DE69621320T2

DE69621320T2 - Gasmischvorrichtung für ein beatmungsgerät

Info

Publication number: DE69621320T2
Application number: DE69621320T
Authority: DE
Inventors: N. Gee; B. Merrick; John O'dea; John O'mahoney
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Current assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: US5664560A; US6116240A; EP0792177B1; JPH10500347A; US6467478B1; US5934274A; EP0792177A1; DE69621320D1; WO1996024402A1; CA2187288A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Mischen von Atmungsgas gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Beatmung der Lunge eines Patienten und betrifft spezieller eine Vorrichtung, die zur Verwendung mit einem Beatmungsgerät der Kolben-Bauart zur Zufuhr von Gas zu der Kolbenkammer des Beatmungsgerätes bei oder nahe bei Atmosphärendruck ohne die Notwendigkeit für einen Kompressor geeignet ist, und ein Verfahren zur Beschränkung des Spitzen-Sauerstoffstroms, welcher der Kolbenkammer des Beatmungsgerätes zugeführt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Medizinische Beatmungsgeräte sind so ausgelegt, daß sie die Lunge eines Patienten mit Atmungsgas beatmen, um einem Patienten beim Atmen zu helfen, wenn der Patient auf irgendeine Weise nicht in der Lage ist, ausreichend selbst zu atmen. Einige Beatmungssysteme in der Technik versehen den Patienten mit einer Druckunterstützung, welche einsetzt, wenn der Patient bereits mit einer Einatmungsanstrengung begonnen hat. Ein derartiges Beatmungsgerät sorgt für die Druckerhöhung des Atmungsgases im Luftweg des Patienten, um den Atmungsgasstrom zu der Lunge des Patienten zu unterstützen, wodurch die Atmungsarbeit des Patienten verringert wird.
Herkömmliche druckgesteuerte Beatmungssysteme weisen eine Gasstrom-Steuerungsstrategie zur Beendigung des Atmungsgasstromes, wenn ein Zieldruck erreicht ist, oder nach einer festgelegten Verweilzeit bei diesem Zieldruck auf.
Jedoch kann aufgrund der Verzögerung der Ansprechzeit bei der Verringerung des Drucks, nachdem ein Zieldruck gemessen wird, oder nach einer festgelegten Verweilzeit eine derartige Steuerungsstrategie einen übermäßigen Druckaufbau in der Lunge des Patienten zur Folge haben, insbesondere wenn Hochdruckgase zum Mischen der Atmungsgasmischung verwendet werden. Wenn der übermäßige Druckaufbau aufrechterhalten wird, kann die Lunge des Patienten während eines signifikanten Teils des Atmungszyklus einem übermäßigen Druck ausgesetzt sein. Wenn dies stattfindet, besteht die Möglichkeit, daß der Patient durch einen höheren als erwünschten Druck in der Lunge geschädigt wird, da ein Überdruck beispielsweise Nähte oder Blutgefäße eines Patienten aufreißen kann, der sich vor kurzem einer Thorax- oder Unterleibsoperation unterzogen hat. Ähnlich können auch schwache oder gebrechliche Patienten, wie Asthma- oder Emphysem-Patienten, geschädigt werden, wenn der Atemwegsdruck übermäßig ist.
Blasebalge und Beatmungsgeräte der Kolben-Bauart gestatten die Zufuhr eines vorbestimmten Volumens an Atmungsgas bei einem gewünschten Druck als Reaktion auf den Beginn von Atmungsanstrengungen eines Patienten. Beatmungsgeräte auf Kolben-Basis können typisch kompakter hergestellt werden als Beatmungsgeäte auf Blasebalg-Basis, aber Kolben- Beatmungsgeräte mischen typisch unter Druck stehende(n) Luft und Sauerstoff in einer Hochdruck-Mischeinrichtung. Die resultierende Mischung wird dann von einem Kolben durch ein Ventil angesaugt, das den Druck der Mischung verringert. Derartige Systeme gestatten typisch nicht die Verwendung von Raumluft und von unter Druck stehendem Sauerstoff und können im Fall des Versagens des Hochdruck- Gaszufuhrventils, das die Einführung von einer der Atmungsgaskomponenten in die Hochdruck-Mischeinrichtung steuert, einem gewissen Risiko des Aufbaus von Überdruck unterliegen.
Beispielsweise verwendet ein Lungenbeatmungsgerät auf Kolben-Basis, das in der Technik bekannt ist, einen Wälzdichtungs-Kolben mit geringer Trägheit und geringem Reibungswiderstand zur Zufuhr von Atmungsgas, welches in der Kolbenkammer gemischt wird. Für die Mischung des Atmungsgases in der Kolbenkammer weist die Kolbenkammer einen Auslaß auf, der mit dem Luftweg des Patienten verbunden ist, und ein Einlaß mit einem Einwege-Ventil läßt während der Ausatmungsphase des Atmungszyklus Luft in die Kolbenkammer eintreten. Dieser Einlaß zu der Kolbenkammer, der durch ein Solenoid-Ventil gesteuert wird, ermöglicht die Einführung einer gewünschten Gasmischung in die Kolbenkammer. Das Solenoid-Ventil zur Einführung der Gasmischung ist bei der Ausatmung geöffnet, wobei sich der Kolben zu einer Grundlinienlage bewegt. Der Sauerstoffgehalt des eingeatmeten Gases kann ebenfalls angereichert werden, indem man einen kontinuierlichen Sauerstoffstrom durch einen anderen Einlaß in die Kolbenkammer zulässt.
In einer anderen Gasmischeinrichtung für ein Beatmungsgerät arbeitet ein Doppeltellerventil mit zwei Ventilsitzen zusammen, um gleichzeitig beide Ventile zu öffnen und zu schließen, um ein konstantes Stromverhältnis aufrecht zu erhalten. Jedoch werden in beiden Fällen die gemischten Gase bei hohem Druck geliefert. Falls ein Ventil versagt, das den Einlaß von Hochdruck-Sauerstoff oder -Luft steuert, ist es möglich, daß Atmungsgas dem Patienten bei einem übermäßigen Druck zugeführt werden kann. Zusätzlich kann bei diesen Arten von Systemen zur Einführung verschiedener Gase in einen Gas-Zufuhrzylinder eines Beatmungsgerätes das Mischen der Gase unvollständig sein, was manchmal die Zufuhr einer niedrigeren Konzentration an Sauerstoff als erwünscht an einen Patienten zur Folge hat.
Die US 4 587 967 offenbart ein Atmungsvorrichtungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Zufuhr von mit Sauerstoff angereichertem Atmungsgas an einen Patienten. Das System umfasst eine Kolben-Beatmungsvorrichtung zur Erzeugung eines variablen Auslaßstroms an Atmungsgas. Das System schließt einen Sauerstoffvorrat zur Erzeugung einer Lieferung von Sauerstoff und eine Einrichtung zur Vereinigung des Sauerstoffstroms aus dem Steuerungsventil mit dem variablen Auslaßstrom aus der Kolben-Beatmungseinrichtung ein. Der Sauerstoffstrom aus dem Sauerstoff-Vorrat wird durch ein Ventil gesteuert.
Die US 4 121 578 offenbart einen Steuerungsmechanismus für die Regulierung des Anteils an Sauerstoff in einer Luftmischung zum Atmen. Eine Sauerstoff-Regulierungseinrichtung weist eine erste und zweite Einlaßöffnung zum Anschluß an Vorräte von Luft bzw. Sauerstoff. Es wird auf ein Mischventil zur Steuerung des Prozentsatzes an Luft und Sauerstoff zurückgegriffen, welcher der Reguliegungseinheit zugeführt wird. Die Position des Mischventils wird gemäß den physiologischen Anforderungen des Benutzers gemäß dem Kohlendioxid-Gehalt in ausgeatmeter Luft gesteuert.
Es wäre deshalb wünschenswert, die Komponenten eines Atmungsgases, wie Sauerstoff und Luft, zum Mischen bei etwa Umgebungsatmosphärendruck bereitzustellen. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß Luft leicht ohne das Erfordernis der Bereitstellung einer Kompressor- Ausrüstung zur Bereitstellung von unter Druck stehender Luft aus der Umgebungsatmosphäre geliefert werden kann. Es wäre wünschenswert, den Druck eines ausgewählten Gases, wie Sauerstoff, auf etwa Umgebungsdruck zum Mischen mit Luft bei Umgebungsdruck zu regulieren. Es wäre weiter wünschenswert, den Druck des ausgewählten Gases, das mit der Luft bei Umgebungsdruck gemischt werden soll, auf einen annehmbaren maximalen Druck zu beschränken, so daß, selbst wenn ein Ventil zum Einlassen des ausgewählten Gases bei Umgebungsdruck zum Mischen versagt, Atmungsgas nicht bei einem übermäßigen Druck geliefert wird. Es wäre auch wünschenwert, eine Gasmischvorrichtung bereitzustellen, welche eine gewünschte Reihenfolge der Einführung der ausgewählten Gase gestattet, welche in einem Gaszufuhrzylinder einer Beatmungsvorrichtung gemischt werden sollen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Forderungen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Kurz gesagt und in allgemeinen Ausdrücken stellt die vorliegende Erfindung eine Gasmischeinrichtung für ein Beatmungssystem zur Lieferung der Komponenten eines Atmungsgases zum Mischen bei etwa Umgebungsatmosphärendruck bereit, welche den Druck eines ausgewählten Gases auf etwa Umgebungsatmosphärendruck zum Mischen mit Luft bei Umgebungsatmosphärendruck reguliert. Die Gasmischeinrichtung beschränkt den Druck des ausgewählten Gases auf einen annehmbaren maximalen Druck, so daß, selbst wenn ein Ventil zum Einführen des ausgewählten Gases zum Mischen bei Umgebungsdruck versagt, das Atmungsgas nicht bei einem übermäßigen Druck geliefert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Gasmischeinrichtung eine Kolbenkammer mit festgelegtem Volumen mit einem ersten Gaszufuhrabschnitt der Kolbenkammer mit einem Einlaß zum Empfangen von Gasgemisch und einem Auslaß zur Lieferung von Gasgemisch an den Luftweg eines Patienten während eines Einatmungsabschnittes des Atmungszyklus. Ein sich hin und her bewegender Kolben ist innerhalb der Kolbenkammer beweglich zwischen einer ausgefahrenen Position in dem ersten Gaszufuhrabschnitt der Kolbenkammer und einer zurückgezogenen Position in einem zweiten Abschnitt der Kolbenkammer angeordnet. Es sind Mittel zur Bewegung des Kolbens zwischen der ausgefahrenen und der zurückgezogenen Position vorgesehen, und in einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann ein Reservoir eine Mischkammer zum Mischen eines ausgewählten Gases, wie Sauerstoff, mit Luft bereitstellen, während in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das ausgewählte Gas in einer Mischkammer der Kolbenkammer gemischt wird.
In jeder Ausführungsform umfasst die Mischkammer vorzugsweise einen Lufteinlaß, der zur Atmosphäre geöffnet ist, und einen strombegrenzenden Einlaß zur Zufuhr des ausgewählten Gases in die Mischkammer. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst der strombegrenzende Einlaß einen Regulator und eine Schallgeschwindigkeitsöffnung, die einen maximalen Massendurchsatz des ausgewählten Gases zu der Mischkammer gestattet. Eine Quelle des ausgewählten Gases ist zur Zufuhr eines Stroms des ausgewählten Gases zu der Mischkammer vorgesehen, und Ventilmittel sind in Fluidkommunikation mit der Quelle und der Mischkammer zur Regulierung des Stroms des ausgewählten Gases zu der Mischkammer vorgesehen. Die Gasmischeinrichtung umfasst vorzugsweise auch Steuerungsmittel zur Steuerung der Ventilmittel, um das ausgewählte Gas während mindestens eines Zeitintervalls während mindestens eines Abschnitts des Atmungszyklus der Mischkammer zuzuführen, um für eine Gesamtzeitspanne während des Atmungszyklus ein gewähltes Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten.
In einer ersten derzeit bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mischkammer mindestens ein Reservoir, das in Fluidkommunikation mit dem Einlaß der Kolbenkammer verbunden ist, und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Mischkammer eine Mehrzahl von Reservoirs oder Reservoirkammern umfassen, die in Reihe in Fluidkommunikation mit dem Einlaß der Kolbenkammer verbunden sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mischkammer einen Gasmischungsabschnitt der Kolbenkammer zwischen dem Kolben und der zweiten Seite der Kolbenkammer.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung wird, obwohl Luft bei Umgebungsatmosphärendruck zugeführt wird, das ausgewählte Gas bei einem Druck über Atmosphärendruck zugeführt, und die Gasmischeinrichtung umfasst weiter ein Bedarfsventil, um den Druck des zugeführten ausgewählten Gases auf Atmosphärendruck zu verringern. Vorzugsweise ist ein Druckmeßfühler stromaufwärts von dem Bedarfsventil vorgesehen, um eine niedrige Zufuhr des ausgewählten Gases zu messen, und vorzugsweise ist ein Druckmeßfühler stromabwärts von dem Bedarfsventil vorgesehen, um ein Versagen des Bedarfventils zu erfassen, und erzeugt ein Versagenssignal, wenn ein Versagen des Bedarfsventils erfasst wird. Ein Solenoid-Ventil stromaufwärts von dem Bedarfsventil, welches auf das Versagenssignal des stromabseitigen Druckmeßfühlers reagiert, ist vorgesehen, um den Zufuhrstrom des ausgewählten Gases abzusperren, was verhindert, daß ein übermäßiger Druckaufbau die Mischkammer erreicht, und einen Überdruck im Luftweg des Patienten verhindert.
Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur Lieferung eines Atmungsgas-Gemisches für einen Patienten bereitstellt, welcher durch ein Beatmungsgerät der Kolben- Bauart beatmet wird. Diese und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, welche auf beispielhafte Weise die Merkmale der Erfindung erläutern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Gasmischeinrichtung der Erfindung, in welcher die Gasmischkammer ein einziges Reservoir ist;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Gasmischeinrichtung der Erfindung, in dem die Gasmischkammer mehrere Reservoirs umfasst;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm der Druckregulierungsmittel für die Zufuhr des ausgewählten Gases der Gasmischeinrichtung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführung der Gasmischeinrichtung der Erfindung, in welcher die Gasmischkammer in der Kolbenkammer eingebaut ist; und
Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Gasmischeinrichtung der Erfindung, in welcher das ausgewählte Gas und Luft in das Sammelrohr für die Gasmischkammer eingeführt werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Beatmungssysteme versorgen im allgemeinen einen Patienten mit Atmungsgas unter erhöhtem Druck, wenn der Patient mit einer Einatmungsanstrengung beginnt, wobei sie den mit Druck beaufschlagten Atmungsgasstrom beenden, wenn der Zieldruck erreicht ist oder andere Beendigungskriterien erfüllt sind. Jedoch kann ein Patient, wenn Hochdruckgase zur Mischung der Atmungsgasmischung verwendet werden, Atmungsgas bei gefährlich hohen Drücken empfangen. Atmungsgeräte auf Kolben-Basis mischen typisch unter Druck stehende Luft und unter Druck stehenden Sauerstoff in einer Hochdruck-Mischeinrichtung, was einen Überdruck im Fall des Versagens eines Hochdruck-Gaszufuhrventils, das die Einführung von einem der Atmungsgaskomponenten in die Hochdruck-Mischeinrichtung steuert, oder der Einrichtung, welche die Einführung eines Niederdruckgases in den Zylinder steuert, zur Folge haben kann. Die Gasmischeinrichtung ist besonders für ein Beatmungsgerät der Kolben-Bauart für die Zufuhr von Gas zu der Kolbenkammer bei oder nahe Atmosphärendruck geeignet. Der Zufuhrstrom des ausgewählten Gases zu der Mischkammer kann so gesteuert werden, daß das ausgewählte Gas zu der Mischkammer während mindestens eines Intervalls der Zeitspanne während des Atmungszyklus zugeführt wird, und daß für eine Gesamt- Zeitspanne während des Atmungszyklus ein ausgewähltes Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch erhalten wird. Durch eine aufeinander folgende Einführung von Stößen des ausgewählten Gases und von Luft in eine Gaszufuhrkammer in dem Mischungszyklus wird ein ausreichendes Mischen des ausgewählten Gases und von Luft erleichtert.
Wie es in den Zeichnungen veranschaulicht ist, stellt die Erfindung eine Gasmischeinrichtung für ein Beatmungssystem zum Mischen der Komponenten eines Atmungsgases bei ungefähr Umgebungsatmosphärendruck bereit. Der Druck eines ausgewählten Gases, das in das Atmungsgas einzumischen ist, wird bei etwa 101,4 kPa (14,7 psig) reguliert. Weiter wird der Druck des ausgewählten Gases auf einen annehmbaren maximalen Druck begrenzt, so daß, selbst wenn ein Ventil zur Einführung des ausgewählten Gases bei Umgebungsdruck versagt, das Atmungsgas nicht bei einem übermäßigen Druck geliefert wird.
In einer ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst die Gasmischeinrichtung 10 eine Kolbenkammer 12 mit festem Volumen mit einem ersten Gaszufuhrabschnitt 14 mit einem Einlaß 16 zur Aufnahme von Gasgemisch und einem Auslaß 18 zur Zufuhr des Gasgemisches an den Luftweg 20 des Patienten während eines Einatmungsabschnittes des Atmungszyklus. Der Einlaß umfasst ein Rückschlagventil 22, das einen Einwegstrom des Gasgemisches in die Kolbenkammer gestattet; und das Auslaßventil umfasst ähnlich ein Rückschlagventil 24, das einen Einwegstrom des Gasgemisches zu dem Luftweg des Patienten gestattet. Ein sich hin und her bewegender Kolben 26, der auf einer Kolbenstange 28 montiert ist, welche mit Mitteln zur Bewegung des Kolbens, wie einer Zahnstange und einem Ritzelmotor (nicht gezeigt), verbunden ist, ist innerhalb der Kolbenkammer angeordnet und ist innerhalb der Kolbenkammer zwischen einer ausgefahrenen Position 30 im ersten Gaszufuhrabschnitt 14 der Kolbenkammer und einer zurückgezogenen Position 32 in einem zweiten Abschnitt 34 der Kolbenkammer auf einer zum ersten Gaszufuhrabschnitt 14 der Kolbenkammer entgegengesetzten Seite des Kolbens beweglich. Der zweite Abschnitt 34 der Kolbenkammer umfasst vorzugsweise ein Ventil 36 mit einem Filter 38, das gegen die Atmosphäre offen ist.
Die Gasmischeinrichtung umfasst auch eine Gasmischkammereinrichtung 39, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Reservoir oder eine Reservoirkammer 40 zum Mischen eines ausgewählten Gases mit Luft umfasst, wobei mindestens ein Reservoir einen Lufteinlaß 42 aufweist, der typisch mit einem Filter 44 ausgestattet ist und ansonsten gegen die Umgebungsatmosphäre offen ist, um Luft in das Reservoir einströmen zu lassen. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Reservoir 40 in Fluidkommunikation mit dem Einlaß 16 der Kolbenkammer verbunden, wie es nachstehend weiter erklärt wird. Alternativ kann das Reservoir, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die im wesentlichen in jeder anderen Hinsicht der Konfiguration von Fig. 1 ähnlich ist, auch eine Mehrzahl von Reservoirs oder Reservoirkammern 40 umfassen, die in Reihe in Fluidkommunikation mit dem Einlaß 16 der Kolbenkammer verbunden sind, obwohl derartige mehrfache Reservoirs auch parallel angeschlossen sein können.
Das Reservoir umfasst vorzugsweise auch einen strombegrenzenden Einlaß 46 zum Einströmenlassen des ausgewählten Gases in das Reservoir. Der strömungsbegrenzende Einlaß umfasst vorzugsweise eine Schallgeschwindikeits- Strömungs-Drosselöffnung 48, die einen maximalen Massen- Durchsatz des ausgewählten Gases zu dem Reservoir gestattet, vorausgesetzt, daß das Verhältnis von stromaufseitigem zu stromabseitigem Druck typisch größer als etwa 2 ist. Die Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung ist die allgemein bekannte Art von Öffnung, welche die Geschwindigkeit des Fluidstromes durch die Öffnung auf weniger als die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid begrenzt, was einen konstanten Massendurchsatz stromaufwärts von der Öffnung trotz stromabseitigen Druckschwankungen gestattet. Der Sauerstoffdurchsatz wird vorteilhaft durch die Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung auf ein absolutes Maximum begrenzt.
Eine Quelle 50 des ausgewählten Gases ist ebenfalls vorgesehen, wie beispielsweise ein Tank mit unter Druck stehendem Sauerstoff, um einen Strom des ausgewählten Gases zu dem Reservoir zu liefern. Ein Gasdruck-Regulierungsmittel 52 ist vorzugsweise in Fluidkommunikation an die Hochdruckquelle 50 des ausgewählten Gases für die Regulierung des Drucks des aus der Quelle des ausgewählten Gases gelieferten Gases angeschlossen, wie nachstehend weiter erklärt. Ein Ventilmittel 54 zur Steuerung des Stroms des ausgewählten Gases zu dem Reservoir, wie ein Solenoid-Ventil, ist in Fluidkommunikation zwischen dem Druckregulierungsmittel 52 und dem strömungsbegrenzenden Einlaß 46 zu dem Reservoir vorgesehen. Das Ventilmittel ist zwischen einer offenen Position, in der das ausgewählte Gas zu dem Reservoir strömt, und einer geschlossenen Position umschaltbar, in der das ausgewählte Gas daran gehindert wird, zu dem Reservoir zu strömen. Eine Steuerungseinheit 58, die typisch mit Meßfühlern (nicht gezeigt) für die Überwachung des Atmungszyklus des Patienten verbunden ist, ist vorzugsweise ebenfalls für die Steuerung des Ventilmittels 54 zum Einströmenlassen des ausgewählten Gases in das Reservoir während mindestens eines Zeitintervalls während mindestens eines Abschnitts des Atmungszyklus vorgesehen, um für eine Gesamtzeitspanne ein gewähltes Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten, welches typisch durch die Steuerungseinheit voreingestellt oder ausgewählt ist.
Das Reservoir umfasst auch einen Auslaß 60, der durch die Leitung 61 mit dem Einlaß 16 in Fluidkommunikation steht, so daß nach Ausfahren des Kolbens in der Kolbenkammer, um den Luftwegen eines Patienten Gas zuzuführen, sich der Kolben während der Ausatmung des Patienten in eine zurückgezogene Position bewegt, wobei er zu einer Grundposition zurückkehrt und Gasgemisch aus dem Reservoir in die Kolbenkammer saugt. Das Solenoid-Ventil ist typisch über eine ausreichende Zeit geöffnet, um den gewünschten Anteil an Sauerstoff in dem Gasgemisch zuzuführen, welches der Kolbenkammer zugeführt wird. Die Zeit, während welcher das Solenoid-Ventil offengeschaltet ist, kann 100% der Zeitspanne betragen, in welcher der Kolben zurückgezogen wird, und das Reservoirmittel wird mit Gas gefüllt, um 100% Sauerstoff zu erzeugen. Wenn das Solenoid-Ventil über 25% der Rückzugszeitspanne offen geschaltet ist, wird eine Mischung erzeugt, die eine etwa 41%ige Sauerstoffkonzentration aufweist. Die Konzentration des ausgewählten Gases kann für atmosphärische Änderungen durch Erfassen von Atmosphärendruckänderungen mit einem Druckmessfühler und beispielsweise einem Mikroprozessor, der auf Signale vom Druckmessführer antwortet, korrigiert werden, um die Zeit einzustellen, über welche das Solenoid- Ventil offen geschaltet ist. Die Bewegung des sich hin und her bewegenden Kolbens in der Kolbenkammer wird durch die Steuerungseinheit gesteuert, um einem Patienten eine Menge an Gasgemisch in dem gewünschten Volumen beim gewünschten Druck zuzuführen.
Durch die Verwendung eines strömungsbegrenzenden Einlasses für das ausgewählte Gas fließt, falls das Solenoid-Ventil, das den Zufuhrstrom des ausgewählten Gases zu dem Reservoir steuert, versagt und dauerhaft geöffnet bleibt, das ausgewählte Gas bei der maximalen Geschwindigkeit, die durch den strömungsbegrenzenden Einlaß gestattet wird, zu dem Reservoir. Ein überschüssiger Strom wird durch die Luftbelüftung 42 der Reservoireinrichtung zurück zur Atmosphäre entlüftet, so daß das Versagen keinen übermäßigen Druck, der am Patienten angelegt wird, zum Ergebnis hat. Falls das Solenoid-Ventil dauerhaft verschlossen bleibt, wird die Zufuhr des ausgewählten Gases nicht strömen, aber der Patient wird mit Raumluft beatmet. In beiden Fällen kann ein Meßfühler 62 für die Konzentration des ausgewählten Gases in dem Atmungsgasgemisch vorgesehen werden, wie beispielsweise in dem Reservoir oder im Luftweg des Patienten, um einen Alarm 64 zur Alarmierung von Bedienungspersonal auszulösen, so daß das Problem behoben werden kann.
Beim Zurückziehen des Kolbens (was typisch während der Ausatmung des Patienten stattfindet) ist der Druck in der Reservoirkammer nahe bei Atmosphärendruck. Wie es nachstehend weiter erklärt wird, kann ein stromaufseitiger Gaszufuhr-Manometerdruck von 101,4 kPa (14,7 psig) ein 2 : 1-Verhältnis von absoluten Drücken bereitstellen, was sicherstellt, daß Schallgeschwindigkeits-Strömungsbedingungen eingehalten werden. Da Druckabfälle in dem System ermöglicht werden, wird ein Druckregulator so eingestellt, daß der Ausströmen aus der Gasquelle bei etwa 196,5 kPa (28,5 psig) geregelt wird, um sicherzustellen, daß das stromaufseitige Erfordernis von 101,4 kPa (14,7 psig) bei allen Atmosphärenbedingungen erfüllt wird. Ein Atmosphärendruck-Meßfühlermittel 66 kann ebenfalls vorgesehen und mit der Steuerungseinheit verbunden sein, um den tatsächlichen Umgebungsatmosphärendruck zu überwachen, um die gesamte Zeitspanne des Einströmenlassens des ausgewählten Gases in die Reservoireinrichtung einzustellen, damit Schwankungen im Atmosphärendruck kompensiert werden und das gewählte Verhältnis des ausgewählten Gases im Gasgemisch erhalten wird.
Wie in Fig. 3 veranschaulicht, kann das Druckregulierungsmittel 52, das für diesen Zweck vorgesehen ist, in einer bevorzugten Ausführungsform ein Bedarfsventil 68 zur Verringerung des Drucks des ausgewählten Gases, das aus der Quelle 50 geliefert wird, auf Atmosphärendruck verwenden. Das gewählte Gas ist typisch Sauerstoff, der in dem Quellentank bei einem Druck von etwa 200 bar gelagert ist und durch einen Druckregulator 70, der an den Quellentank angeschlossen ist, bei einem Auslassdruck von etwa 207 bis 690 kPa (30-100 psig) geliefert wird. Ein Druckmeßfühler 72, wie ein druckempfindlicher Schalter, der betätigt wird, wenn der Zufuhrdruck unter etwa 207 kPa (30 psig) fällt, ist stromaufwärts von dem Bedarfsventil zwischen dem Bedarfsventil und dem Druckregulator 70 angeordnet, um eine niedrige Sauerstoffzufuhr zu signalisieren, wie eine Alarmeinrichtung 73. Ein weiterer Druckmeßfühler 74, wie ein Druckschalter, der betätigt wird, wenn der Gasdruck über etwa 30 cm H&sub2;O steigt, ist stromabwärts von dem Bedarfsventil angeordnet, um ein geöffnetes Versagen des Bedarfsventils zu erfassen. Der das Bedarfsventil überwachende Druckmeßfühler 74 ist über ein Steuerungsmittel mit einem Solenoid-Ventil 76 verbunden, das in der Zufuhrleitung für das ausgewählte Gas zu dem Reservoir angeordnet ist, um den Strom zu dem Zylinder zu regulieren. Wenn ein Versagen des Bedarfsventils durch den Meßfühler erfasst wird, erzeugt der Druckmeßfühler 74 für das Bedarfsventil ein Signal, welches veranlasst, daß ein Solenoid-Ventil 76, das typisch stromaufwärts von dem Bedarfsventil angeordnet ist, schließt, wenn das Bedarfsventil versagt, was die Sauerstoffzufuhr abschaltet und verhindert, daß Sauerstoff unter übermäßigem Druck die Mischkammer und den Luftweg des Patienten erreicht.
Die Luft und der Sauerstoff, die bei etwa Atmosphärendruck zugeführt werden, können in eine derzeit bevorzugten Ausführungsform in eine Mischeinrichtung 80 eingeführt werden, die das Mischen durch Bereitstellung eines mechanisch einstellbaren Widerstands in die Pfade der Luft und des Sauerstoffs steuert. Die Mischeinrichtung 80 umfasst eine innere Kammer 82 mit einem ersten Einlaß 84 zur Einführung eines ersten ausgewählten Gases, wie Sauerstoff, das von dem Bedarfsventil 68 durch eine Leitung 86 empfangen wird, und einem zweiten Einlaß 88 zum Einströmen lassen eines zweiten ausgewählten Gases, wie Luft, wie beispielsweise aus einer Leitung 90. Die Mischeinrichtung umfasst auch einen Auslaß 92 für das Leiten der Mischung aus erstem und zweitem Gas durch eine Auslaßleitung 94 zu der Kolbenkammer oder zu einem oder mehreren Reservoirs, die zu der Kolbenkammer führen. Die Mischeinrichtung schließt auch eine bewegliche Platte 96 ein, die so bewegt werden kann, daß sie alles oder einen Teil von einem oder beiden Einlässen 84 und 88 abdeckt, um einen mechanisch einstellbaren Widerstand in den Pfaden des ersten und zweiten Gases zum Auslaß zu bieten. Die Platte 96 kann beispielsweise in der Mischeinrichtung so montiert sein, daß sie sich um einen Drehpunkt 98 dreht, um die Einlässe, wie gewünscht, zu bedecken oder nicht zu bedecken, um die Anteile der Gase, die gemischt werden, zu steuern.
Wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist, umfasst in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform die Gasmischeinrichtung 110 eine Kolbenkammer 112 bei festem Volumen mit einem ersten Gaszufuhrabschnitt 114, einem Einlaß 116 zum Empfang von Gasgemisch und einem Auslaß 118 zum Zuführen von Gasgemisch an den Luftweg 120 des Patienten. Der Einlaß umfasst ein Rückschlagventil 122, das gestattet, daß das Gasgemisch nur in einer Richtung in die Kolbenkammer strömt. Der Auslaß umfasst ebenfalls ein Rückschlagventil 124, das gestattet, daß das Gasgemisch nur zu dem Luftweg des Patienten strömt. Ein sich hin und her bewegender Kolben 126, der an einer Kolbenstange 128 montiert ist, welche mit einer Zahnstange und einem Ritzelmotor 129 zur Bewegung des Kolbens verbunden ist, ist in der Kolbenkammer angeordnet und ist innerhalb der Kolbenkammer zwischen einer ausgefahrenen Position 130 in dem ersten Gaszufuhrabschnitt 114 der Kolbenkammer und einer zurückgezogenen Position 132 in einem zweiten Abschnitt 134 der Kolbenkammer auf der Seite des Kolbens, die entgegengesetzt zum ersten Gaszufuhrabschnitt 114 der Kolbenkammer liegt, beweglich. Der zweite Abschnitt 134 der Kolbenkammer umfasst bevorzugt einen Lufteinlaß 136 mit einem Filter 138, der zur Atmosphäre offen ist. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Gasmischkammer 139 in dem zweiten Abschnitt 134 der Kolbenkammer vorgesehen, was das Erfordernis für ein gesondertes Reservoir beseitigt und dadurch die Gasmischeinrichtung beträchtlich kompakter macht. Wie in Fig. 4 gezeigt und nachstehend weiter erläutert wird, ist die Gasmischkammer 139 in Fluidkommunikation mit dem Einlaß 116 der Kolbenkammer verbunden.
Die Gasmischkammer 139 umfasst auch vorzugsweise einen strömungsbegrenzenden Einlaß 146 zum Einströmenlassen des ausgewählten Gases in die Gasmischkammer. Der strömungsbegrenzende Einlaß umfasst vorzugsweise eine Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung 148, die einen maximalen Massen-Durchsatz des ausgewählten Gases zu der Gasmischkammer gestattet, vorausgesetzt, daß das Verhältnis von stromaufseitigem und stromabseitigem Druck typisch größer als etwa 2 ist. Die Schallgeschwindigkeits-Strömungs- Drosselöffnung ist von der üblichen bekannten Art von Öffnung, welche die Strömungsgeschwindigkeit von Fluid durch die Öffnung auf weniger als die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid begrenzt, was einen konstanten Massendurchsatz stromaufwärts von der Öffnung gestattet, trotz stromabwärtigen Druckschwankungen. Der Sauerstoffdurchsatz wird vorteilhaft durch die Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung auf ein absolutes Maximum begrenzt.
Eine Quelle 150 des ausgewählten Gases ist ebenfalls vorgesehen, wie beispielsweise ein Tank für unter Druck stehendem Sauerstoff, zum Zuführen eines Stroms des ausgewählten Gases zu der Gasmischkammer. Ein Gasdruck-Regulierungsmittel 52 ist vorzugsweise in Fluidkommunikation an die Hochdruck-Quelle 150 des ausgewählten Gases zur Regulierung des Drucks des Gases, das aus der Quelle des ausgewählten Gases geliefert wird, angeschlossen. Das Druckregulierungsmittel 52, das in Fig. 4 gezeigt ist, ist im wesentlichen identisch mit dem Druckregulierungsmittel 52 von Fig. 1 und kann ebenfalls die Bedarfsventil-Anordnung 52 und die Mischeinrichtung 80 umfassen, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Ein Ventilmittel 154 zur Regulierung des Stromes des ausgewählten Gases zu der Gasmischkammer, wie ein Solenoid-Ventil, ist in Fluidkommunikation zwischen dem Druckregulierungsmittel 52 und dem strömungsbegrenzenden Einlaß 146 zu der Gasmischkammer vorgesehen. Das Ventilmittel ist zwischen einer geöffneten Position, in der das ausgewählte Gas zu der Gasmischkammer strömt, und einer geschlossenen Position umschaltbar, in der das ausgewählte Gas daran gehindert wird, zu der Gasmischkammer zu strömen. Eine Steuerungseinheit 158, die typisch mit Meßfühlern (nicht gezeigt) verbunden ist, um den Atmungszyklus des Patienten zu überwachen, ist ebenfalls vorzugsweise zur Steuerung des Ventilmittels 154 vorgesehen, um das ausgewählte Gas in die Gasmischkammer während mindestens eines Zeitintervalls mindestens eines Abschnitts des Atmungszyklus strömen zu lassen, um über eine Gesamtzeitspanne ein gewähltes Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten, welches typisch durch die Steuerungseinheit voreingestellt oder ausgewählt ist.
Die Gasmischkammer umfasst auch einen Auslaß 116, der durch eine Leitung 161 mit dem Einlaß 160 zu der Kolbenkammer in Fluidkommunikation steht, so daß nach Ausfahren des Kolbens in der Kolbenkammer, um dem Luftweg des Patienten Gas zuzuführen, sich der Kolben während der Ausatmung des Patienten in eine zurückgezogene Position bewegt, wobei er in eine Grundposition zurückkehrt und Gasgemisch aus der Gasmischkammer in die Gaszufuhrseite der Kolbenkammer saugt. Das Solenoid-Ventil ist typisch über eine ausreichende Zeit geöffnet, um den gewünschten Anteil an Sauerstoff in dem der Kolbenkammer zugeführten Gasgemisch zu liefern. Die Konzentration des ausgewählten Gases kann bezüglich atmosphärischer Änderungen durch Messen von atmosphärischen Druckänderungen mit einem Druckmeßfühler und beispielsweise einem Mikroprozessor korrigiert werden, welcher auf Signale von dem Druckmeßfühler anspricht, um die Zeit einzustellen, über welche das Solenoid-Ventil offen geschaltet ist. Die Bewegung des sich hin und her bewegenden Kolbens in der Kolbenkammer wird durch die Steuerungseinheit gesteuert, um einem Patienten eine Menge an Gasgemisch in dem gewünschten Volumen bei dem gewünschten Druck zuzuführen.
Unter Verwendung eines strömungsbegrenzenden Einlasses für das ausgewählte Gas, wie der Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung in der Gasmischeinrichtung, wird, falls das Solenoid-Ventil, das den Zufuhrstrom des ausgewählten Gases zu der Gasmischkammer steuert, versagt und dauerhaft geöffnet bleibt, das ausgewählte Gas mit der maximalen Geschwindigkeit strömen, die durch den strömungsbegrenzenden Einlaß zu der Gasmischkammer ermöglicht wird. Ein überschüssiger Strom wird durch ein Luftventil 136 zu der Gasmischkammer zurück zur Atmosphäre entlüftet, so daß das Versagen keinen übermäßigen Druck zur Folge hat, welchem der Patent ausgesetzt wird. Wenn das Solenoid-Ventil dauerhaft geschlossen bleibt, strömt die Zufuhr des ausgewählten Gases nicht, aber der Patient wird mit Raumluft beatmet. In beiden Fällen kann ein Meßfühler 162 für die Konzentration des ausgewählten Gases in dem Atmungsgasgemisch vorgesehen sein, wie beispielsweise in der Gasmischkammer, in der Leitung 161 zwischen der Gasmischkammer und dem Gaszufuhrabschnitt der Kolbenkammer oder beispielsweise im Luftweg des Patienten, um einen Alarm 164 zur Alarmierung von Bedienungspersonal auszulösen, so daß das Problem behoben werden kann.
Während des Zurückziehens des Kolbens, was typisch während der Ausatmung des Patienten stattfindet, ist der Druck in der Gasmischkammer nahezu bei Atmosphärendruck. Wie es weiter nachstehend erklärt wird, kann ein stromaufseitiger Gaszufuhr-Manometerdruck von 101,4 kPa (14,7 psig) ein 2 : 1-Verhältnis von absoluten Drücken liefern. Ein Meßfühlermittel 166 für Atmosphärendruck kann ebenfalls für die Steuerungseinheit vorgesehen und an diese angeschlossen werden, um den tatsächlichen Umgebungsatmosphärendruck zu überwachen, um die Gesamtzeitspanne des Einströmenlassens des ausgewählten Gases zu der Gasmischkammer einzustellen, um Schwankungen im Atmosphärendruck zu kompensieren und das gewählte Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 5 veranschaulicht ist, umfasst die Gasmischvorrichtung 210 eine Kolbenkammer 212 bei festem Volumen mit einem Gaszufuhrabschnitt 214, einem Einlaß 216 zum Empfang von Gasgemisch und einen Auslaß 218 für die Zufuhr von Gasgemisch an den Luftweg 220 des Patienten. Der Auslaß schließt vorzugsweise ein Rückschlagventil 224 ein, welches dafür sorgt, daß Gasgemisch nur zum Luftweg des Patienten strömt. Ein sich hin und her bewegender Kolben 226 ist innerhalb des Kolbenzylinders an der Kolbenstange 228 montiert, welche wiederum beispielsweise durch eine Zahnstange und einen Ritzelmotor 229 angetrieben werden kann. Der Kolben ist zwischen einer ausgefahrenen Position 230 in dem Gaszufuhrabschnitt 214 der Kolbenkammer und einer zurückgezogenen Position 232 bewegbar. Ein Lufteinlaß 236, der zur Atmosphäre offen ist, kann ebenfalls vorteilhaft durch eine oder mehrere vergrößerte Luftkapazitätskammern 237 mit dem Kolbenkammereinlaß 216 verbunden sein. Der Kolbenkammereinlaß 216 umfasst vorzugsweise auch einen strömungsbegrenzenden Einlaß 246, der eine Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnung 248 für das Einströmenlassen des ausgewählten Gases in die Gasmischkammer aufweist. Alternativ kann der Einlaß 246 das ausgewählte Gas direkt in die Kolbenkammer einströmen lassen, wenn sich der Kolben zurückzieht. Das Gasmischen findet in dem Sammelrohr 217 des Kolbenkammereinlasses 216 und in der Kolbenkammer selbst statt, wenn das ausgewählte Gas und Luft in die Kolbenkammer einströmen, was das Erfordernis für ein getrenntes Reservoir beseitigt und dadurch die Gasmischvorrichtung beträchtlich kompakter macht.
Eine Quelle 250 des ausgewählten Gases ist ebenfalls vorgesehen, wie beispielsweise ein Tank mit unter Druck stehendem Sauerstoff, der in Fluidkommunikation mit dem Gasdruck-Regulierungsmittel 52 für die Regulierung des Drucks des aus der Quelle des ausgewählten Gases zugeführten Gases verbunden ist. Das Druckregulierungsmittel 52, das in Fig. 5 gezeigt ist, ist im wesentlichen identisch mit dem Druckregulierungsmittel 52 von Fig. 1 und kann gleichermaßen die Anforderungsventil-Anordnung 52 und die Mischeinrichtung 80 umfassen, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Ein Ventilmittel 254, wie ein Solenoid-Ventil oder eine Mehrzahl von Solenoid-Ventilen, ist ebenfalls zwischen dem Druckregulierungsmittel 52 und dem strömungsbegrenzenden Einlaß 246 für die Regulierung des Stroms des ausgewählten Gases zu der Kolbenkammer vorgesehen. Das Ventilmittel ist zwischen einer offenen Position, in der das ausgewählte Gas zu der Gasmischkammer strömt, und einer geschlossenen Position umschaltbar, in der das ausgewählte Gas daran gehindert wird, zu der Gasmischkammer zu strömen. Eine Steuerungseinheit 258, typisch mit Meßfühlern (nicht gezeigt) zur Überwachung des Atmungszyklus des Patienten verbunden, ist ebenfalls vorzugsweise zur Steuerung des Ventilmittels 254 vorgesehen, um das ausgewählte Gas während mindestens eines Zeitintervalls während mindestens eines Abschnitts des Atmungszyklus in die Gaskammer einströmen zu lassen, um ein gewähltes Verhältnis des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch, welches typisch durch die Steuerungseinheit voreingestellt oder ausgewählt ist, über die Gesamtzeitspanne zu erhalten. Die Einführung des ausgewählten Gases und von Luft in eine Gaszufuhrkammer kann so in dem Mischungszyklus beim Zurückziehen des Kolbens zum Einziehen von Atmungskas in die Kolbenkammer aufeinander folgend durchgeführt werden, wobei dem Puls des ausgewählten Gases ein Luftpuls folgt, um sicherzustellen, daß das ausgewählte Gas zuerst in die Kolbenkammer eintritt, um ein ausreichendes Mischen des ausgewählten Gases und von Luft in dem Sammelrohr und in der Kolbenkammer für die Zufuhr an einen Patienten zu erleichtern.
Das Solenoid-Ventil ist typisch über eine ausreichende Zeit geöffnet, um den gewünschten Anteil an Sauerstoff in dem der Kolbenkammer zugeführten Gasgemisch zu liefern. Der strömungsbegrenzende Einlaß der Gasmischkammer gestattet vorzugsweise die Zufuhr eines Massen-Durchsatzes, der gleich dem Massen-Durchsatz ist, der durch den sich zurückziehenden Kolben erzeugt wird. Die Bewegung des sich hin und her bewegenden Kolbens in der Kolbenkammer wird durch die Steuerungseinheit 258 gesteuert, um eine Menge an Gasgemisch in dem gewünschten Volumen bei dem gewünschten Druck einem Patienten zuzuführen. Die Konzentration des ausgewählten Gases kann bezüglich atmosphärischer Änderungen durch Messen von atmosphärischen Druckänderungen mit einem Druckmeßfühler 266 und bezüglich Temperaturänderungen, die von einem Temperaturmeßfühler 267 gemessen werden, und beispielsweise durch einen Mikroprozessor korrigiert werden, welcher auf Signale von dem Druckmeßfühler und dem Temperaturmeßfühler anspricht, um die Zeit einzustellen, während welcher das Solenoid-Ventil offen geschaltet ist. Wenn der Sauerstoffvorrat zu Ende ist oder das Ventilmittel dauerhaft in geschlossener Position bleibt, kann immer noch Luft aus den Luftkapazitätskammern an den Kolben geliefert werden. Jedoch kann auch ein Meßfühler 262 für die Konzentration des ausgewählten Gases beispielsweise mit dem Auslaß 218 oder dem Luftweg 220 verbunden werden, um einen Alarm 264 zum Alarmieren von Bedienungspersonal auszulösen, so daß ein derartiges Problem erkannt und behoben werden kann.
Wenn die Erfindung verwendet wird, um Gas für ein Beatmungssystem zur Zufuhr von Gasgemisch zum Luftweg eines Patienten während eines Einatmungsabschnittes eines Atmungszyklus zu liefern, wird ein Zufuhrstrom des ausgewählten Gases, wie Sauerstoff, an die Gasmischkammereinrichtung, entweder ein Reservoir in der ersten Ausführungsform der Vorrichtung oder die Gasmischkammer in der Kolbenkammer in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, geliefert. Der Kolben in der Kolbenkammer wird ausgefahren, um einen Gasgemischstrom aus dem Gaszufuhrabschnitt der Kolbenkammer dem Luftweg des Patienten zuzuführen, und wird dann in einem weitergeführten Zyklus zurückgezogen, um Gas in den Gaszufuhrabschnitt der Kolbenkammer einzusaugen. Die Erfindung sorgt für eine Lieferung des Zufuhrstrom des ausgewählten Gases an die Reservoireinrichtung, um das ausgewählte Gas während mindestens eines Zeitinvervalls während des Atmungszyklus in die Reservoireinrichtung einströmen zu lassen, um die Spitzen-Strömungsgeschwindigkeit des Zufuhrstroms zu minimieren, und um über eine Gesamtzeitspanne einen ausgewählten Anteil des ausgewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten. Das ausgewählte Gas kann beispielsweise intermittierend oder kontinuierlich während einer oder mehrerer Öffnungszeitspannen während der Zeitspanne des Zurückziehens des Kolbens zugeführt werden. Ein kleiner Teil des ausgewählten Gases kann der Gasmischkammereinrichtung auch bevor der Kolben mit dem Zurückziehen beginnt, zugeführt werden, um die Spitzen-Strömungsgeschwindigkeit der Zufuhr an ausgewähltem Gas zu verringern, da dies gestattet, daß die Gesamtzeitspanne während eines Atmungszyklus, während welcher das ausgewählte Gas in die Gasmischkammer eingelassen wird, länger ist. So kann, obwohl das ausgewählte Gas der Gasmischkammereinrichtung typisch während des Zurückziehens des Kolbens zugeführt wird, wenn das Gasgemisch in die Zufuhrseite der Kolbenkammer gesaugt wird, das ausgewählte Gas der Gasmischkammereinrichtung auch während des Herausfahrens des Kolbens, um dem Luftweg des Patienten Gasgemisch zuzuführen, zugeführt werden, um eine Verringerung der minimalen Spitzenströmung des Zufuhrstroms des ausgewählten Gases zu ermöglichen. Das Gasgemisch wird dann zu einer Verdrängungsseite der Kolbenkammer geleitet und dem Luftweg eines Patienten durch Ausfahren des Kolbens in der Kolbenkammer zugeführt.
Das ausgewählte Gas und Luft können aufeinanderfolgend in abwechselnden Pulsen gemischt werden und können so im Mischungszyklus während des Zurückziehens des Kolbens, um Atmungsgas in die Kammer zu saugen, in der die Gase gemischt werden sollen, sequenziell eingeführt werden. Es ist besonders vorteilhaft, für einen Puls des ausgewählten Gases zu sorgen, dem ein Puls von Luft folgt, um sicherzustellen, daß das ausgewählte Gas nicht aus der Kammer austritt, in der die Gase gemischt werden sollen, und um ein ausreichendes Mischen des ausgewählten Gases und von Luft zu erleichtern. So können beispielsweise das ausgewählte Gas und Luft in einer Mehrzahl von Paaren von Pulsen, die einen Puls des ausgewählten Gases, gefolgt von einem Luftpuls, umfassen, in die Kammer, in der sie gemischt werden sollen, eingeführt werden. Alternativ kann eine Mehrzahl von Pulsen des ausgewählten Gases während des Ansaugens von Luft und ausgewähltem Gas in die Kammer, in der sie gemischt werden sollen, eingestreut werden.
Es sollte erkannt werden, daß das Bedarfsventil und die Mischeinrichtunugskonfiguration mit mechanisch variablem Widerstand für eine direkte Zufuhr von Gas zu dem Kolbenzylinder, mit einem oder mehreren Reservoirs für den Kolbenzylinder oder einem Sammelrohr, das zu dem Kolbenzylinder führt, verbunden werden können, um dem Kolbenzylinder direkt Gas zuzuführen, anstelle der oben beschriebenen Schallgeschwindigkeits-Strömungs-Drosselöffnungen.
Es wurde so demonstriert, daß die vorliegende Erfindung eine Gasmischeinrichtung bereitstellt, die den Druck eines ausgewählten Gases auf etwa Umgebungsatmosphärendruck zum Mischen mit Luft bei Umgebungsatmosphärendruck zur Verwendung als Atmungsgas in einem Beatmungsgerät reguliert. Der Druck des ausgewählten Gases ist auf einen maximalen Druck begrenzt, so daß, selbst wenn ein Ventil für das Einströmenlassen des ausgewählten Gases zum Mischen bei Umgebungsdruck versagt, das Atmungsgas, das dem Patienten zugeführt wird, keinen übermäßigen Druck erreicht. Die Erfindung gestattet weiter eine gewünschte geordnete Folge der Einführung der zu mischenden Gase in eine Kammer des Beatmungsgerätes, in der die Gase gemischt werden sollen, um ein ausreichendes Mischen zu erleichtern.

Claims

1. Gasmischvorrichtung für ein Beatmungssystem zur

Lieferung eines Atmungsgasgemisches an die Luftwege eines Patienten, umfassend:

eine Pumpenkammer (12) mit einem ersten Gaszufuhrabschnitt (14) und einem gegenüberliegenden zweiten Abschnitt (34), wobei der erste Gaszufuhrabschnitt der Pumpenkammer einen Einlaß (16) zum Aufnehmen eines Gasgemischs und ein Auslaß (18) zur Lieferung des Gasgemischs an die Luftwege des Patienten während eines Einatmungsabschnittes eines Atmungszyklus aufweist;

ein Gasverdrängungselement (26), das innerhalb der Pumpenkammer angeordnet und zwischen einer ausgefahrenen Position in dem ersten Gaszufuhrabschnitt der Pumpenkammer und einer zurückgezogenen Position in dem zweiten Abschnitt der Pumpenkammer bewegbar ist; und

Mittel (28) zum Bewegen des Gasverdrängungselementes zwischen der ausgefahrenen und der zurückgezogenen Position;

gekennzeichnet durch eine Gasmischeinrichtung (40) zum Mischen eines ersten gewählten Gases mit einem zweiten gewählten Gas, wobei die Gasmischeinrichtung einen zu einer Quelle (50) hin offenen Einlaß (42) für das zweite gewählte Gases, um das zweite Gas in die Gasmischeinrichtung eintreten zu lassen, und einen Strombegrenzungseinlaß (46) aufweist, um das erste gewählte Gas in die Gasmischeinrichtung eintreten zu lassen;

eine Ventileinrichtung (54) zur Regulierung des Stroms des ersten gewählten Gases zu der Gasmischeinrichtung; und

ein Steuermittel (58) zur Steuerung der Ventileinrichtung, um das erste gewählte Gas während mindestens eines Zeitintervalls während mindestens eines Teils des Atmungszyklus in die Gasmischeinrichtung eintreten zu lassen, um einen vorgegebenen Anteil des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch zu erhalten.

2. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der zweite Abschnitt (34) der Pumpenkammer (14) eine Entlüftungsöffnung (36) umfaßt, die zur Atmosphäre hin offen ist.

3. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Einlaß (16) zum Gaszufuhrabschnitt der Pumpenkammer ein Rückschlagventil (22) umfaßt, das einen Strom des Gasgemischs in die Pumpenkammer ermöglicht, wobei der Auslaß des Gaszufuhrabschnitts der Pumpenkammer ein zweites Rückschlagventil (24) umfaßt, das den Strom des Gasgemischs zu den Luftwegen des Patienten ermöglicht.

4. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Gasmischeinrichtung mindestens eine Reservoirkammer (40) umfaßt, die in Fluidkommunikation mit dem Einlaß (16) des Gaszufuhrabschnitts der Pumpenkammer verbunden ist.

5. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Gasmischeinrichtung einen Gasmischabschnitt der Pumpenkammer (112) in dem zweiten Abschnitt (134) der Pumpenkammer umfaßt.

6. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Gasmischeinrichtung eine Mehrzahl von Reservoirkammern (40) umfaßt, die in Reihe in Fluidkommunikation mit dem Einlaß (16) des Gaszufuhrabschnitts der Pumpenkammer (12) verbunden sind.

7. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Gasmischeinrichtung eine Mehrzahl von Reservoirkammern (40) umfaßt, die parallel in Fluidkommunikation mit dem Einlaß (16) des Gaszufuhrabschnitts der Pumpenkammer (12) verbunden sind.

8. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ventileinrichtung (54) ein Solenoid-Ventil umfaßt, das zwischen einer offenen Stellung, in der das erste gewählte Gas in die Gasmischeinrichtung (40) strömt, und einer geschlossenen Stellung, in der das erste gewählte Gas daran gehindert wird, in die Gasmischeinrichtung zu strömen, umschaltbar ist.

9. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ventileinrichtung (54) eine Mehrzahl von Solenoid- Ventilen umfaßt, von denen jedes zwischen einer offenen Stellung, in der das erste gewählte Gas in die Gasmischeinrichtung (40) strömt, und einer geschlossenen Stellung, in der das erste gewählte Gas daran gehindert wird, in die Gasmischeinrichtung zu strömen, umschaltbar ist, wobei jedes der Solenoid-Ventile so angeschlossen ist, daß es einen Strom des ersten gewählten Gases aufnimmt, und getrennt in Fluidkommunikation mit der Gasmischeinrichtung verbunden ist, um den Strom des ersten gewählten Gases in die Gasmischeinrichtung zu ermöglichen.

10. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Einrichtung (63) zum Überwachen des Anteils des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch, wobei die Einrichtung zur Überwachung des Anteils des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch weiter eine Alarmeinrichtung (64) umfaßt, um ein Bedienungspersonal zu alarmieren, wenn der Anteil des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch nicht innerhalb eines gewählten Bereichs an Anteilen des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch liegt.

11. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Einrichtung zur Einstellung der Gesamtzeitspanne des Einströmenlassens des ersten gewählten Gases in die Gasmischeinrichtung, um Schwankungen im Atmosphärendruck so zu kompensieren, daß der vorgegebene Anteil des ersten gewählten Gases in dem Gasgemisch erhalten wird.

12. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ventileinrichtung ein Ventil mit veränderlichem Widerstand umfaßt, welches eine erste Einlaßöffnung zur Aufnahme des ersten gewählten Gases und eine bewegliche Platte aufweist, die so bewegt werden kann, daß sie mindestens ein Teil der ersten Einlaßöffnung bedeckt, um einen mechanisch einstellbaren Widerstand gegen den Strom des ersten gewählten Gases zu bieten, wobei das Ventil mit dem veränderlichen Widerstand eine zweite Einlaßöffnung zur Aufnahme des zweiten gewählten Gases einschließt und die bewegliche Platte so bewegt werden kann, daß sie mindestens einen Teil der zweiten Einlaßöffnung bedeckt, um einen mechanisch einstellbaren Widerstand gegen den Strom des zweiten gewählten Gases zu bieten, wobei die Ventileinrichtung mit veränderlichem Widerstand weiter eine Mischkammer zum Mischen des ersten und zweiten gewählten Gases und eine Auslaßöffnung für das erste und zweite gewählte Gas umfaßt.

13. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Quelle des ersten gewählten Gases das erste gewählte Gas bei einem Druck oberhalb von Atmosphärendruck liefert und weiter ein Bedarfsventil zur Verringerung des Drucks des gelieferten ersten gewählten Gases zu Atmosphärendruck umfaßt, wobei das Bedarfsventil in Fluidkommunikation zwischen der Quelle des ersten gewählten Gases und dem Ventil mit veränderlichem Widerstand angeschlossen ist.

14. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 13, weiter umfassend einen dem Bedarfsventil nachgeschalteten Druckmeßfühler zur Erfassung eines Versagens des Bedarfsventils und so arbeitend, daß ein Versagenssignal erzeugt wird, wenn ein Versagen des Bedarfsventils nachgewiesen wird, und weiter umfassend ein dem Bedarfsventil vorgeschaltetes Solenoid- Ventil, das mit dem nachgeschalteten Druckmeßfühler verbunden ist, welcher auf das Versagenssignal so reagiert, daß der Strom des gewählten Gases abgesperrt wird, was verhindert, daß ein übermäßiger Druck des gewählten Gases die Gasmischeinrichtung erreicht.