DE3623162A1 - Ventilator with universal valve combination for neonatology - Google Patents

Ventilator with universal valve combination for neonatology

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DE3623162A1
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ventilation
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Gerhard Dr Gruner
Friedrich Weber
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Medizinische Akademie Carl Gustav Carus
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Abstract

The invention relates to a ventilator with universal valve combination for neonatology. This electronic ventilator is intended for the automatic and manual ventilation of premature babies and neonates. This ventilator makes it possible to carry out any form of ventilation including high-frequency oscillating ventilation. The ventilator comprises a connection between a universal valve combination (2) that can be erected in the vicinity of the patient in the incubator (14) and regulates all forms of ventilation, and an electronic control part (1) located outside the incubator (14), a breathing gas source (10) and a heating and humidifying means (11). <IMAGE>

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät, insbesondere ein Beatmungsgerät mit einer universellen Ventilkombination, welches vorzugsweise geeignet ist, Früh- und Neugeborene bei der neonatologischen Erstversorgung, der Durchführung von Transporten und konsekutiver stationärer Behandlung im Bereich der Grund- und spezialisierten Betreuung automatisch und manuell zu beatmen.The invention relates to a medical device, in particular a ventilator with a universal valve combination, which is preferably suitable for premature and newborn babies the neonatal first aid, the implementation of Transports and consecutive inpatient treatment in Basic and specialized care automatically and ventilate manually.

Solche medizinischen Geräte dienen dem Zweck, bei gestörtem Ingangkommen und der Stabilisierung der Eigenatmung Atemhilfe zu leisten, wobei Beatmungsfrequenz bzw. -rhythmus, der in- und exspiratorische Beatmungsdruck sowie das Atemzeitverhältnis bei adäquatem Volumenstrom kontrollierbar sind. Der Verlauf des Beatumungsdruckes im beatmetem System wird von dessen aktuellen (physiologischen bzw. pathophysiologischen) Eigenschaften sowie den Parametern der gewählten Beatmungsform bestimmt. Such medical devices serve the purpose when disrupted Getting started and stabilizing self-breathing breathing aid to perform, the ventilation frequency or rhythm, the inspiratory and expiratory ventilation pressure as well as the breathing time ratio are controllable with an adequate volume flow. The course of the ventilation pressure in the ventilated system is from its current (physiological or pathophysiological) Properties as well as the parameters of the selected Ventilation form determined.  

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Für dieses Anwendungsgebiet gibt es verschiedene Beatmungsgeräte (auch Ventilatoren oder Respiratoren genannt), die sich hinsichtlich des Verlaufes ihrer Druck-, Volumen- und Strömungskurven, der Art des Atemvolumenangebotes, der Art der Umsteuerung in die folgende Atemphase, der Antriebsart des die Inspiration auslösenden Mechanismus und der Konditionierung des Atemgases unterscheiden.There are several for this area of application Respirators (including fans or respirators called), which differ with regard to the course of their pressure, Volume and flow curves, the type of tidal volume available, the type of switch to the following breathing phase, the type of drive of the mechanism that triggers inspiration and the conditioning of the breathing gas.

Solche Geräte besitzen mechanische, pneumatische, elektrische, elektronische oder kombinierte Antriebe.Such devices have mechanical, pneumatic, electrical, electronic or combined drives.

Die Geräte sind in Kompaktbauweise ausgeführt, d. h., das Steuerungs-, das Regel- und das Antriebssystem sowie teilweise auch Einrichtungen zur Erwärmung und Befeuchtung des Atemgases sind in einem Gerätegehäuse untergebracht.The devices are designed in a compact design, i. that is Control, regulating and drive system as well as partially also facilities for heating and humidifying the Breathing gases are housed in a device housing.

Zur Steuerung und Regelung aller für die Beatmung wichtigen und zum größten Teil veränderlichen Parameter sind eine Vielzahl von Ventilen (Überdruck-, Gegendruck-, Pulsator- u. a. Ventile) und Regelvorrichtungen erforderlich, deren Unterbringung zu einer beträchtlichen Größe der Geräte führt, was sich als nachteilig hinsichtlich des Platzbedarfes bei der Intensivtherapie und der Mobilität bei Transporten auswirkt. Außerdem erhöht die große Anzahl der Bauteile die Störanfälligkeit.To control and regulate all important for ventilation and for the most part changing parameters are one Variety of valves (overpressure, back pressure, pulsator u. a. Valves) and control devices required Housing to a considerable size of the equipment performs what turns out to be disadvantageous in terms of space requirements in intensive therapy and mobility during transport affects. In addition, the large number of components increases the Susceptibility to failure.

Für die Früh- und Neugeborenentherapie werden hauptsächlich Beatmungsgeräte verwendet, die nach dem Prinzip eines modifizierten Areyschen T-Stückes arbeiten. Die Beatmung erfolgt dabei in Form der intermittent-positive-presure- ventilation (IPPV), der positive-endexspiratory-pressure- ventilation (PEEPV) und der high-frequency-positive- pressure-ventilation (HFPPV). For early and newborn therapy are mainly Respirators used on the principle of a modified Arey tee. The ventilation takes the form of intermittent positive presure ventilation (IPPV), the positive end-expiratory pressure ventilation (PEEPV) and the high-frequency positive pressure ventilation (HFPPV).  

Bei diesen und auch weiteren hier nicht angeführten Beatmungsformen wird der von einer Atemgasquelle kommende Atemgasstrom vom Beatmungsgerät zum Trachealverteilerkopf (Areysches T-Stück) des Patienten und wieder zurück zum Beatmungsgerät geführt. Hierfür sind bei Kompaktgeräten verhältnismäßig lange Schlauchleitungen zwischen Beatmungsgerät und Patienten für den Hin- und Rückstrom des Atemgases unumgänglich. Durch die Länge der Schlauchleitungen erwachsen Nachteile aus der Abkühlung und Kondensatbildung des befeuchteten Atemgases und den damit möglichen Störungen im Beatmungsgerät. Um die Kondensatbildung auszuschalten, ist man gezwungen, besondere Patientenschlauchheizungen zu installieren. Ein weiterer Nachteil der langen Schlauchleitungen und der sonstigen in Kompaktgeräten verhandenen apparativen Räume ist der große Gerätetotraum, der zu einer Verschleppung der vom Steuerteil ausgehenden Signale führt und die Übertragung von hochfrequenten aerodynamischen Vorgängen, wie sie zum Beispiel bei der HFPPV-Beatmung realisiert werden müssen, unmöglich macht. Um mit den bekannten Beatmungsgeräten eine hochfrequente Oszillationsventilation der Lunge zu erreichen, muß ein HF-Generator und eine Schlauchleitung zum Patienten zusätzlich installiert werden, was den ohnehin schon großen apparativen Aufwand noch weiter erhöht.With these and also others not listed here Ventilation forms are those coming from a breathing gas source Breathing gas flow from the ventilator to the tracheal distribution head (Areys T-piece) of the patient and back to the Ventilator guided. For this are in compact devices relatively long tubing between the ventilator and patients for the back and forth flow of the breathing gas inevitable. By the length of the hose lines Disadvantages arise from cooling and condensation of the humidified breathing gas and the possible disturbances in the ventilator. To switch off the formation of condensate, one is forced to use special patient hose heaters to install. Another disadvantage of the long hose lines and the others in compact devices equipment room is the large device dead space that leads to a Carryover of the signals emanating from the control section and the transmission of high-frequency aerodynamic Processes such as those used in HFPPV ventilation must be realized, makes impossible. To deal with the known Ventilators a high-frequency oscillation ventilation To reach the lungs, an HF generator and a hose line must be used be installed to the patient, which the already great expenditure on equipment is increased even further.

Um einige der genannten Nachteile zu beseitigen, hat man versucht, Beatmungsgeräte soweit zu miniaturisieren, daß sie "patientennah" im Inkubator aufgestellt werden können. Diese Lösungen brachten nicht die gewünschten Ergebnisse, da die Geräte immer noch zu groß sind, um nicht bei der ärztlichen Versorgung des Patienten im Inkubator zu stören. Außerdem muß bei solchen Geräten die Einstellung und Kontrolle im Inkubator erfolgen, was zumindestens beim Transportinkubator auf allergrößte Schwierigkeiten stößt. To overcome some of the disadvantages mentioned, one has tries to miniaturize respirators to the extent that they can be set up "close to the patient" in the incubator. These solutions did not bring the desired results because the devices are still too big not to go to the doctor Disrupt patient care in the incubator. Furthermore With such devices, the setting and control in the Incubator take place, at least with the transport incubator encounter the greatest difficulties.  

Schließlich ist als weiterer Nachteil der Kompaktgeräte zu erwähnen, daß zur Sterilisation das gesamte Gerät behandelt werden muß, was nur unter bestimmten, die Verfügbarkeit solcher Geräte einschränkenden Bedingungen möglich ist.Finally, another disadvantage of compact devices to mention that the entire device for sterilization What needs to be dealt with is what is only certain, the availability conditions restricting such devices is possible.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Die Erfindung bezweckt, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile ein medizinisches Gerät zu entwickeln, mit dem es möglich ist, an Patienten alle Beatmungsformen, sowohl beim Transport als auch in stationärer Form, wie im Krankenhaus, durchzuführen.The invention aims at avoiding the mentioned Disadvantages to develop a medical device with which it is possible to give all forms of ventilation to patients, both during transport as well as in stationary form, as in Hospital to perform.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompaktbauweise der Beatmungsgeräte grundsätzlich zu ändern und durch Schaffung einer Geräteverbindung, bestehend aus einer universellen Ventilkomibnation mit selbstregelnder Druckkonstanz und einem separaten Steuerteil, den apparativen Aufwand und die Störanfälligkeit zu senken, den Raumbedarf wesentlich zu reduzieren, die Mobilität des Beatmungsgerätes bedeutsam zu erhöhen, die Kondensatbildung zu verhindern, den großen Gerätetotraum zu beseitigen, die HF-Oszillationsventilation ohne zusätzlichen HF-Generator zu ermöglichen und die Sterilisation des Beatmungsgerätes zu vereinfachen.The invention has for its object the compact design to change the ventilators in principle and by creating a device connection consisting of a universal valve combination with self-regulating pressure constancy and a separate control section, the apparatus Reduce effort and susceptibility to failure, the space requirement significantly reduce the mobility of the ventilator significantly increase, prevent the formation of condensate, to eliminate the large device dead space, the HF oscillation ventilation without an additional HF generator and to simplify the sterilization of the ventilator.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das elektronische Steuerteil außerhalb des Inkubators und die Ventilkombination innerhalb des Inkubators in unmittelbarer Nähe des Patienten angeordnet und durch eine Signalleitung und Manometerschlauchleitung verbunden ist. Die außerhalb des Inkubators befindliche Atemgasquelle ist mittels Schlauchleitung über die Erwärmung und Befeuchtung mit dem im Inkubator befindlichen Atemgaseintrittsstutzen am Luftfilter der Ventilkombination verbunden. According to the invention the object is achieved in that the electronic control section outside the incubator and the Valve combination within the incubator in immediate Arranged near the patient and through a signal line and pressure gauge hose line is connected. The outside of the incubator is by means of Hose line on heating and humidification with the Breathing gas inlet connection located in the incubator on Air filter of the valve combination connected.  

An die Ventilkombination ist der Trachealverteilerkopf am Patienten mittels Atemgaszuleitung und Atemgasrückleitung angeschlossen sowie der Atemgasaustrittsstutzen angeflanscht. Die Ventilkombination selbst besteht aus einem Ventilfuß mit Atemgasaustrittsschlauch, auf dem sich ein Gehäuse mit drehbarem Gehäusekopf und Luftfilter befindet. In dem Gehäuse ist ein Gleichstromzugmagnet mit Magnetventil, dessen Sitz durch eine Anzahl kreisförmig angebrachter Ventilrohre gebildet wird, die über Ringkanal, Kanal, Luftkammer mit dem Schlauchstutzen und Atemgasrückleitung verbunden sind, angeordnet. Am Gehäusekopf befindet sich der mit dem Ringkanal verbundene für die Manometerschlauchleitung dienende Schlauchstutzen sowie die für die Signalleitung dienende Dipolkupplung. Der drehbare Gehäusekopf enthält eine Drossel und ein Überdruckventil und an diesem sind ein Schlauchstutzen mit Atemgasrückleitung, Schlauchstutzen mit Atemgaszuleitung und Stutzen mit Luftfilter und Atemgaseintrittsstutzen angerodnet.The tracheal distribution head is attached to the valve combination on the patient by means of breathing gas supply and breathing gas return connected as well as the breathing gas outlet flanged. The valve combination itself consists of a valve foot with breathing gas outlet hose on which a housing with a rotatable housing head and air filter located. There is a DC pull magnet in the housing with solenoid valve, the seat of which is circular by a number attached valve pipes is formed, which over Annular duct, duct, air chamber with the hose connector and Respiratory gas return line are connected. On the housing head is the one connected to the ring channel for the hose connector serving the manometer hose line as well as the dipole coupling used for the signal line. The rotatable housing head contains a choke and a Pressure relief valve and on this are a hose connector with breathing gas return line, hose connector with breathing gas supply line and nozzle with air filter and breathing gas inlet nozzle arrayed.

Die Atemgasquelle und die Erwärmung und Befeuchtung sind an dem elektronischen Steuerteil angebaut. Der Ventilfuß weist an seinem unteren Ende ein durch Schraube einstellbares federbelastetes Notbeatmungsventil auf.The source of breathing gas and the warming and humidification are attached to the electronic control part. The valve foot has an adjustable screw at its lower end spring-loaded emergency ventilation valve.

Der Trachealverteilerkopf weist zwei Schlauchstutzen auf, wobei ein Schlauchstutzen mit der Atemgaszuleitung und der andere mit der Atemgasrückleitung verbunden ist.The tracheal distribution head has two hose connectors, a hose connector with the breathing gas supply line and the another is connected to the breathing gas return line.

Weiterhin besitzt der Trachealverteilerkopf einen zum Anschluß des Trachealtubus geeigneten Konnektorstutzen sowie ein zur Öffnung des Trachealtubus bei Absaugung geeignetes Verschlußstück. Furthermore, the tracheal distribution head has one for Connection of the tracheal tube to a suitable connector socket as well as one for opening the tracheal tube with suction suitable closure piece.  

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben werden.The invention is intended to be explained below using exemplary embodiments to be discribed.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1: die Anordnung eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes im Beatmungssystem, schematisch dargestellt, Fig. 1: the arrangement of a ventilator according to the invention in the ventilation system, shown schematically,

Fig. 2: ein Ausführbeispiel der Ventilkombination mit dem Trachealverteilerkopf Fig. 2: an exemplary embodiment of the valve combination with the tracheal distribution head

Nach Fig. 1 ist der elektronische Steuerteil 1 außerhalb und die durch die Signalleitung 12 verknüpfte Ventilkombination 2 innerhalb des Inkubators 14 aufgestellt, wobei die Ventilkombination 2 in unmittelbarer Nähe des Patienten 6 steht. Die außerhalb des Inkubators 14 befindliche Atemgasquelle 10, welche alle für die Einstellung des Atemgasvolumenstomes und O2-Konzentration erforderlichen Einrichtung enthält, ist mittels Schlauchleitung über die Erwärmung und Befeuchtung 11 mit dem Atemgaseintrittsstutzen 3 am Luftfilter 18 der Ventilkombination 2 verbunden. Der Trachealverteilerkopf 5 am Patienten 6 ist mittels Atemgaszuleitung 4 und Atemgasrückleitung 7 an die Ventilkombination 2 angeschlossen. Im Steuerteil 1 befindet sich ein nicht dargestelltes Manometer, das über die Manometerschlauchleitung 13 an die Ventilkombination 2 angeschlossen ist. Am Ventilfuß 16 der Ventilkombination 2 ist ein Atemgasaustrittsstutzen 8 angebracht, auf welchen ein Atemgasaustrittsschlauch 9 aufsteckbar ist. Das elektronische Steuerteil 1, das an das Ortsnetz oder an das Bordnetz von Fahrzeugen anschließbar ist, enthält eine nicht dargestellte akustische Alarmeinrichtung sowie einen Wahlschalter zur Umstellung der Beatmungsformen. Ein ebenfalls nicht dargestellter Akkumulator dient zur Aufrechterhaltung der Alarmfunktion bei Netzausfall. Mittels üblicher, am elektronischen Steuerteil 1 vorhandenen Bedien- und Kontrolleinheiten können die Beatmungsfrequenz, der Inspirationsdruck, der endexspiratorische Druck, das Atemzeitverhältnis und die Hochfrequenz entsprechend der erforderlichen Beatmungsformen (IPPV, IPM, PEEPV und HFPPV) stufenlos eingestellt werden.According to Fig. 1, the electronic control unit 1 and the outside through the signal line 12 associated valve combination 2 is set up within the incubator 14, wherein the combination valve 2 is in the immediate vicinity of the patient 6. The respiratory gas source 10 located outside the incubator 14 , which contains all the equipment required for adjusting the respiratory gas volume current and O 2 concentration, is connected to the respiratory gas inlet connector 3 on the air filter 18 of the valve combination 2 via the heating and humidification 11 . The tracheal distribution head 5 on the patient 6 is connected to the valve combination 2 by means of a breathing gas supply line 4 and a breathing gas return line 7 . In the control part 1 there is a manometer, not shown, which is connected to the valve combination 2 via the manometer hose 13 . A breathing gas outlet connection 8 is attached to the valve base 16 of the valve combination 2 , on which a breathing gas outlet hose 9 can be plugged. The electronic control part 1 , which can be connected to the local network or to the vehicle electrical system, contains an acoustic alarm device (not shown) and a selector switch for changing the ventilation modes. An accumulator, also not shown, is used to maintain the alarm function in the event of a power failure. Using conventional control and control units on the electronic control unit 1 , the ventilation frequency, the inspiration pressure, the end expiratory pressure, the respiratory ratio and the high frequency can be continuously adjusted according to the required ventilation modes (IPPV, IPM, PEEPV and HFPPV).

Die entsprechenden Ausgangssignale gehen über die Signalleitung 12 zur Ventilkombination 2 und werden dort in adäquate aerodynamische Vorgänge umgesetzt. Die Ventilkombination 2 übernimmt bei der automatischen und bei der manuellen (assistierenden) Beatmung die Funktion des Exspirationsventiles (Frequenzpulsator), des Inspirationsdruckbegrenzers, des endexspiratorischen Druckbegrenzers, des Hochfrequenzmodulators und die Regelung des Atemzeitverhältnisses.The corresponding output signals go via the signal line 12 to the valve combination 2 and are converted there into adequate aerodynamic processes. Valve combination 2 takes over the function of the expiration valve (frequency pulsator), the inspiratory pressure limiter, the end-expiratory pressure limiter, the high frequency modulator and the regulation of the breathing time ratio in automatic and manual (assistive) ventilation.

Außerdem übernimmt die Ventilkombination 2 bei der manuellen Notbeatmung infolge Netzausfalles die Funktion des Inspirationsdruckbegrenzers. Schließlich wird von der Ventilkombination 2 noch eine Selbstregelung der Druckkonstanz durchgeführt.In addition, valve combination 2 assumes the function of the inspiratory pressure limiter in manual emergency ventilation as a result of a power failure. Finally, the valve combination 2 also carries out a self-regulation of the pressure constancy.

Mittels der in der Ventilkombination 2 vorhandenen einstellbaren Drossel 34 wird die Systemstrecke von der Atemgasquelle 10 bis zur Ventilkombination 2 unter einem Staudruck gehalten, der größer als der Inspirationsdruck ist. Dadurch und durch die kurze Entfernung zwischen Ventilkombination 2 und Patienten 6 wird der bei den bekannten Beatmungsgeräten relativ große Gerätetotraum beim erfindungsgemäßen Beatmungsgerät auf ein Minimum, nämlich auf das Volumen der extrem kurzen Schlauchverbindungen 4 und 7, reduziert. By means of the adjustable throttle 34 present in the valve combination 2 , the system section from the breathing gas source 10 to the valve combination 2 is kept under a dynamic pressure which is greater than the inspiratory pressure. As a result of this and due to the short distance between valve combination 2 and patient 6 , the device dead space in the known ventilators, which is relatively large in the ventilator according to the invention, is reduced to a minimum, namely to the volume of the extremely short hose connections 4 and 7 .

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung und der in der Beschreibung der Fig. 2 noch dargelegten äußerst trägheitsarmen Arbeitsweise des Magnetventiles 19 ist es möglich, mit dem Magnetventil 19 außer der Steuerung des primären Druckverlaufes der normalen Beatmungsfrequenz den Atemvolumenstrom eine für die Oszillationsventilation wirksam werdende HF-Modulation aufzuprägen, ohne daß, wie bei den bekannten Beatmungsgeräten zur Erzielung einer Oszillationsventilation, ein gesonderter HF-Generator und eine Druckleitung zum Patienten zu installieren ist.With this arrangement according to the invention and the extremely low-inertia operation of the solenoid valve 19, which is also described in the description of FIG. 2, it is possible to use the solenoid valve 19 in addition to controlling the primary pressure profile of the normal ventilation frequency to impress the respiratory volume flow with an HF modulation that becomes effective for oscillation ventilation without having to install a separate HF generator and a pressure line to the patient, as in the known ventilators to achieve oscillation ventilation.

Die Verkürzung der Schlauchleitungen und die Aufstellung der Ventilkombination 2 im Inkubator 14 erweist sich auch insofern als vorteilhaft, daß die Kondensatbildung ganz entscheidend eingeschränkt wird.The shortening of the hose lines and the installation of the valve combination 2 in the incubator 14 also proves to be advantageous in that the formation of condensate is decisively restricted.

Mittels des in dem Ventilfuß 16 der Ventilkombination 2 eingebauten federbelasteten einstellbaren Notbeatmungsventiles 39 kann der Patient 6 beim Ausfall der elektronischen Steuerung 1 manuell beatmet werden, indem die Inspirationsphase durch manuellen Verschluß des Atemgasaustrittsstutzens 8 oder Atemgasaustrittsschlauch 9 ausgelöst wird. Dabei wird der Inspirationsdruck durch das Notbeatmungsventil 39 begrenzt.If the electronic control 1 fails, the patient 6 can be ventilated manually by means of the spring-loaded adjustable emergency ventilation valve 39 installed in the valve base 16 of the valve combination 2 , in that the inspiration phase is triggered by manually closing the breathing gas outlet connection 8 or breathing gas outlet hose 9 . The inspiration pressure is limited by the emergency ventilation valve 39 .

Bei Spontanatmung des Patienten 6 wird das Beatmungsgerät auf die CPAP/PEEP-Atemhilfe umgestellt. Die Umstellung erfolgt mittels eines Wahlschalters am Steuerteil 1. Bei dieser Beatmungsform übernimmt die Ventilkombination 2 die Funktion des Exspirationsdruckbegrenzers und der Patient 6 atmet in der Exspirationsphase gegen den stufenlos einstellbaren endexspiratorischen Druck. Die schematisch separat dargestellten Teile Atemgasquelle 10 und Erwärmung und Befeuchtung 11 können an den elektronischen Steuerteil 1 angebaut sein. If the patient 6 breathes spontaneously, the ventilator is switched to CPAP / PEEP breathing aid. The change is made using a selector switch on control section 1 . With this type of ventilation, valve combination 2 takes over the function of the expiratory pressure limiter and patient 6 breathes in the expiratory phase against the continuously adjustable end expiratory pressure. The parts of respiratory gas source 10 and heating and humidification 11 which are shown schematically separately can be attached to the electronic control part 1 .

Nach Fig. 2 besteht die Ventilkombination 2 aus einem Gehäuse 15, einem Ventilfuß 16, einem drehbar am Gehäuse 15 gelagerten Gehäusekopf 17 und einem Luftfilter 18. Im Gehäuse 15 befindet sich ein Magnetventil 19. Die Betätigungsvorrichtung des Magnetventiles 19 ist ein Gleichstromzugmagnet 20. Der Ankterschaft 21 ist durch die Stellmutter 22 mit der Ventilplatte 23 verbunden und lagert in der Lagerplatte 24. Der Ventilsitz wird durch eine Anzahl kreisförmig angeordneter Ventilrohre 25 gebildet, die in einem Ringkanal 26 münden. Selbiger ist durch den Kanal 27 und der Luftkammer 28 mit dem Schlauchstutzen 29 verbunden, auf welchen der Schlauch der Atemgasrückleitung 7 aufgesteckt ist. Am Gehäusestutzen 30 ist der mit dem Ringkanal 26 verbundene Schlauchstutzen 31 für die Manometerschlauchleitung 13 und die Dipolkupplung 32 für die Signalleitung 12 angeordnet.According to FIG. 2 2, the valve combination of a housing 15, a valve base 16, a rotatably mounted to the case 15 housing head 17 and an air filter 18. A magnet valve 19 is located in the housing 15 . The actuating device of the solenoid valve 19 is a direct current magnet 20 . The anchor shaft 21 is connected to the valve plate 23 by the adjusting nut 22 and is supported in the bearing plate 24 . The valve seat is formed by a number of circularly arranged valve tubes 25 which open into an annular channel 26 . The same is connected through the channel 27 and the air chamber 28 to the hose connector 29 , on which the hose of the breathing gas return line 7 is attached. On the housing connection piece 30 of the tube connecting piece is connected to the annular channel 26 is disposed 31 for the Manometerschlauchleitung 13 and the Dipolkupplung 32 for the signal line 12th

Auf dem Gehäusestutzen 33 lagert der drehbare Gehäusekopf 17, welcher eine Drossel 34 und ein federbelastetes einstellbares Überdruckventil 35 enthält. An dem Gehäusekopf 17 ist der Schlauchstutzen 29 für die Atemgasrückleitung 7, der Schlauchstutzen 36 für die Atemgaszuleitung 4 und der Stutzen 37 für den Luftfilter 18 vorhanden. An dem auf dem Stutzen 37 drehbar gelagerten Luftfilter 18 ist der Atemgaseintrittsstutzen 3 angeordnet.The rotatable housing head 17 , which contains a throttle 34 and a spring-loaded, adjustable pressure relief valve 35 , is mounted on the housing connector 33 . The hose connector 29 for the breathing gas return line 7 , the hose connector 36 for the breathing gas supply line 4 and the connector 37 for the air filter 18 are provided on the housing head 17 . The breathing gas inlet connection 3 is arranged on the air filter 18 rotatably mounted on the connection 37 .

Der Ventilfuß 16 enthält das mittels der Schraube 38 einstellbare federbelastete Notbeatmungsventil 39. Am Ventilfuß 16 ist ein Atemgasaustrittsstutzen 8 angeflanscht. Die Atemgaszuleitung 4 und die Atemgasrückleitung 7 verbinden die Ventilkombination 2 mit dem Trachealverteilerkopf 5, der für diesen Zweck zwei Schlauchstutzen 40 hat. Am Trachealverteilerkopf 5 befindet sich ein Konnektorsutzen 41 für den Anschluß des Trachealtubus und ein Verschlußstück 42 zur Öffnung des Tubus bei Absaugungen. Das von der Atemgasquelle 10 kommende Atemgas durchströmt die Ventilkombination 2 in Pfeilrichtung A - B - C - D. Entsprechend der gewählten Beatmungsform und den vom Steuerteil 1 ankommenden Signalen regelt das Magnetventil 19 den Druckverlauf des in Pfeilrichtung E für die Beatmung des Patienten 6 wirksam werdenen Atemgasstromes in der Inspirationsphase und den endexspiratorischen Druck in der Exspirationsphase.The valve base 16 contains the spring-loaded emergency ventilation valve 39 which can be adjusted by means of the screw 38 . A breathing gas outlet connection 8 is flanged to the valve base 16 . The breathing gas supply line 4 and the breathing gas return line 7 connect the valve combination 2 to the tracheal distribution head 5 , which has two hose connectors 40 for this purpose. On the tracheal distribution head 5 there is a connector socket 41 for connecting the tracheal tube and a closure piece 42 for opening the tube in the event of suction. The breathing gas coming from the breathing gas source 10 flows through the valve combination 2 in the direction of the arrow A - B - C - D. In accordance with the selected form of ventilation and the signals arriving from the control part 1 , the solenoid valve 19 regulates the pressure profile of the breathing gas flow which is effective in the direction of arrow E for the ventilation of the patient 6 in the inspiration phase and the end-expiratory pressure in the expiration phase.

Beim Ausfall der elektronischen Steuerung wird durch manuellen Verschluß des Atemgasaustrittsstutzens 8 die Inspirationsphase ausgelöst und der Beatmungsdruck baut sich entsprechend des eingestellten Widerstandes des Notbeatmungsventiles 39 auf. Dabei strömt das Atemgas durch das Notbeatmungsventil 39 und die Bohrungen im Ventilfuß 16. Etwa auftretende unzulässige hohe Atemgasdrücke werden durch das Überdruckventil 35 abgefangen. Dabei ist das Überdruckventil 35 etwas höher eingestellt als der normalerweise angewendete Inspirationsdruck.If the electronic control fails, the inspiration phase is triggered by manual closure of the breathing gas outlet connection 8 and the ventilation pressure builds up in accordance with the set resistance of the emergency ventilation valve 39 . The breathing gas flows through the emergency ventilation valve 39 and the bores in the valve foot 16 . Any impermissible high breathing gas pressures that occur are intercepted by the pressure relief valve 35 . The pressure relief valve 35 is set somewhat higher than the normally used inspiration pressure.

Die Drossel 34 wird bei der HF-Beatmung so eingestellt, daß im Atemgasstrom vor der Drossel 34 ein den Inspirationsdruck wesentlich übersteigender Druck herrscht. Damit wird der Gerätetotraum auf die kurze Atemgasstrecke von der Drossel 34 bis zum Magnetventil 19 mittels dem normalen Atemzyklus überlagerten HF-Impulsen von 5 bis 25 Hz.The throttle 34 is set in the case of HF ventilation so that there is a pressure in the respiratory gas flow upstream of the throttle 34 which significantly exceeds the inspiration pressure. Thus, the device dead space on the short breathing gas path from the throttle 34 to the solenoid valve 19 by means of the normal breathing cycle superimposed RF pulses of 5 to 25 Hz.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Ventilkombination 2 ist der aus einer Anzahl von Ventilrohren 25 bestehende Ventilsitz des Magnetventiles 19, wobei die Summe der Rohrquerschnitte von n-Ventilrohren eine von der widerstandsfreien Durchströmung des Atemgasvolumenstromes bestimmte konstante Größe ist. An essential feature of the valve combination 2 according to the invention is the valve seat of the solenoid valve 19 consisting of a number of valve tubes 25 , the sum of the tube cross sections of n -valve tubes being a constant variable determined by the resistance-free flow of the respiratory gas volume flow.

Diese Ventilsitzausführung ist die Voraussetzung für die Selbstregelung der Druckkonstanz des Magnetventiles 19, da mit der Anzahl der Ventilrohre 25 das Kraft-Weg-Verhalten des Ventiles mit dem Kraft-Weg-Verhalten des Gleichstromzugmagneten 20 konstruktiv in Übereinstimmung gebracht werden kann. Diese Anpassung ist eine wichtige Voraussetzung für die Funktion des Magnetventiles 19 im Beatmungsprozeß, da das Magnetventil 19 den Staudruck auch bei einer Veränderung des Atemgasvolumenstromes konstanthalten muß. Damit werden die bei der Beatmung geforderten Betriebszustände, wie z. B. das inspiratorische und das endexspiratorische Druckplateau konstant und reproduzierbar gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Magnetventiles 19 kommen die üblicherweise bei Regelventilen erforderlichen Regelvorrichtungen in Wegfall.This valve seat design is the prerequisite for the self-regulation of the pressure constancy of the solenoid valve 19 , since with the number of valve tubes 25 the force-displacement behavior of the valve can be structurally matched with the force-displacement behavior of the direct current magnet 20 . This adaptation is an important prerequisite for the function of the solenoid valve 19 in the respiration process, since the solenoid valve 19 must keep the dynamic pressure constant even when the respiratory gas volume flow changes. This means that the operating states required for ventilation, e.g. B. ensures the inspiratory and the end-expiratory pressure plateau constant and reproducible. The inventive design of the solenoid valve 19 eliminates the control devices usually required for control valves.

Wesentlich im Sinne der Erfindung ist es auch , daß mit dieser Ventilsitzausführung die Stellwege des Magnetventiles 19 sehr klein werden. Das ist eine Voraussetzung für die Modulation von HF-Impulsen, für die sehr kurze Schaltzeiten und ein trägheitsarmes Arbeiten des Magnetventiles 19 erforderlich sind.It is also essential in the sense of the invention that the travel of the solenoid valve 19 become very small with this valve seat design. This is a prerequisite for the modulation of RF pulses, for which very short switching times and low inertia operation of the solenoid valve 19 are required.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventilsitzes entsteht dadurch, daß die äußerst dünnwandigen Ventilrohre 25 eine sehr kleine Berührungsfläche mit der Ventilplatte 23 bilden. Es wird damit eine günstige Durchströmung des Ventiles erreicht und die Gefahr eines evtl. Haftens der Ventilplatte 23 am Ventilsitz gemindert. Außerdem werden damit die möglicherweise bei Strömungsvorgängen auftretenden, eine stetige Regelung negativ beeinflussenden Erscheinungen, wie z. B. das aerodynamische Paradoxon, ausgeschalten.Another advantage of the valve seat according to the invention arises from the fact that the extremely thin-walled valve tubes 25 form a very small contact surface with the valve plate 23 . A favorable flow through the valve is thus achieved and the risk of the valve plate 23 possibly sticking to the valve seat is reduced. In addition, the phenomena which may occur during flow processes and have a negative influence on continuous control, such as e.g. B. the aerodynamic paradox, switched off.

Es hat sich gezeigt, daß die Konstruktionsparameter zum wesentlichen Teil experimentell ermittelt werden müssen. Zum besseren Verständnis sollen die angeführten Zusammenhänge wie folgt näher erläutert werden:It has been shown that the design parameters for essential part must be determined experimentally.  For a better understanding, the relationships mentioned should can be explained as follows:

Jedes der äußerst dünnwandigen Ventilrohre 25 bildet bei der Ventilöffnung mit der Ventilplatte 23 einen Ringspalt, dessen Fläche das Produkt aus Ventilrohrumfang und Ventilluftspalt ist. Die Summe der Ringspaltflächen von n-Ventilrohren ist maßgebend für den Widerstand in der Dichtzone und damit für den Staudruck bei einem bestimmten Atemgasvolumenstrom.Each of the extremely thin-walled valve tubes 25 forms an annular gap when the valve is opened with the valve plate 23 , the surface of which is the product of the valve tube circumference and the valve air gap. The sum of the annular gap areas of n -valve tubes is decisive for the resistance in the sealing zone and thus for the dynamic pressure at a certain respiratory gas volume flow.

Der Beatmungsdruck setzt sich zusammen aus dem mit der Magnetzugkraft regelbaren Widerstand in der Dichtzone des Ventiles und dem festen Widerstand der durchströmten Teile.The ventilation pressure is composed of that with the Magnetic traction adjustable resistance in the sealing zone of the Valves and the fixed resistance of the flowed parts.

Demzufolge muß beispielsweise eine durch Volumenstromerhöhung verursachte Staudruckzunahme durch dementsprechende Senkung des Widerstandes in der Dichtzone kompensiert werden. Dazu bedarf es einer Verringerung der Magnetzugkraft. Diese Änderung der Magnetzugkraft ist von einem bestimmten Stellweg des Magnetankers abhängig. Zur Erreichung einer selbstregelnden Druckkonstanz muß der andererseits von der Volumen -tromerhöhung abhängige Ventilstellweg dem Stellweg des Magnetankers angepaßt werden. Das ist konstruktiv bei dem erfindungsgemäßen Ventilsitz durch Anordnung einer bestimmten Anzahl von Ventilrohren 25 möglich. Die Anzahl der Ventilrohre 25 ergibt sich aus dem Quadrat des Quotienten der erforderlichen Ventilstellwegkorrektur mit Accordingly, an increase in dynamic pressure caused by an increase in volume flow must be compensated for by a corresponding reduction in the resistance in the sealing zone. This requires a reduction in magnetic traction. This change in the magnetic tensile force depends on a certain travel of the armature. To achieve a self-regulating pressure constancy, the valve travel, which is dependent on the increase in volume flow, must be adapted to the travel of the armature. This is structurally possible in the valve seat according to the invention by arranging a certain number of valve tubes 25 . The number of valve tubes 25 results from the square of the quotient of the required valve travel correction

wobei H der Ventilhub eines Einrohrventiles und H n der Ventilhub bei n-Ventilrohren ist.
Der Durchmesser d n der Ventilrohre wird danach
d n = d √n -1 where H is the valve lift of a single-pipe valve and H n is the valve lift for n -valve pipes.
The diameter d n of the valve tubes is then
d n = d √ n -1

wenn d der vorgegebene Durchmesser des Einrohrventiles ist. if d is the specified diameter of the single-pipe valve.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

 1 Elektronischer Steuerteil
 2 Ventilkombination
 3 Atemgaseintrittsstutzen
 4 Atemgaszuleitung
 5 Trachealverteilerkopf
 6 Patient
 7 Atemgasrückleitung
 8 Atemgasaustrittsstutzen
 9 Atemgasaustrittsschlauch
10 Atemgasquelle
11 Erwärmung und Befeuchtung
12 Signalleitung
13 Manometerschlauchleitung
14 Inkubator
15 Gehäuse
16 Ventilfuß
17 Gehäusekopf
18 Luftfilter
19 Magnetventil
20 Gleichstromzugmagnet
21 Ankerschaft
22 Stellmutter
23 Ventilplatte
24 Lagerplatte
25 Ventilrohr
26 Ringkanal
27 Kanal
28 Luftkammer
29 Schlauchstutzen
30 Gehäusekopf
31 Schlauchstutzen
32 Dipolkupplung
33 Gehäusestutzen
34 Drossel
35 Überdruckventil
36 Schlauchstutzen
37 Stutzen
38 Schraube
39 Notbeatmungsventil
40 Schlauchstutzen
41 Konnektorstutzen
42 Verschlußstück 1 electronic control unit
2 valve combination
3 breathing gas inlet connections
4 breathing gas supply
5 tracheal distribution head
6 patient
7 breathing gas return line
8 breathing gas outlet connections
9 Breathing gas outlet hose
10 breathing gas source
11 Heating and humidification
12 signal line
13 Manometer hose line
14 incubator
15 housing
16 valve base
17 housing head
18 air filter
19 solenoid valve
20 DC pull magnet
21 anchorage
22 adjusting nut
23 valve plate
24 bearing plate
25 valve tube
26 ring channel
27 channel
28 air chamber
29 hose connector
30 housing head
31 hose connector
32 dipole coupling
33 housing connection piece
34 throttle
35 pressure relief valve
36 hose connector
37 sockets
38 screw
39 Emergency ventilation valve
40 hose sockets
41 connector socket
42 closure piece

Claims (5)

1. Beatmungsgerät mit universeller Ventilkombination mit selbstregelnder Druckkonstanz für die Neonatologie, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuerteil (1) außerhalb des Inkubators (14) und die Ventilkombination (2) innerhalb des Inkubators (14) in unmittelbarer Nähe des Patienten (6) angeordnet und durch die Signalleitung (12) und Manometerschlauchleitung (13) verbunden ist, die außerhalb des Inkubators (14) befindliche Atemgasquelle (10) ist mittels Schlauchleitung über die Erwärmung und Befeuchtung (11) mit dem im Inkubator (14) befindlichen Atemgasstutzen (3) am Luftfilter (18) der Ventilkombination (2) ist der Trachealverteilerkopf (5) am Patienten (6) mittels Atemgaszuleitung (4) und Atemgasrückleitung (7) angeschlossen sowie der Atemgasaustrittsstutzen (8) angeflanscht.1. Ventilator with universal valve combination with self-regulating pressure constancy for neonatology, characterized in that the electronic control part ( 1 ) outside the incubator ( 14 ) and the valve combination ( 2 ) within the incubator ( 14 ) in the immediate vicinity of the patient ( 6 ) and is connected by the signal line ( 12 ) and pressure gauge hose line ( 13 ), the breathing gas source ( 10 ) located outside the incubator ( 14 ) is connected to the breathing gas nozzle ( 3 ) in the incubator ( 14 ) by means of the hose line via the heating and humidification ( 11 ) The tracheal distributor head ( 5 ) on the patient ( 6 ) is connected to the air filter ( 18 ) of the valve combination ( 2 ) by means of a breathing gas supply line ( 4 ) and breathing gas return line ( 7 ) and the breathing gas outlet connection ( 8 ) is flanged on. 2. Beatmungsgerät nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkombination (2) einen Ventilfuß (16) mit Atemgasaustrittsschlauch (9) aufweist, auf dem sich ein Gehäuse (15) mit drehbarem Gehäusekopf (17) und Luftfilter (18) befindet und in dem ein Gleichstromzugmagnet (20) mit Magnetventil (19), dessen Sitz durch eine Anzahl kreisförmig angebrachter Ventilrohre (25) gebildet wird, die über Ringkanal (26), Kanal (27), Luftkammer (28) mit dem Schlauchstutzen (29) und Atemgasrückleitung (7) verbunden sind, angeordnet sind und am Gehäusekopf (30) befindet sich der mit dem Ringkanal (26) verbundene für die Manometerschlauchleitung (13) dienende Schlauchstutzen (31) sowie die für die Signalleitung (12) dienende Dipolkupplung (32), der drehbare Gehäusekopf (17) enthält eine Drossel (34) und ein Überdruckventil (35) und an diesem sind ein Schlauchstutzen (29) mit Atemgasrückleitung (7), Schlauchstutzen (36) mit Atemgaszuleitung (4) und Stutzen (37) mit Luftfilter (18) und Atemgaseintrittsstutzen (3) angeordnet.2. Ventilator according to item 1, characterized in that the valve combination ( 2 ) has a valve foot ( 16 ) with breathing gas outlet hose ( 9 ) on which there is a housing ( 15 ) with a rotatable housing head ( 17 ) and air filter ( 18 ) and in which is a direct current pull magnet ( 20 ) with a solenoid valve ( 19 ), the seat of which is formed by a number of circularly attached valve tubes ( 25 ), which via an annular channel ( 26 ), channel ( 27 ), air chamber ( 28 ) with the hose connector ( 29 ) and breathing gas return line ( 7 ) are connected, are arranged and on the housing head ( 30 ) there is the hose connector ( 31 ) connected to the ring channel ( 26 ) for the pressure gauge hose line ( 13 ) and the dipole coupling ( 32 ) serving for the signal line ( 12 ) rotatable housing head ( 17 ) contains a throttle ( 34 ) and a pressure relief valve ( 35 ) and there are a hose connector ( 29 ) with breathing gas return line ( 7 ), hose connector ( 36 ) with breathing gas supply line ( 4 ) and nd nozzle ( 37 ) with air filter ( 18 ) and breathing gas inlet nozzle ( 3 ) arranged. 3. Beatmungsgerät nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemgasquelle (10) und Erwärmung und Befeuchtung (11) an dem elektronischen Steuerteil (1) angebaut sind.3. Ventilator according to item 1, characterized in that the respiratory gas source ( 10 ) and heating and humidification ( 11 ) are attached to the electronic control part ( 1 ). 4. Beatmungsgerät nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilfuß (16) an seinem unteren Ende ein durch Schraube (38) einstellbares, federbelastetes Notbeatmungsventil (39) aufweist.4. Ventilator according to item 2, characterized in that the valve base ( 16 ) has at its lower end a spring-loaded emergency ventilation valve ( 39 ) which is adjustable by screw ( 38 ). 5. Beatmungsgerät nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trachealverteilerkopf (5) zwei Schlauchstutzen (40) aufweist, wobei ein Schlauchstutzen mit der Atemgaszuleitung (4) und der andere mit der Atemgasrückleitung (7) verbunden ist und einen zum Anschluß des Trachealtubus geeigneten Konnektorstutzen (41) sowie ein zur Öffnung des Trachealtubus bei Absaugung geeignetes Verschlußstück (42) aufweist.5. Ventilator according to items 1 and 2, characterized in that the tracheal distributor head ( 5 ) has two hose connectors ( 40 ), one hose connector being connected to the breathing gas supply line ( 4 ) and the other to the breathing gas return line ( 7 ) and one for connecting the Tracheal tube suitable connector piece ( 41 ) and a closure piece ( 42 ) suitable for opening the tracheal tube during suction.
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