispielsweise kann die Steue­ rung einen Mittelwert für die Zeitverzögerung über eine Anzahl von Atemzyklen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, berechnen und dann die berechnete Zeitverzögerung ver­ wenden. Für verhältnismäßig gesunde Patienten kann die Zeit­ verzögerung auch auf einen festen Wert ohne Anpassung an die individuelle Lungenkonstitution eingestellt sein, z. B. für Ge­ räte, die in der Unfallmedizin verwendet werden.

Die gleiche Betriebsweise kann verwendet werden für andere Be­ triebsarten eines Atemhilfsgerätes oder eines Beatmungsgerä­ tes, z. B. bei der Atemunterstützung. Ferner können auch durch medizinisches Personal manuell bediente Beatmungsgeräte ent­ sprechend ausgestattet werden.

Eine weitere mögliche Steuergröße ist die Zeitdauer der Sauer­ stoffzugabe. Diese wird so gesteuert, daß sie lang genug ist, um Sauerstoff an die entsprechenden Teile der Lunge, d. h. Atemwege und Lungenbläschen, zu liefern, jedoch nicht so lang, daß Sauerstoff unverbraucht wieder ausgeatmet wird. Dies kann durch Messung der Sauerstoffkonzentration in der ausgeatmeten Luft erfolgen, z. B. mit der Meßeinrichtung für die Sauerstoff­ konzentration 19 in Fig. 1, oder durch die Sauerstoffkonzen­ tration des Blutes (nicht dargestellt).

Entsprechend hoch entwickelte Atemhilfsgeräte oder Beatmungs­ geräte können entsprechend ausgestattet sein, andere Anordnun­ gen sind jedoch möglich.

Claims (26)

1. Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases mit wenigstens einer Atemgasquelle (4), einer Steuerung (12) für den Atemgasstrom und einer Gasfördereinrichtung (6) für den gesteuerten Atemgasstrom, wobei die Gasfördereinrichtung (6) mit wenigstens einer Sauerstoffquelle (16) verbind­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemgasquelle ein motorisch angetriebenes Gebläse (4) umfaßt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät im Betrieb an einem verbraucherseitigen Ende (7) der Gasfördereinrichtung (6) gegenüber dem Umge­ bungsdruck einen Staudruck von mehr als 400 Pa liefern kann.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck etwa 600 Pa beträgt.

4. Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner eine Rückströmeinrichtung (9) und eine Ventileinrichtung (5) umfaßt, die mit der Steuerung (12) für den Atemgasstrom verbunden ist, wobei die Ventilein­ richtung (5) in einer ersten Betriebsstellung den Quer­ schnitt der Gasfördereinrichtung (6) in Richtung auf dessen verbraucherseitiges Ende (7) im wesentlichen freigibt und in einer zweiten Betriebsstellung den Quer­ schnitt der Gasfördereinrichtung (6) überwiegend ver­ schließt und/oder mit der Umgebung verbindet und wobei die Ventileinrichtung (5) in der ersten Betriebsstellung den Querschnitt der Rückströmeinrichtung (9) im wesent­ lichen verschließt und in der zweiten Betriebsstellung im wesentlichen freigibt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückströmeinrichtung (9) in der Nähe des ver­ braucherseitigen Endes (7) der Gasfördereinrichtung (6) mit dieser verbunden ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät im Betrieb an dem verbraucherseitigen Ende (7) der Gasfördereinrichtung (6) einen Staudruck über dem Umgebungsdruck liefert, wenn sich die Ventileinrichtung (5) in der zweiten Betriebsstellung befindet.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck über dem Umgebungsdruck durch ein Druck­ regelventil (14) in der Rückströmeinrichtung (9) einge­ stellt wird, wenn sich die Ventileinrichtung (5) in der zweiten Betriebsstellung befindet.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck über dem Umgebungsdruck etwa 50-200 Pa be­ trägt, wenn sich die Ventileinrichtung (5) in der zwei­ ten Betriebsstellung befindet.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner eine Dosiereinrichtung (17) zur Zumes­ sung einer zu fördernden Sauerstoffmenge zu dem Atemgas umfaßt und die Steuerung (12) die Dosiereinrichtung (17) beeinflußt.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Meßeinrichtung (8, 10, 19) zur Bestim­ mung wenigstens eines Parameters des geförderten Gas­ stromes, wobei die wenigstens eine Meßeinrichtung (8, 10, 19) die Steuerung (12) beeinflußt.

11. Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases mit wenigstens einer Atemgasquelle (4), einer Steuerung (12) für den Atemgasstrom und einer Gasfördereinrichtung (6) für den gesteuerten Atemgasstrom, wobei die Gasfördereinrichtung (6) mit wenigstens einer Sauerstoffquelle (16) verbind­ bar ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Meßein­ richtung (8, 10, 19) zur Bestimmung wenigstens eines Pa­ rameters des geförderten Gasstromes, wobei die wenig­ stens eine Meßeinrichtung (8, 10, 19) die Steuerung (12) beeinflußt.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch wenigstens eine Meßeinrichtung (8, 10, 19) zur Bestim­ mung wenigstens eines Parameters des geförderten Gas­ stromes, wobei die wenigstens eine Meßeinrichtung (8, 10, 19) die Steuerung (12) zur Beeinflussung der Dosier­ einrichtung (17) zur Zumessung des zu fördernden Sauer­ stoffes zu dem Atemgas beeinflußt.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßeinrichtung eine Gasstrommeßein­ richtung (8) umfaßt.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßeinrichtung eine Gasdruckmeßein­ richtung (10) umfaßt.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßeinrichtung eine Einrichtung (19) zur Bestimmung einer Gaskonzentration in dem Gasstrom umfaßt.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßeinrichtung eine Einrichtung (19) zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in dem Gas­ strom umfaßt.

17. Verfahren zur Bereitstellung eines Atemgases für Lebewe­ sen (2) gekennzeichnet durch Erfassen wenigstens eines Parameters des geförderten Gasstromes und Zumessung einer bestimmten Menge an Sau­ erstoff in Abhängigkeit von dem wenigstens einen erfaß­ ten Parameter.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff nach Erfassen eines vorbestimmten Wertes für den wenigstens einen Parameter erfolgt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Erfassen eines vorbe­ stimmten Wertes für den wenigstens einen Parameter er­ folgt.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Erfassen des Beginns ei­ ner Einatmungsphase erfolgt.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge an Sauerstoff proportional zu einem Spitzenwert eines Atemgasstromes und/oder eines Atemgasdrucks in einem Atemzyklus er­ folgt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Atemgasstromes und/oder Atemgasdrucks bestimmt wird als Spitzenwert des Atemgasstromes und/oder Atemgasdrucks in einem vorhergehenden Atemzyklus.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Atemgasstromes und/oder Atemgasdrucks bestimmt wird als Mittelwert der Spitzenwerte des Atem­ gasstromes und/oder Atemgasdrucks einer bestimmten An­ zahl vorhergehender Atemzyklen.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung einer bestimmten Menge Sauerstoff zu dem Atemgas erfolgt in Abhängigkeit von einem erfaßten Wert der Sauerstoffkonzentration in dem ausgeatmeten Gas.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Sauerstoffabgabe der Sauerstoffquelle (16) bestimmt wird in Abhängigkeit von einem erfaßten Wert der Sauerstoffkonzentration in dem ausgeatmeten Gas.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 16.