DE19737537C1 - Beatmungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Beatmungsgeräte befinden sich in weiter Verbreitung und haben sich im großen und ganzen bewährt; sie dienen zur Beatmung von Patienten, die von Atemstillstand bedroht sind, und zur Zufuhr von Narkosegas zu Patienten. Viele bekannte Geräte dieser Art sind als aufwendige, pneuma­ tisch oder sonstwie kraftbetriebene Geräte ausgebildet und zum Gebrauch in Krankenhäuser o. dgl. bestimmt. Einfachere Geräte dienen der zivilen und militärischen Notfallversor­ gung oder werden in Entwicklungsländern eingesetzt. Geräte dieser Art weisen aber den folgenden Nachteil auf, daß sie bei niedrigem Einatmungsdruck ein zu hohes Gasvolumnen, bei hohem Einatmungsdruck ein zu niedriges Gasvolumen pro Atemzug abgeben. Ferner weicht die Gasmenge, die dem Pati­ enten pro Zeiteinheit zugeführt werden muß, oft um bis zu 20% vom Sollwert ab, d. h. der Patient enthält zu viel oder zu wenig Luft, Sauerstoff und/oder Narkosegas.

Ein Beatmungsgerät der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 10 64 695 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein baulich besonders einfa­ ches Beatmungsgerät dieser Art zu schaffen, das für jeden Einsatz verwendet oder an diesen angepaßt werden kann und das dazu eingerichtet ist, dem Patienten genau den vorbestimmten Gasdurchsatz zuzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei ist das Atemgas dem Gasbehälter im genau vorge­ schriebenen Durchsatz zuzuführen, was technisch unschwer etwa durch einen Gasflußregler erfüllbar ist.

Diese Gasmenge wird zwangsläufig dem Patienten zugeführt, wobei der Ventilkolben durch die unterschiedlichen Druck­ verhältnisse zum Umschalten veranlaßt wird; eine gewisse Drosselwirkung der Verbindung zwischen Ventilkammer und Gasbehälter und die Abströmung aus der Ventilkammer in die Lunge des Patienten sorgen dafür, daß der im Behälter vor­ herrschende Druck nicht beide Enden des Ventilkolbens be­ aufschlagt und diesen somit lahmlegt.

Es kann die zweite, zur Ventilkammer freilie­ gende Endfläche größer als die erste, zum Gasbehälter freiliegende Endfläche sein. Das Größenverhältnis der Endflä­ chen ist nach den jeweiligen Erfordernissen in weiten Grenzen wählbar.

Auch kann der Ventilkolben vertikalbeweglich angeord­ net sein, und die zweite, zur Ventilkammer freiliegende Endflä­ che kann oberhalb der ersten, zum Gasbehälter freiliegenden Endfläche angeordnet sein. So könnte das Eigengewicht des Ven­ tilkolbens genutzt werden, um ihn in der Ausatemlage zu halten, bis sich ein ausreichender Druck im Gasbehälter aufgebaut hat.

Einer der Endlagen des Ven­ tilkolbens ist eine diesen haltende Rasteinrichtung zugeordnet. So ist es möglich, einen sehr leichten Ventilkolben zu verwenden, so daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Beatmungsgeräts auch in geneigter Lage möglich ist, ohne daß sich die Schaltdrücke wesentlich verändern.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Es kann jeder Endlage des Ventilkolbens eine Rast­ einrichtung zugeordnet sein, und bevorzugt ist der Endlage des Ventilkolbens, in der der Lungenanschluß mit dem Auslaß verbunden ist, eine höhere Rast-Haltekraft zugeordnet als der anderen Endlage. So ist die Haltekraft für jede Endla­ ge unabhängig bestimmbar.

Bevorzugt sind zwei Rasteinrichtungen vorgesehen, von de­ nen in der Endlage des Ventilkolbens, in der der Lungenan­ schluß mit dem Auslaß verbunden ist, beide wirksam sind und in der anderen Endlage nur eine wirksam ist.

Die Haltekraft der oder jeder Rasteinrichtung könnte einstellbar sein, so daß der Schaltdruck, der ein Umschal­ ten des Ventils hervorruft, in jeder Endlage einstellbar ist.

Die Rasteinrichtungen können grundsätzlich beliebig ausge­ bildet sein; die in, der anderen Endlage unwirksame Rast­ einrichtung kann etwa einen Freilauf aufweisen.

Bevorzugt ist jedoch jede Rasteinrichtung von einer Rast­ kugel gebildet, die am Ventilkolben anliegt und von einer zu diesem radialen Feder belastet ist, auf deren äußeres Ende eine Einstellschraube einwirkt. In den Ventilkolben sind zwei Umfangsnuten eingebracht, von denen in der End­ lage des Ventilkolbens, in der der Lungenanschluß mit dem Auslaß verbunden ist, jeweils eine eine Rastkugel auf­ nimmt. In der zweiten Endlage sitzt dabei die eine Rastku­ gel in der anderen Umfangsnut, während die andere Rastku­ gel auf dem Schaft des Ventilkolbens aufliegt. So ist eine baulich einfache und dementsprechend zuverlässige Rastung des Ventilkolbens geschaffen.

Bevorzugt ist die zweite, zur Ventilkammer freiliegende Endfläche von einer auf dem Ventilkolben angebrachten Mem­ bran gebildet, wobei auf der von der Ventilkammer abgele­ genen Seite der Membran eine Gegendruckkammer angeordnet ist, die durch eine Leckagebohrung mit der Außenseite des Beatmungsgerätes verbunden ist. Auf diese Weise ist es mit einfachen Mitteln erreicht, daß der Ventilkolben auf klei­ ne Druckunterschiede in der Ventilkammer und auf große im Gasbehälter anspricht. Die Leckagebohrung verhindert dabei eine manchmal unerwünschte Veränderung des Ansprechverhal­ tens.

Es ist jedoch eine solche Änderung manchmal nicht uner­ wünscht; dann ist bevorzugt die Leckagebohrung insbesonde­ re durch ein Absperr- oder Druckbegrenzungsventil absperr­ bar oder drosselbar. Es kann auch der Austritt der Lecka­ gebohrung so angebracht sein, daß er gegebenenfalls vom Finger der Bedienungsperson abdeckbar ist, wenn es bei­ spielsweise aus diagnostischen Gründen erwünscht ist, die Lunge des Patienten aufzublähen.

Bei stationärem Einsatz ist der Gasbehälter als dehnbarer Atembeutel ausgebildet, der an den Gasflußregler einer Druckgasversorgung angeschlossen ist. Der Gasflußregler sorgt für einen kontinuierlichen Massefluß in den Atembeu­ tel hinein, und dessen Dehnbarkeit und Größe bestimmt die Größe des im Atembeutel eingeschlossenen Gasvolumens, das den Auslösedruck des Ventilkolbens erreicht, d. h. ein größerer oder nachgiebiger Atembeutel wird ein größeres Volumen aufnehmen, bevor der Auslösedruck erreicht ist, als ein kleinerer oder steiferer Atembeutel.

Beim ambulanten Einsatz, oder etwa in Entwicklungsländern, kann aber der Gasbehälter auch als selbstansaugender, von Hand zusammendrückbarer Atembeutel ausgebildet sein, der ein zur Außenseite des Beatmungsgerätes offenes Rück­ schlagventil aufweist. In diesem Fall bestimmt die Größe des Atembeutels das bei jedem Hub aufgenommene Luftvolu­ men, und die den Beutel von Hand zusammendrückende Bedie­ nungsperson bestimmt die Atemfrequenz. Es ist auch mög­ lich, das Volumen dadurch zu ändern, daß man den Atembeu­ tel nicht vollständig zusammendrückt. Das Zusammendrücken des Atembeutels kann gegebenenfalls auch eine kraftbetrie­ bene Einrichtung übernehmen, so daß es etwa möglich ist, einen geborgenen Unfallpatienten, der am Unfallort an das handbetriebene Atemgerät angeschlossen wurde, mit demsel­ ben Atemgerät im Rettungsfahrzeug kraftgetrieben zu beat­ men, so daß sich das Sanitätspersonal anderen Aufgaben widmen kann.

Ebensogut kann aber beispielsweise der Atembeutel gegen einen solchen ausgetauscht werden, der einen Druckgasan­ schluß aufweist.

Eine besonders einfache und zuverlässige, bevorzugte Aus­ gestaltung des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes liegt darin, daß

• - das Umschaltventil ein Gehäuse mit einer Mittelachse aufweist, das quer zu dieser in zwei zusammenmontierte Gehäuseteile aufgeteilt ist,
• - zwischen diesen die Membran mit ihrem Umfang einge­ spannt ist,
• - das erste Gehäuseteil eine durchgehende Mittelbohrung aufweist, in der der Ventilkolben beweglich geführt ist,
• - an das Außenende der Mittelbohrung der Gasbehälter angeschlossen ist,
• - das Innenende der Mittelbohrung unter der Membran in die Gegendruckkammer einmündet,
• - das zweite Gehäuseteil die an die Membran angrenzende Ventilkammer umgibt,
• - in der Ventilkammer mittig ein Stutzen angeordnet ist, dessen Bohrung mit dem Auslaß in Verbindung steht und der dem Ventilkolben zugewandt ist, dessen Endzapfen dem Stutzen zugewandt ist,
• - der Endzapfen zum dichtenden Eintritt in den Stutzen ausgebildet ist, und
• - in den beiden Gehäuseteilen jeweils mindestens ein Gas­ kanal ausgebildet ist, die aufeinander ausgerichtet sind und von denen der eine in die Ventilkammer und der andere in den Bewegungsweg des Ventilkolbens einmündet.

Dabei weist bevorzugt das zweite Gehäuseteil auf der von der Ventilkammer abgewandten Seite eine Vertiefung auf, in der ein Manometer angebracht ist, das mit der Ventilkammer verbunden ist, um den in dieser herrschenden Druck anzu­ zeigen. Somit kann die ordnungsgemäße Funktion des erfin­ dungsgemäßen Beatmungsgerätes mühelos überwacht werden.

Es könnten jedem Beatmungsgerät mehrere, nach Größe und/oder Dehnbarkeit unterschiedliche, austauschbare Gas­ behälter oder Atembeutel zugeordnet sein, um es zu ermöglichen, für jeden Patienten und jeden Einsatz den möglichst opti­ malen Atembeutel zu wählen. Weiter bevorzugt sind das Be­ atmungsgerät und alle infrage kommenden Atembeutel in ei­ ner gemeinsamen Verpackung untergebracht, etwa einem Not­ fallkoffer.

Der Gegenstand der Erfindung wird in der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläu­ tert; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Aufriß des erfindungsgemäßen Beatmungsgerä­ tes,

Fig. 2 einen Aufriß durch das erfindungsgemäße Beatmungs­ ventil, in der Ausatmungslage, und

Fig. 3 einen Aufriß durch das erfindungsgemäße Beatmungs­ ventil wie in Fig. 2, jedoch, in der Einatmungs­ lage.

In allen Figuren bezeichnen durchgehend gleiche Bezugszei­ chen jeweils gleiche Elemente.

Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen federnd dehnbaren Atembeutel, der auswechselbar ist und je nach Betriebsart und Patienten passend ausgewählt und angebracht wird.

Dieser Atembeutel 2 kann, wie gezeigt, einen Anschluß an eine Druckgasversorgung aufweisen, die hier durch einen Gasflußregler 1 angedeutet ist. Dieser Gasflußregler führt einen stetigen Gasfluß mit dosierbarem Druck zu. Der Gas­ fluß kann seinerseits aus mehreren Komponenten zusammenge­ setzt sein, die jeweils einzeln dosierbar sein können, etwa aus Luft und Sauerstoff, wie im gezeigten Beipiel, aus Sauerstoff und Narkosegas oder dergl. An den Auslaß des Gasflußreglers kann eine Einrichtung zum Befeuchten des Gasflusses angeschlossen sein. Die Größe des Gasflus­ ses entspricht dem Atemvolumen des Patienten pro Zeitein­ heit, kann dieses aber in Abhängigkeit von etwa auftreten­ den Leckageströmen geringfügig übersteigen. Dieses Atemvo­ lumen wird streng eingehalten; das Beatmungsgerät ändert bei Auftreten eines erhöhten Widerstandes in den Atemwegen des Patienten lediglich die Atemfrequenz, ohne dieses Atemvolumen zu veringern oder bei Auftreten von Leckage wesentlich zu verringern.

Der leere Atembeutel 2 wird von diesem Gasfluß zunächst aufgeblasen, wobei in Abhängigkeit von seiner Dehnbarkeit der Druck und damit auch die Gasmenge in seinem Inneren ansteigt. Dabei kann für Patienten mit geringem Atemvolu­ men, etwa Kinder, ein steiferer Atembeutel 2 gewählt wer­ den als für einen Patienten mit normalem Atemvolumen, da der steifere Atembeutel 2 einen Auslösedruck bereits dann erreicht, wenn er eine geringere Gasmenge enthält als ein Atembeutel 2 für Patienten mit normalem Atemvolumen.

Der Atembeutel 2 kann auch durch einen bekannten, selbst­ ansaugenden Atembeutel ersetzt werden, wenn keine Druck­ gasversorgung zur Verfügung steht, wie etwa beim Einsatz in der Bergrettung, in Entwicklungsländern o. dgl. In die­ sem Fall weist der selbstansaugende Atembeutel 2 ein Rück­ schlagventil 3 auf, das, wie bekannt, als Membranventil ausgebildet sein kann und das verhindert, daß Luft aus dem Atembeutel 3 ungenutzt nach außen entweicht. Außerdem fehlt der Anschluß an den Gasflußregler 1.

Dieser selbstansaugende Atembeutel 2 wird von der die Be­ atmung durchführenden Person im Rhythmus der Atemfrequenz zusammengedrückt und wieder freigegeben; der Beatmungs­ druck kann dabei an einem noch später näher beschriebenen Manometer 18 abgelesen werden.

Der Auslaß des Atembeutels 2 mündet in den Einlaß eines Beatmungsventils, das ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse aufweist, das aus einem Gehäuseunterteil 7a und einem Gehäuseoberteil 7b gebildet ist.

Das Gehäuseunterteil 7a weist eine zylindrische Mittelboh­ rung auf, in der ein Ventilkolben 11 praktisch reibungslos verschieblich angeordnet ist; wegen der für diesen erfor­ derlichen Passung, die ein geringes Spiel aufweisen kann, kann rund um den Ventilkolben ein allerdings geringer Lec­ kage-Gasstrom erfolgen.

Die Mittelbohrung ist nach unten über das Gehäuse-Un­ terteil 7a hinausgehend in einem Beatmungs-Einlaßstutzen 16 verlängert, der vom Gehäuse-Unterteil 7a ausgehend nach unten absteht und auf dem der Atembeutel 2 etwa durch Auf­ schrauben gasdicht befestigt ist.

Das Gehäuseunterteil 7a weist an seiner Oberseite eine flache Vertiefung auf. Der Ventilkolben 11 ragt mit seinem oberen Endabschnitt in diese Vertiefung von unten her hin­ ein und weist einen radial nach außen abstehenden Umfangs­ flansch auf, den ein kurzer Endzapfen des Ventilkolbens 11 nach oben überragt.

Auf der Oberseite dieses Umfangsflansches sitzt eine kreisförmige Membran 12 auf, die mittig vom Endzapfen des Ventilkolbens 11 zentrierend und bevorzugt dichtend durch­ setzt ist und deren Umfang zwischen dem Gehäuse-Unterteil 7a und einem Gehäuse-Oberteil 7b festgehalten ist. Der Durchmesser des Endzapfens kann sich von dem des Ventil­ kolbens 11 unterscheiden und insbesondere kleiner als die­ ser sein. Es kann auch die Membran 12 ihrerseits federnd ausgebildet sein, so daß sie in der in Fig. 1 und 2 ge­ zeigten ersten Lage (Ausatmungslage) den Ventilkolben 11 nicht oder nach unten belastet bzw. in der in Fig. 2 ge­ zeigten zweiten Lage (Einatmungslage) nach unten belastet.

Die Membran 12 besteht bevorzugt aus Gummi oder einem ähn­ lichen Elastomer.

Die Membran 12 begrenzt zusammen mit der oberen, flachen Vertiefung des Gehäuse-Unterteils 7a eine praktisch abge­ schlossene Gegendruckkammer, die mit der Außenseite des Gehäuse-Unterteils 7a durch eine Leckagebohrung 19 in Ver­ bindung steht, die in Fig. 2 und 3 gestrichelt gezeigt ist. Diese Leckagebohrung 19 verhindert, daß ein Luftpol­ ster, das sich in der Gegendruckkammer bildet, die Bewe­ gung der Membran 12 behindert. Soweit eine Leckageströmung aus dem Beatmungsluft-Einlaßstutzen 16 am Ventilkolben 11 vorbei in die Gegendruckkammer gelangt, so kann auch diese durch die Leckagebohrung 19 entweichen, ohne daß die Bewe­ gung der Membran 12 beeinträchtigt wird.

An der Außenseite der Leckagebohrung 19 kann ein Absperr­ ventil oder ein druckbegrenztes Absperrventil angeordnet sein, das das Entweichen von Gas aus der Gegendruckkammer völlig oder bis zu einem einstellbaren Druck verhindert, wenn die Membran 12 durch einen unter ihr auf sie einwir­ kenden Überdruck nach oben bewegt oder oben gehalten wer­ den soll.

Der Ventilkolben 11 weist auf seinem innerhalb der Mittel­ bohrung des Gehäuse-Unterteils gelegenen Abschnitt zwei übereinanderliegende Umfangsnuten mit kreisbogenförmiger Querschnittskontur auf, die sich über einen Winkelbereich erstreckt, der unter 180° liegt. Im Bereich dieser Um­ fangsnuten weist das Gehäuse-Unterteil 7a zwei radial und axial zueinander versetzte Gewinde- oder Feingewindeboh­ rungen auf, in die eine Rändelschraube 4 bzw. 5 (nur ange­ deutet) eingeschraubt ist. Auf dem jeweils inneren Ende einer jeden Rändelschraube 4, 5 sitzt eine wendelförmige Druckfeder 8 bzw. 6 (nur angedeutet) auf, die sich mit ihrem jeweiligen inneren Ende auf einer Rastkugel 10 bzw. 9 abstützt. Dabei sind die Federn 8, 6 und die Rastkugeln 10, 9 möglichst reibungsfrei in der jeweiligen Bohrung an­ geordnet. Der Radius der Rastkugeln 10, 9 entspricht dem Radius des Querschnitts der Ringnuten im Ventilkolben. Der axiale Versatz der beiden Rastkugeln 10, 9 entspricht dem axialen Abstand der beiden Ringnuten.

Dabei fallen in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Lage beide Rastkugeln 10, 9 in die Quernuten ein, während in der in Fig. 2 gezeigten Lage die obere Rastkugel 10 in die untere Quernut einfällt, während die untere Rastkugel 9 auf dem Umfang des Ventilkolbens aufsitzt. Es müssen somit zum Auslösen der Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens zwei Ra­ sten, der Abwärtsbewegung nur eine Rast überwunden werden.

Die beiden Rändelschrauben 4, 5 weisen auf ihrem radial außenliegenden Ende einen Rändelkopf oder eine sonstige Handhabe auf und tragen einen z. B. in den Rändelkopf ein­ geschlagenen Zeiger, zu dem zugehörig auf der Außenseite des Gehäuse-Unterteils eine Skala angebracht sein kann, so daß durch dosiertes, an der Skala ablesbares Verdrehen der jeweiligen Rändelschraube 4, 5 deren Radialabstand von der Kugel und damit die Länge und somit Vorspannung der zuge­ hörigen Feder 8, 6 einstellbar ist, die diese auf die zu­ gehörige Kugel 10, 9 ausübt.

Ferner ist im Gehäuse-Unterteil 7a ein Gaskanal 13 ausge­ bildet, der von einem Abschnitt der Mittelbohrung ausgeht, der in der ersten, in Fig. 1 und 2 gezeigten Lage vom Ven­ tilkolben 11 versperrt und in der zweiten, in Fig. 2 ge­ zeigten Lage freigegeben ist, und in die Oberseite des Ge­ häuse-Unterteils 7a einmündet. Dort setzt sich der Gaska­ nal 13 im Gehäuse-Oberteil 7b fort und mündet in eine von diesem umgebene Ventilkammer 14 ein.

Der Gaskanal 13 kann aus mehreren Zweigen bestehen, die jeweils die Mittelbohrung mit der Ventilkammer 14 verbin­ den, um so für einen möglichst geringen Strömungswider­ stand zu sorgen.

Der Gehäuse-Oberteil 7b ist unter Einklemmung der Membran 12 und unter Ausrichtung auf die Mündungen des soeben ge­ nannten Gaskanals 13 dicht auf dem Gehäuse-Unterteil 7a befestigt und setzt dessen zylindrische Außenkontur nach oben fort. In die Oberseite ist eine nach oben offene Vertiefung eingebracht, die nach unten von einer Bodenwand begrenzt ist. In dieser Vertiefung sitzt ein Manometer 18, dessen Meßdose über eine die Bodenwand durchsetzende Boh­ rung mit der Ventilkammer 14 verbunden ist.

Diese Ventilkammer 14 ist nach oben von der Bodenwand, nach außen von der Umfangswand des Gehäuse-Oberteils 7b und nach unten von der Membran 12 begrenzt und weist eine erste radiale Öffnung auf, die sich in der Bohrung eines nach außen abstehenden Lungenstutzens 15 fortsetzt, an den ein Beatmungstubus o. dgl. angeschlossen werden kann.

In der Ventilkammer 14 ist ferner ein von der obenliegen­ den Bodenwand ausgehender, zentrischer Stutzen angeordnet, der eine Axialbohrung aufweist, in die von unten her dich­ tend der Endzapfen des Ventilkolbens 11 eintreten kann, wenn sich dieser in der zweiten, in fig. 2 gezeigten Lage befindet: in der ersten, in Fig. 1 und 2 gezeigten Lage befindet sich der Endzapfen außerhalb der Axialbohrung, die somit dann in freier Strömungsverbindung mit der Ven­ tilkammer 14 steht.

Das obere Ende der Axialbohrung steht mit einer Radialboh­ rung in Verbindung, die sich nach außen in einem abstehen­ den Ausatmungsstutzen 17 fortsetzt.

Das untere Ende der Axialbohrung liegt deutlich unter der Einmündung des Gaskanals oder der Gaskanäle 13 und noch weiter unter der Einmündung des Lungenstutzens 15 in die Ventilkammer 14; wenn sich Flüssigkeit in der Ventilkammer 14 ansammeln sollte, etwa Kondensat bei einem winterlichen Außeneinsatz, wird diese durch die Ausatmung über die Axi­ albohrung und den Ausatmungsstutzen 17 aus dem Beatmungs­ gerät gedrückt, bevor sie Gefahr läuft, in einen Gaskanal 13 oder gar in den Lungenstutzen 15 zu gelangen, vorausge­ setzt, das Beatmungsgerät wird in einer einigermaßen auf­ rechten Lage gehalten, wie sie auch in der Zeichnung ge­ zeigt ist.

An den Ausatmungsstutzen 17 kann ein Druckbegrenzungventil angeschlossen sein, das einen Restdruck in der Ventilkam­ mer 14 aufrechterhält, um auf diese Weise ein völliges Zu­ sammenfallen der Lunge zu verhindern.

Anstelle einer Leckagebohrung 19 oder zusätzlich zu dieser kann auch durch ein Spiel zwischen Membran 12 und Ventil­ kolben 11 eine Druckentlastung der Gegendruckkammer erfol­ gen.

An den Lungenstutzen 15 kann eine Leitung mit einer Dros­ selstelle angeschlossen sein, an welcher Druck, Volumen, Frequenz und Durchsatz (P, V, F, F) gemessen werden und an einem Monitor (MONT) angezeigt werden.

Die Wirkungsweise des voranstehend beschriebenen Beat­ mungsgerätes ist wie folgt:

Es wird von der Lage ausgegangen, die in Fig. 1 gezeigt ist. Gas strömt aus dem Gasflußregler 1 in den Atembeutel 2 und bläht diesen auf. Das diesem nachgeschaltete Beat­ mungsventil ist geschlossen, weil der Ventilkolben 11 die Einmündungen der Gaskanäle 13 in die Mittelbohrung ver­ schließt. Der Gasdruck, der sich im Atemschutzbeutel 2 bei dessen zunehmender Aufblähung bildet, wirkt auf die untere Stirnfläche des Ventilkolbens 11 ein und trachtet danach, diesen nach oben zu bewegen. Er wird aber durch den Ein­ griff der beiden Rastkugeln 10, 9 in Umfangsrillen des Ventilkolbens 11 festgehalten.

Die Haltekraft dieser Rastkugeln 10, 9 hängt ab von der Kraft F der Federn 8, 6, die wiederum abhängt von dem Maß, um welches die Rändelschrauben 4, 5 in die zugehörige Ge­ windebohrung eingeschraubt sind. Diese Rändelschrauben sind entsprechend der Betriebsvorschrift so eingeschraubt, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Maximaldrucks die Haltekraft überwunden wird, die über die beiden Rastkugeln 10, 9 auf den Ventilzylinder 11 ausgeübt wird.

Jetzt schnappt der Ventilzylinder nach oben und gelangt in die Lage, die in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Lage fällt die Rastkugel 10 in die untere Umfangsnut ein und hält die Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens 11 an. Die andere Rast­ kugel 9 sitzt dabei auf dem Außenumfang des Ventilkolbens 11 auf und behindert dessen Bewegung nicht.

Es kann auch noch ein zusätzlicher Anschlag vorgesehen sein, der die weitere Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens verhindert.

Durch die Aufwärtsbewegung, die der Ventilkolben 11 erfah­ ren hat, gibt er die Einmündungen der Gaskanäle 13 in die Mittelbohrung frei; das im Atembeutel 2 gesammelte Druck­ gas kann nun durch die Gaskanäle 13 in die Ventilkammer 14 strömen und durch diese in den Lungenstutzen 15 und in die Lunge des Patienten.

Bei der Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens 11 ist auch dessen oberstes Ende, der Endzapfen, in die darüberliegen­ de Axialbohrung eingetreten und hat diese versperrt, so daß keine zur Beatmung eingeleitete Druckluft in den Aus­ atmungsstutzen 17 gelangen kann. Aufgrund von Strömungs­ verlusten in den Gaskanälen 13 kann der Druck in der Ven­ tilkammer 14 deutlich niedriger sein als im Atembeutel 2.

Die Bewegung der Membran 12, die die Gegendruckkammer von der Ventilkammer 14 trennt, erfolgt unbehindert, weil der Druck in der Gegendruckkammer über die Leckagebohrung 19 ausgeglichen werden kann.

Wenn sich der Atembeutel 2 geleert hat, dann sinkt der Druck in allen gasführenden Teilen des Beatmungsventils ab, bis die Haltekraft, die sich aus der Druckkraft des von unten her auf die Stirnfläche des Ventilkolbens 11 vom Atmungsbeutel 2 her einwirkenden Gasdrucks und der Halte­ kraft der Rastkugel 10 ergibt, überwunden wird von der Druckkraft, die der Druck in der Ventilkammer 14 auf die Anordnung aus dem Ventilkolben 11 und der Membran 12 aus­ übt. Dann springt der Ventilkolben 11 wieder in die in Fig. 1 und 2 gezeigte Lage nach unten, wobei nur die Hal­ tekraft der oberen Rastkugel 10 überwunden werden muß. Durch Drosseln oder Versperren der Leckagebohrung 19 kann der Auslösezeitpunkt des Ventilkolbens verzögert werden.

Nun kann die Ausatmung durch den Lungenstutzen 15, die Ventilkammer 14, die freigegebene Axialbohrung und den Ausatmungsstutzen 17 erfolgen.

Bei Verwendung eines selbstansaugenden Atembeutels 2 wird dessen Innendruck durch Zusammenpressen des Atembeutels 2 erbracht; in den Ausatmungsphasen wird jeweils der Atem­ beutel losgelassen, so daß er sich aufgrund seiner Eigen­ federung wieder durch das Rückschlagventil 3 aus der Um­ gebungsluft vollsaugt.

Es ist ersichtlich, daß es außer der potentiellen Energie des Beatmungsgases oder des Zusammenpressens des Atembeu­ tels 2 keinerlei zusätzlicher Energie bedarf, um das er­ findungsgemäße Beatmungsgerät zu betreiben. Dabei wird bei Druckgasbetrieb der Gasdurchsatz durch den Gasflußregler 1 stets konstant gehalten; erhöht sich der Atemwiderstand des Patienten, dann wird der Druck in der Ventilkammer 14 rascher zunehmen, weil nun das Gas dort nur langsamer ab­ fließen kann, und es wird rascher ein Umschalten erfolgen, d. h. die Atemfrequenz steigt an, der Gasdurchsatz aber, d. h. die dem Patienten pro Zeiteinheit zugeführte Gasmen­ ge, bleibt konstant.

Setzt beim Patienten im Laufe der Beatmung Spontanatmung ein, dann wird diese vom gezeigten Beatmungsgerät sofort unterstützt: wenn etwa in der Ausatmungslage des Beat­ mungsgerätes (Fig. 1, 2) der Patient spontan Luft ansaugt, dann sinkt der Druck in der Ventilkammer 14 ab, und das Ventil schaltet sofort in die Lage der Fig. 3, so daß der spontane Einatmungsvorgang durch zusätzliche, phasenglei­ che Beatmung unterstützt wird. Ein ganz oder teilweise er­ folgendes Absperren der Leckageleitung unterstützt diesen Vorgang, weil der dann in der Gegendruckkammer auftretende Druck auf die Membran 12 und den Flansch des Ventilkolbens 11 nach oben schiebend einwirkt.

Beginnt der Patient, in der Ventillage der Fig. 3 auszuat­ men, dann steigt sofort der Druck in der Ventilkammer 14 an, und der Ventilkolben 11 wird nach unten gedrückt, so daß die Ausatmung widerstandsarm erfolgen kann. Dabei sorgt der Umstand, daß die Membran 12 sehr viel größer ist als die untere Endfläche des Ventilkolbens 11, dafür, daß das Ventil auch auf sehr geringe Druckänderungen in der Ventilkammer 14 anspricht.

Insgesamt sind mit dem erfindungsgemäßen, automatischen oder manuellen Beatmungsgerät bei der Beatmung oder Narko­ sebeatmung von Kindern und Erwachsenen unter anderen die folgenden Vorzüge erreichbar:

• 1. Der Gasfluß in den Atembeutel 2 erfolgt mit konstantem Durchsatz und baut dort einen Druck auf; erreicht dieser Druck einen eingestellten Wert, dann öffnet das Ventil und die Gasmenge im Atembeutel 2 entleert sich in die Lunge des Patienten. Die Einstellung dieses Wertes erfolgt in erster Linie mittels der Rändelschraube 5. Der Atembeutel 2 bestimmt das Atemhubvolumen (das Volumen eines einzelnen Atemzuges).
• 2. Dieses Atemhubvolumen ist einstellbar und hängt ab von der Dehnbarkeit des jeweils verwendeten Atembeutels 2 so­ wie von der Haltekraft der Rasten, insbesondere der Rast aus den Teilen 5, 6, 9.
• 3. Der Durchsatz der Atemluft durch den Patienten ist konstant und entspricht dem einstellbaren Durchsatz des Gasflußreglers 1, unabhängig vom jeweils eingestellten Atemhubvolumen. Bei einer Erhöhung des Atemvolumens ver­ ringert sich die Atemfrequenz, und umgekehrt.
• 4. Ändert sich der Strömungswiderstand und die Nachgie­ bigkeit der Lunge, dann bleibt der Gasdurchsatz (das Atem­ minutenvolumen) dennoch konstant; lediglich die Atemfre­ quenz paßt sich selbsttätig an.
• 5. Die einsetzende Spontanatmung des Patienten wirkt so auf das Ventil des Beatmungsgerätes ein, daß sich dieses Ventil in eine Lage schaltet, in welcher es den jeweils spontan erfolgenden Atmungsvorgang unterstützt.
• 6. Da der Druck im Atembeutel 2 nur allmählich zunimmt, nachdem das Ventil in die Lage der Fig. 1 und 2 geschaltet hat, ist es möglich, die Rasten, die den Ventilkolben 11 in der entsprechenden Lage halten, so einzustellen, daß letztlich der Einatmungssog zum Umschalten des Ventils in die Lage der Fig. 3 führt, so daß diese Einatmungslage nicht vorzeitig aktiviert wird und somit die Hyperventila­ tion des Patienten verhindert wird.
• 7. Der Beatmungsdruck ist unabhängig von dem Atemluft­ durchsatz durch die Rasten einstellbar, insbesondere durch die Rändelschraube 4.
• 8. Der Atembeutel 2 ist auswechselbar gegen einen selbst­ ansaugenden Atembeutel, der nach dem Zusammendrücken von Hand über ein Rückschagventil 3 Umgebungsluft ansaugt.
• 9. Wenn der selbstansaugende Atembeutel 2 für die Handbe­ tätigung benutzt wird, können die Rasten durch die Rändel­ schrauben 4 und 5 bis zur Unwirksamkeit entlastet werden; beim Loslassen des Atembeutels 2 und somit beim Ansaugen wird der Ventilkolben 11 in die untere Stellung (Fig. 1 und 2) gesaugt.
• 10. Durch Absperren oder Drosseln der Leckagebohrung kann die Membran 12 in ihrer oberen Lage gehalten werden (Fig. 3), wenn es notwendig sein sollte, die Lunge aufzublähen; eine Schädigung des Patienten ist nicht möglich, da das hierzu zur Verfügung stehende Atemvolumen durch die Größe des Atembeutels 2 begrenzt ist.
• 11. Der Atembeutel 2 kann so ausgelegt werden, daß er sich anfangs schnell und dann langsamer entleert, so daß ein optimaler Druckverlauf des Atmungsgases erzielt wird.
• 12. Durch den leichten Austausch des Atembeutels 2 kann das Gerät ohne weiteres an den Patienten angepaßt werden; Kinder und Erwachsene können beispielsweise jeweils opti­ mal beatmet werden.
• 13. Neben der reinen Beatmung und der Narkosebeatmung kann auch die sogenannte "Hochfrequenzbeatmung" durchgeführt werden, indem ein steiferer Atembeutel 2 verwendet wird.
• 14. Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät kann auch zum An­ trieb des Balgens eines Anästhesiegerätes an diesen ange­ schlossen werden.
• 15. Das erfindungsgemäße Gerät kann auch nur zur Inspira­ tion verwendet werden; das vom Patienten ausgeatmete Gas durchläuft in diesem Fall nicht die Ventilkammer 14.

Alle in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder der Zeichnung dargestellten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Der Schutzumfang der Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschrie­ bene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr stellt die­ ses nur eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfin­ dungsgedankens dar.

Bezugszeichenliste

1

Gasflußregler

2

Atembeutel

3

Rückschlagventil

5

Rändelschraube

5

Rändelschraube

6

Feder zu

5

7

aGehäuseunterteil

7

bGehäuseoberteil

8

Feder zu

4

9

Rastkugel zu

5

10

Rastkugel zu

4

11

Ventilkolben

12

Membran

13

Gaskanal

14

Ventilkammer

15

Lungenstutzen

16

Beatmungsluft-Einlaßstutzen

17

Ausatmungsstutzen

18

Manometer

19

Leckagebohrung

Claims (10)

1. Beatmungsgerät mit einem Gasbehälter (2) mit veränderlichem Volu­ men zur Gaseinspeisung, einer Ventilkammer (14) und einem Um­ schaltventil, das einen Lungenanschluß (15) wechselweise mit dem Gasbehälter (2) und einem Auslaß (17) für verbrauchten Atem verbin­ det, wobei das Umschaltventil von einem in einer Bohrung axial be­ weglichen Ventilkolben (11) gebildet ist, der eine zum Gasbehälter (2) freiliegende Endfläche und eine zur Ventilkammer (14) freiliegende Endfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkolben durch einen Endzapfen verlängert ist, der dazu ausgebildet ist, in eine zum Auslaß (17) führende Bohrung absperrend einzugreifen,
daß zum Betreiben des Beatmungsgeräts die potentielle Energie des Beatmungsgases oder die durch Zusammenpressen eines als Gas­ behälter (2) dienenden austauschbaren Atembeutels resultierende Energie vorgesehen ist,
daß mindestens einer der Endlagen des Ventilkolbens (11) eine die­ sen haltende Rasteinrichtung (5, 6, 9) zugeordnet ist, deren einstellba­ re Haltekraft so bemessen ist, daß bei bei Erreichen eines vorgegebe­ nen Drucks im Gasbehälter (2) das Ventil zum Lungenanschluß (15) hin öffnet,
und daß eine weitere Rasteinrichtung (4, 8, 10) vorgesehen ist, deren einstell­ bare Haltekraft so bemessen ist, daß bei Überschreiten eines vorge­ gebenen Drucks in der Ventilkammer (14) der Ventilkolben (11) in die durch die der Rasteinrichtung (5, 6, 9) definierte Endlage zurückgeht.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtungen (4, 8, 10; 4, 6, 9) in axialer Richtung des Ventilko­ bens (11) axial beabstandet angeordnet sind.

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlage des Ventilkolbens (11), in der der Lungenanschluß mit dem Auslaß verbunden ist, eine höhere Rast-Haltekraft zugeordnet ist als in der anderen Endlage.

4. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Rasteinrichtungen (4, 8, 10; 5, 6, 9) vorgese­ hen sind, von denen in der den Lungenanschluß (15) mit dem Auslaß (17) verbindenden Endlage des Ventilkolbens (11) beide (4, 8, 10; 5, 6, 9) wirksam sind und in der anderen Endlage nur eine (4, 8, 10) wirksam ist.

5. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Rasteinrichtung von einer Rastkugel (10; 9) gebildet ist, die am Ventilkolben (11) anliegt und von einer zu dieser radialen Feder (8; 6) belastet ist, auf deren äußeres Ende eine Ein­ stellschraube (4; 5) einwirkt, daß in den Ventilkolben (11) zwei Um­ fangsnuten eingebracht sind, von denen in der Endlage des Ventil­ kolbens (11), in der der Lungenanschluß (15) mit dem Auslaß (17) verbunden ist, jeweils eine eine Rastkugel (10; 9) aufnimmt, und daß in der zweiten Endlage die eine Rastkugel (10) in der anderen Um­ fangsnut sitzt, während die andere Rastkugel (9) auf dem glatten Schaft des Ventilkolbens (11) aufliegt.

6. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite zur Ventilkammer (14) freiliegende End­ fläche von einer auf dem Ventilkolben (11) angebrachten Membran (12) gebildet ist, wobei auf der von der Ventilkammer (14) abgelege­ nen Seite der Membran (12) eine Gegendruckkammer angeordnet ist, die durch eine absperrbare oder drosselbare Leckagebohrung (19) mit der Außenseite des Beatmungsgerätes verbunden ist.

7. Beatmungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. das Umschaltventil ein Gehäuse (7a, 7b) mit einer Mittelachse auf­ weist, das quer zu dieser in zwei zusammenmontierte Gehäuseteile (7a, 7b) aufgeteilt ist,
• 2. zwischen diesen die Membran (12) mit ihrem Umfang eingespannt ist,
• 3. das erste Gehäuseteil (7a) eine durchgehende Mittelbohrung auf­ weist, in der der Ventilkolben (11) beweglich geführt ist,
• 4. an das Außenende (16) der Mittelbohrung der Gasbehälter (2) an­ geschlossen ist,
• 5. das Innenende der Mittelbohrung unter der Membran (12) in die Ge­ gendruckkammer einmündet,
• 6. das zweite Gehäuseteil (7b) die an die Membran (12) angrenzende Ventilkammer (14) umgibt,
• 7. in der Ventilkammer (14) mittig ein Stutzen angeordnet ist, dessen Bohrung mit dem Auslaß (17) in Verbindung steht und der dem Ven­ tilkolben (11) zugewandt ist, dessen Endzapfen dem Stutzen zuge­ wandt ist,
• 8. der Endzapfen zum dichtenden Eintritt in den Stutzen ausgebildet ist, und
• 9. daß in den beiden Gehäuseteilen (7a, 7b) jeweils mindestens ein Gaskanal (13) ausgebildet ist, die aufeinander ausgerichtet sind und von denen der eine in die Ventilkammer (14) und der andere in den Bewegungweg des Ventilkolbens (11) in der Mittelbohrung einmün­ det.

8. Beatmungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (2) an einen Gasflußregler (1) einer Druckgasversorgung angeschlossen ist.

9. Beatmungsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (2) ein Rückschlagventil (3) aufweist.

10. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil (7b) auf der von der Ven­ tilkammer (14) abgewandten Seite eine Vertiefung aufweist, in der ein Manometer (18) angeordnet ist, das mit der Ventilkammer (14) ver­ bunden ist, um den in dieser herrschenden Druck anzuzeigen.