DE19950134A1

DE19950134A1 - Vorrichtung zum Spülen eines Totraumes bei mechanischer Beatmung

Info

Publication number: DE19950134A1
Application number: DE19950134A
Authority: DE
Inventors: Goeran Skog
Original assignee: Siemens Elema AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2000-05-04
Also published as: US6298848B1; SE9803685D0

Abstract

Eine Vorrichtung zum Spülen eines Totraumes während mechanischer Beatmung eines Patienten mit einem Ventilator (1) umfaßt ein Reservoir mit einem Behälter mit variablem Volumen wie z. B. Ballon (10), der angepaßt ist, um von dem Ventilator (1) während der Inspirationsphase einen Teil des unter Druck stehenden Atemgases aufzunehmen und zu speichern, und zumindest während eines Endabschnittes einer Exspirationsphase das aufgenommene Atemgas als unter Druck stehendes Spülgas einem ersten Ende einer Leitung (8), die in den Luftwegen (4) eines Patienten liegt, zuzuführen. Das Reservoir (10) ist mit einem Auslaß (9) versehen, der druckmäßig mit dem ersten Ende der Leitung (8) in Verbindung steht, und so wirkt, daß Spülgas in Abhängigkeit davon, daß der Druck an dem ersten Ende der Leitung (8) unter den Druck des Gases in dem Reservoir (10) fällt, zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spü len eines Totraumes eines mechanisch beatmeten Patienten während einer Exspirationsphase der künstlichen Beatmung, um das Wiedereinatmen von ausgeatmetem Gas zu reduzieren.

Bei der mechanischen Beatmung eines Patienten kann sich wäh rend der Exspirationsphase eines Atemzyklus Kohlendioxid (CO₂) in den Atemwegen des Patienten sammeln, das während der nächsten Inspirationsphase des Atemzyklus wieder eingeatmet wikd. Es ist bekannt, daß CO₂ zumindest teilweise durch Spü len der Luftwege mit einem vorzugsweise CO₂-freien Spülgas während zumindest eines Endteiles der Exspirationsphase aus den oberen Luftwegen entfernt werden kann. Eine bekannte Vor richtung, die dazu verwendet wird, die Luftwege auf diese Art und Weise zu spülen, ist in einer technischen Notiz mit dem Titel "Expiratory flushing of airways: a method to reduce deadspace ventilation" von B. Jonson u. a. (Eur. Respir. J 1990, 3, 1202-1205) beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine Quelle mit unter Druck stehendem Gas auf, die entweder eine Standardgasflasche oder ein mechanischer Ventilator ist (zum Beispiel des Typs ServoVentilator 900C von Siemens-Elema AB), der angepaßt ist, Atemgas als Spülgas nach der Inspirati onsphase abzugeben, wobei die Quelle über ein steuerbares Ventilsystem mit einem Ende einer Leitung verbunden ist. Das andere Ende der Leitung ist in die Trachea des Patienten ein führbar, so daß Spülgas den Luftwegen des Patienten zuführ bar ist. Eine elektronische Steuereinheit in betriebsmäßiger Verbindung zwischen dem mechanischen Ventilator und dem Ven tilsystem ist ebenfalls vorgesehen und steuert das Ventilsy stem so, daß Spülgas während des Endteils der Exspirati onsphase entweder in Impulsen oder als kontinuierlicher Strom in die Leitung eingeführt wird. Abhängig von der Zeitsteuer information, die sie von dem Steuersystem des Ventilators er hält, betätigt die elektronische Steuereinheit das Ventilsy stem, um während eines Endteils der Exspirationsphase, in diesem Fall nachdem 50% der Exspirationsphase abgelaufen sind und bis 10% verbleiben, das Spülgas zuzuführen.

Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß eine spezielle Spülquelle erforderlich ist, entweder in der Form einer von dem mechanischen Ventilator separaten Quelle oder in der Form eines Ventilators, der Atemgas auch während einer Exspirati onsphase zuführen kann, und daß ein relativ komplexes elek tronisches Steuersystem erforderlich ist, um die Zufuhr von Spülgas zu dem Patienten zu steuern.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Spülvorrich tung zu schaffen, bei der die mit der bekannten Vorrichtung verbundenen Nachteile zumindest vermindert werden.

Das wird durch eine Spülvorrichtung gemäß des und charakteri siert durch den vorliegenden Anspruch(s) 1 erzielt. Durch Schaffung einer Quelle mit Spülgas in der Form eines Reser voires, das während der Inspirationsphase durch den Ventila tor mit unter Druck stehendem Atemgas gefüllt wird, wird die Notwendigkeit einer separaten Quelle oder eines wie oben in Verbindung mit der bekannten Spülvorrichung beschrieben ange paßten Ventilators beseitigt.

Darüber hinaus wird durch Schaffen eines Auslasses, der druckmäßig mit dem Druck an dem ersten Ende der Leitung in Verbindung steht und betätigbar ist, um das Spülgas zuzufüh ren, wenn eine Druckdifferenz über dem Auslaß auf Grund eines reduzierten Druckes an dem ersten Ende des Auslasses vergli chen mit dem Druck in dem Reservoir einen vorbestimmten Wert erreicht oder übersteigt, eine relativ einfache Regelung des Spülgases erzielt.

Nützlicherweise kann das Reservoir ein variables Volumen, wie es zum Beispiel durch einen Ballon, eine faltbare Balganord nung oder eine Kolbenanordnung erzeugt wird, aufweisen, in dem Spülgas enthalten sein soll und das sich gemäß der darin enthaltenden Gasmenge anpaßt, um die unter Druck stehende Quelle aufrechtzuerhalten. Das erlaubt es, den Druck des Atemgases während einer Inspirationsphase zu "speichern" und im wesentlichen das gesamte enthaltene Gas als ein unter Druck stehendes Spülgas zur Verfügung zu haben.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun aus schließlich als Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnun gen der beigefügten Figuren beschrieben, von denen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anwendung der vor liegenden Erfindung während mechanischer Beatmung zeigt,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Teils einer alterna tiven Leitungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils der vorlie genden Erfindung, der einen alternativen Reservoir darstellt, zeigt.

Betrachtet man nun Fig. 1, so ist ein mechanischer Ventila tor 1 an eine Inspirationsleitung 2 zur Zufuhr von Atemgas unter einem Überdruck über einen Trachealtubus 3 und in die Luftwege 4 eines Patienten angeschlossen. Ein Y-Stück 5 ist vorgesehen, das mit einem Zweig an die Inspirationsleitung 2 angeschlossen ist, und wobei der Trachealtubus 3 mit einem gemeinsamen Zweig des konventionellen Y-Stückes 5 verbunden ist. Eine Exspirationsleitung 6 ist mit dem anderen Zweig des Y-Stückes 5 verbunden, um ausgeatmetes Gas zu dem Ventilator 1 zurückzuführen. Um den Trachealtubus 3 ist auch eine auf blasbare Muffe 7 vorgesehen, um die Atemwege 4 des Patienten dagegen abzudichten, daß Gas auf anderem Wege als durch den Trachealtubus 3 entweichen kann. Daher sind der Ventilator 1; die Leitungen 2, 6; das Y-Stück 5; die Muffe 7 und der Tra chealtubus 3 in einer im Stand der Technik mechanischer Beat mung üblichen Art angeordnet, um in konventioneller Weise zu arbeiten.

In Fig. 1 ist auch eine Spülvorrichtung gemäß der vorliegen den Erfindung dargestellt, die eine Leitung, hier dargestellt als ein seitliches Lumen, das ein integraler Bestandteil des Trachealtubus 3 ist und sich soweit erstreckt, daß es Spülgas dem offenen Ende des Trachealtubus 3 zuführt, aufweist. Al ternativ kann das Lumen 8 unabhängig von dem Trachealtubus 3 und separat in diesen eingeführt sein. Das Lumen 8 ist über eine Spülgasversorgungsleitung 11 mit einem gemeinsamen Ein laß/Auslaß 9 eines Reservoirs mit variablem Volumen verbun deh, der hier in der Form eins Ballons 10 dargestellt ist. Eine Reservoirversorgungsleitung 12 verbindet den gemeinsamen Einlaß/Auslaß 9 über einen T-Stückanschluß 13, der hier als in der Inspirationsleitung 2 in der Nähe des Y-Stückes 5 an geordnet dargestellt ist, mit der Inspirationsleitung 2. Mög liche Einwegeabsperrventile 14, 15 sind als in den jeweiligen Versorgungsleitungen 11, 12 angeordnet dargestellt, um einen Gasflußweg sicherzustellen, der von der Inspirationsleitung 2 über den Ballon 10 und heraus aus dem Lumen 8 führt. Eine feste Begrenzungsdrossel 16, die dazu dient, den Fluß des Spülgases aus dem Ballon 10 heraus so zu regeln, daß das Spülgas dem Lumen 8 bis zumindest dem Ende eines Schlußab schnittes der Exspirationsphase zugeführt werden kann, ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls vorgesehen.

Im Betrieb ist der Ventilator 1 eingestellt, um während einer Inspirationsphase des Atemzyklus eines Patienten ein unter Druck stehendes Atemgas über die Inspirationsleitung 2 den Atemwegen 4 zuzuführen. Ein Teil dieses Inspirationsgases strömt über das T-Stück 13 in den Ballon 10, der sich dadurch ausdehnt. Da der Druck an dem offenen Ende des Lumens 8 in den Atemwegen 4 im wesentlichen der des über den Trachealtu bus 3 zugeführten Atemgases ist, d. h. im wesentlichen der des Spülgases in dem Ballon 10, strömt während der Inspirati onsphase kein oder kaum Gas aus dem Ballon 10 und aus dem Lu men 8 heraus. Wenn eine Exspirationsphase des Atemzyklus des Patienten beginnt, entwickelt sich eine Druckdifferenz zwi schen außerhalb des offenen Endes des Lumens 8 und dem Spül gas in dem Ballon 10 und das Absperrventil 14 in der Spülgas versorgungsleitung 11 öffnet, um zu ermöglichen, daß frisches Atemgas den Luftwegen 4 von dem Ballon 10 zugeführt wird, der sich deswegen zusammenzieht und dadurch eine unter Druck ste hende Versorgung aufrecht erhält. Durch Justieren der Druck differenz, die erforderlich ist, um das Ventil 14 zu öffnen, kann, wenn erwünscht, der Beginn der Abgabe von Spülgas über das Lumen 8 bis zu einem gewissen Zeitpunkt nach dem Start der Exspirationsphase verzögert werden. Zusätzlich oder al teknativ können die Größe und die elastischen Proportionen des Ballons 10 so gewählt werden, daß sich keine ausreichende Druckdifferenz entwickelt, bevor eine gewisse Zeit nach dem Start der Exspirationsphase verstrichen ist.

Das so von dem Reservoir 10 zugeführte Spülgas ersetzt vom Ort der Abgabe des Spülgases (das offene Ende des Lumen 8) in Richtung auf den Ventilator 1 das ausgeatmete Gas. Das hat den erwünschten Effekt, daß der Totraum der Beatmung, in dem ausgeatmetes Gas für eine Wiedereinatmung durch den Patienten während der nächsten Inspirationsphase verfügbar ist, redu ziert wird.

Der Fachmann wird der vorhergehenden Beschreibung entnehmen, daß die Spülvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine im wesentlichen passive Vorrichtung ist, die in der Lage ist, ohne die Notwendigkeit komplexer Steuerelektronik, wie sie bei den bekannten Vorrichtungen erforderlich ist, zu arbei ten, stattdessen wird ihre Wirkungsweise durch den Gasdruck in den Atemwegen 4 des Patienten festgelegt.

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht eines Teils einer alternativen Trachealtubus- 3 und Lumen- 8 Anordnung, die in der Vorrich tung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In dieser Anordnung wird im wesentlichen ausgeatmetes Gas von dem Totraum in dem Tubus 3 herausgespült.

In Fig. 3 ist ein alternative Reservoir zu dem in Fig. 1 dargestellten Ballon illustriert. Ein Kolbengehäuse 17 ist durch eine steife Stützwand 20 in einen Reservoirraum 18 und einen Antriebsraum 19 unterteilt. Ein Kolben 21 geht durch einen Dichtring 22 in der Wand 20 und ist für die reziproke Bewegung zwischen den zwei Räumen 18, 19 ausgebildet. Der Kolben 21 weist an seinem Ende einen Kolbenkopf 23 auf, der in dem Reservoirraum 18 verschiebbar ist und auf seiner ge genüberliegenden Seite mit einer Feder 24 in Kontakt steht. Der Reservoirraum 18 ist auch mit einem Einlaß 25 zum An schließen an die Versorgungsleitung 12 für unter Druck ste hendes Atemgas und einem Auslaß 26 zum Anschließen an die Versorgungsleitung 11 für Spülgas versehen. Ein Kanal 27 ist auch in der Stützwand 20 vorgesehen, so daß sich Gas zwischen den beiden Räumen 18, 19 bewegen kann, wenn sich der Kolben kopf 23 bewegt, so daß nur die Feder 24 einen wesentlichen Widerstand gegen die Bewegung des Kolbenkopfes 23 in Richtung auf die Wand 20 erzeugt.

Im Betrieb zwingt über den Einlaß 25 während der Inspirati onsphase zugeführtes Atemgas den Kolbenkopf 23 dazu, sich in Richtung auf die steife Wand 20 zu bewegen, und als Folge da von die Feder, sich zusammenzudrücken, wodurch Druck von dem Atemgas "gespeichert" wird. Während der Exspirationsphase re duziert sich der von den Luftwegen 4 des Patienten über das Lumen 8 und die Leitung 11 zu dem Auslaß 26 übertragene Druck verglichen zu dem während der Inspirationsphase vorhandenen. Wenn dieser übertragene Druck unter den Druck fällt, der durch die Feder 24 "gespeichert" ist, bewegt sich der Kolben kopf 23 unter dem von der komprimierten Feder 24 ausgeübten Druck, um gespeichertes Atemgas durch den Auslaß 26 zu pres sen, um es als unter Druck stehendes Spülgas abzugeben.

Andere Modifikationen sind für den Fachmann naheliegend und fallen weiterhin unter den Schutzbereich der Erfindung gemäß Anspruch 1. Zum Beispiel kann die Drossel 16 einstellbar ge macht sein, um besser der Exspiration verschiedener Patienten zu entsprechen oder sie kann steuerbar ausgeführt sein, um Spülgasimpulse zu erzeugen; oder das Reservoir kann mit einen festen Volumen versehen sein, ohne daß von der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Spülen eines Totraumes während me chanischer Beatmung eines Patienten mit einem Ventilator (1), der angepaßt ist, um während der Inspirationsphase eines Atemzyklus ein unter Druck stehendes Atemgas zu liefern, wo bei die Vorrichtung eine Quelle unter Druck stehenden Spülga ses und eine Leitung (8) aufweist, deren erstes Ende in die Atemwege eines Patienten einführbar ist und deren zweites En de mit der Quelle unter Druck stehenden Spülgases verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein Reservoir (10, 17) aufweist, das angepaßt ist, um von dem Ventilator (1) während der Inspirationsphase unter Druck ste hendes Atemgas aufzunehmen und zu speichern, und zumindest während eines Endabschnittes einer Exspirationsphase das auf gehommene Atemgas als unter Druck stehendes Spülgas dem zwei ten Ende der Leitung (8) in Abhängigkeit von einem abgefühl ten Druck an dem ersten Ende der Leitung (8) zuzuführen.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Reservoir (10, 17) weiterhin einen Aus laß (9, 26) aufweist, der druckmäßig mit dem ersten Ende der Leitung (8) und mit dem in dem Reservoir (10, 17) gespeicher ten Gas in Verbindung steht und angepaßt ist, um in Abhängig keit von einer Druckdifferenz zwischen diesen zu arbeiten.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß weiterhin ein druckabhängiges Dichtelement (14) vorgesehen ist, das eine erste Seite, die druckmäßig mit dem Gas in dem Reservoir (10, 17) in Verbindung steht, und eine zweite Seite hat, die druckmäßig mit dem ersten Ende der Leitung (8) in Verbindung steht und angepaßt ist, um den Aus laß (9, 26) zu öffnen, um das Spülgas bei einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite ab zugeben.

4. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir ei nen Gasbehälter (10, 18) mit variablem Volumen aufweist, der angepaßt ist sich auszudehnen, wenn Atemgas darin gespeichert wird und sich zusammenzuziehen, wenn das Atemgas daraus abge geben wird, um eine unter Druck stehende Versorgung in der Leitung (8) aufrechtzuerhalten.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gasbehälter mit variablem Volumen einen Ballon (10) aufweist.

6. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Flußregler (16) vorgesehen ist, der angepaßt ist, um den Fluß des Spülgases aus dem Reservoir zu regeln.