DE102006055779B3

DE102006055779B3 - Gasmischvorrichtung für Beatmungsgeräte

Info

Publication number: DE102006055779B3
Application number: DE102006055779A
Authority: DE
Inventors: Tilman Von Blumenthal; Judith Löser; Ralf Lorenzen; Bernhard Dr. Ludwig; Frank Oelgarth
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2006-11-25
Filing date: 2006-11-25
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-11-26
Also published as: FR2909002A1; US8047205B2; FR2909002B1; US20080121233A1

Abstract

Eine Gasmischvorrichtung für Beatmungsgeräte soll derart verbessert werden, dass sie sowohl im stationären als auch im mobilen Betrieb einsetzbar ist. Die erfindungsgemäße Gasmischvorrichtung weist einen Vorratsbehälter (5) auf, in den mittels Dosierventilen (3, 8) Druckluft und Sauerstoff eingeleitet werden können. Zusätzlich ist ein Gebläse (10) an den Vorratsbehälter (5) angeschlossen, welches Gas aus der Umgebung (11) ansaugt. Zur Dosierung von Gas aus den Druckgasquellen (4, 6) mittels der Dosierventile (3, 8) wird ein erstes Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter (5) eingestellt. Beim Umschalten auf den Gebläsebetrieb wird das Betriebsdruck-Niveau auf ein dem maximalen Beatmungsdruck angepasstes Druckniveau abgesenkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung für Beatmungsgeräte und ein Verfahren zum Dosieren von medizinischen Gasen.
Beatmungsgeräte sind je nach Einsatzbereich für unterschiedliche Arten von Atemgasquellen konzipiert. Stationäre Beatmungsgeräte in Krankenhäusern sind üblicherweise zum Anschluss an eine zentrale Gasversorgungsanlage ausgelegt. Sofern eine derartige Gasversorgung nicht zur Verfügung steht, werden Druckgasflaschen verwendet. Beatmungsgeräte, die stärker auf den mobilen Einsatz hin ausgerichtet sind, verwenden ein Gebläse, das Raumluft ansaugt und direkt unter möglicher Beimischung von Sauerstoff dem Patienten zuführt.
Ein Gasmischer für ein Beatmungsgerät zum Anschluss an Druckgasquellen ist aus der DE 24 55 751 B bekannt. Bei dem bekannten Gasmischer sind zwei Druckgasquellen über zwei Zuführungsleitungen und zugehörige Dosierventile mit einem Vorratsbehälter verbunden. Mittels einer vom Vorratsbehälter abgehenden Mischgasleitung, die ebenfalls ein Dosierventil aufweist, wird das Gasgemisch aus dem Vorratsbehälter zum Patienten geleitet. Zur Einstellung eines vorbestimmten Gasgemisches wird zunächst das Dosierventil in einer der Zuführungsleitungen so lange geöffnet, bis der Ausgangsdruck im Vorratsbehälter auf einen ersten vorbestimmten Druckwert angestiegen ist. Danach wird. das Dosierventil geschlossen und das Dosierventil in der zweiten Zuführungsleitung so lange geöffnet, bis ein zweiter Druckwert erreicht ist. Es wird dann über die Mischgasleitung ein bestimmtes Volumen des Gasgemisches entnommen, bis sich der Ausgangsdruck im Vorratsbehälter wieder eingestellt hat. Der bekannte Gasmischer ist solange gebrauchsfähig, wie ein ausreichender Druckgas-Versorgungsdruck zur Verfügung gestellt werden kann.
Aus der DE 197 08 094 C2 ist eine Beatmungsvorrichtung bekannt, bei der zur Gasversorgung des Patienten Umgebungsluft mit einem Gebläse angesaugt und so verdichtet wird, bis der für die Beatmung eines Patienten erforderliche Einatemdruck vorliegt. In einen Vorratsbehälter, der die angesaugte Umgebungsluft aufnimmt, kann Sauerstoff hinzudosiert werden, so dass unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen im Atemgas eingestellt werden können. Ein alleiniger Betrieb mit Druckgasen aus einer Druckgasversorgungsanlage ist bei dieser Beatmungsvorrichtung nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art derart zu verbessern, dass sowohl ein stationärer als auch ein mobiler Betrieb möglich ist und ein Verfahren zum Dosieren von medizinischen Gasen anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass für den Fall des stationären Betriebes Druckgase aus einer stationären Druckgasversorgungsanlage entnommen und bei einem vorbestimmten Betriebsdruck-Niveau in einen Vorratsbehälter dosiert werden. Mit dieser Betriebsart lässt sich eine große Beatmungsdruckdynamik erreichen, da das für einen verzögerungsfreien Beginn der Einatmung benötigte Gasvolumen unmittelbar aus dem Vorratsbehälter entnommen werden kann. Das Gasvolumen aus dem Vorratsbehälter steht ohne zeitliche Verzögerung zur Verfügung, so dass eine gleichbleibend hohe Beatmungsqualität erreicht wird.
Für den mobilen Einsatz wird das Betriebsdruckniveau im Vorratsbehälter auf einen geringeren Wert abgesenkt, und das Beatmungsgas mittels eines Gebläses aus der Umgebung angesaugt. Zusätzlich kann der Umgebungsluft über eine der Zuführungsleitungen Sauerstoff zugemischt werden. Es lassen sich dadurch auch Gasgemische mit Sauerstoffkonzentrationen oberhalb von 21 % einstellen. Das Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter wird beim Gebläsebetrieb so eingestellt, dass der maximale Beatmungsdruck aufgebracht werden kann. Über das Gebläse besteht die Möglichkeit, ein ausreichend großes Gasvolumen zur Erzeugung eines Einatemhubes aus der Umgebung zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte, ein erstes Gas und ein zweites Gas aus Druckgasquellen mit Dosierventilen in einen Vorratsbehälter einzuleiten, ein Gasgemisch über eine Mischgasleitung und ein Mischgas-Dosierventil aus dem Vorratsbehälter zu entnehmen, mit einer Steuervorrichtung die Dosierventile so zu betätigen, dass sich im Vorratsbehälter ein vorbestimmtes erstes Betriebsdruck Niveau einstellt, ein Gebläse, welches Umgebungsluftansaugt, an den Vorratsbehälter anzuschließen, das erste Betriebsdruck-Niveau auf ein vorbestimmtes zweites Betriebsdruck-Niveau abzusenken, wenn das Gebläse Umgebungsluft in den Vorratsbehälter einspeist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Vorratsbehälter der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung ist so ausgelegt, dass sein Innenvolumen zwischen 200 ml und 2.000 ml liegt. Über die Steuervorrichtung wird das Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter so eingestellt, dass das erste Betriebsdruck-Niveau im Bereich um 400 mbar liegt und das zweite Betriebsdruck-Niveau einen Wert von etwa 50 mbar hat. Das zweite Betriebsdruck-Niveau wird aus dem maximal benötigten Beatmungsdruck abgeleitet. Das zweite Betriebsdruck-Niveau liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 40 mbar und 100 mbar. Der Druck im Vorratsbehälter wird im einfachsten Fall mit einem Drucksensor direkt gemessen. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Druck indirekt aus der Stromstärke abzuleiten, die zum Öffnen eines dem Vorratsbehälter nachgeschalteten Mischgas-Dosierventils benötigt wird. Der Öffnungsstrom ist abhängig vom Druck im Vorratsbehälter. Als Druckgase werden Sauerstoff und Druckluft in den Vorratsbehälter eingespeist. Es liegt aber im Rahmen der Erfindung, für andere Anwendungen, zum Beispiel im Bereich der Anästhesie, als Druckgas zusätzlich Lachgas in den Vorratsbehälter einzuleiten.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, im Bereich eines ersten Dosierventils, welches Druckluft in den Vorratsbehälter dosiert, ein Überwachungsgerät zur Erfassung des Druckluft-Versorgungsdruckes anzuordnen. Wenn der Druckluft-Versorgungsdruck unter einen vorbestimmten Schwellwert abfällt, wird das Druckniveau in dem Vorratsbehälter durch die Steuervorrichtung auf das zweite Betriebsdruck-Niveau abgesenkt und auf Gebläsebetrieb umgeschaltet. Dadurch ist auch beim Abfall des Druckluftversorgungsdruckes die Beatmung des Patienten durch Ansaugen von Beatmungsgas aus der Umgebung gewährleistet. Das Überwachungsgerät ist im einfachsten Fall ein Druckmessgerät, welches anströmseitig des ersten Dosierventils den Versorgungsdruck erfasst. Alternativ kann bei einem bestimmten Öffnungsgrad des ersten Dosierventils der Gasdurchfluss durch das erste Dosierventil gemessen werden. Wird dabei festgestellt, dass der Gasdurchfluss, bezogen auf eine bestimmte, für die Gasströmung maßgebliche Querschnittsfläche des Dosierventils unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, ist das ein Indiz für den Abfall des Druckluft-Versorgungsdruckes.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Zuführungsleitungen innerhalb des Vorratsbehälters derart anzuordnen, dass deren Gasaustrittsöffnungen aufeinander zugerichtet sind, das heißt in einen sogenannten Mischbereich münden. Durch das Aufeinandertreffen der einzelnen Gasströme in dem Mischbereich soll eine intensive Durchmischung der Gaskomponenten erreicht werden, damit in der Mischgasleitung ein homogenes Gasgemisch vorliegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Gasmischvorrichtung 1 für mindestens zwei Gase. Eine erste Zuführungsleitung 2 mit einem ersten Dosierventil 3 ist mit einer ersten Druckgasquelle 4 für Druckluft verbunden und mündet in einen Vorratsbehälter 5. Aus einer zweiten Druckgasquelle 6 für Sauerstoff wird mit einer zweiten Zuführungsleitung 7 und einem zweiten Dosierventil 8 Sauerstoff in den Vorratsbehälter 5 eingeleitet. Eine dritte Zuführungsleitung 9 verläuft von einem Gebläse 10, das Luft aus der Umgebung 11 über ein Filter 12 ansaugt, über eine Steckkupplung 14 und ein Rückschlagventil 13 zum Vorratsbehälter 5. Das Rückschlagventil 13 unterbindet dabei ein Rückströmen von Mischgas aus dem Vorratsbehälter 5. Die Zuführungsleitungen 2, 7, 9 sind sternförmig innerhalb des Vorratsbehälters 5 so ausgerichtet, dass deren Austrittsöffnungen 15 in einen Mischbereich 16 münden, um eine unmittelbare Durchmischung der Gaskomponenten in einem vorbestimmten Volumen des Vorratsbehälters 5 zu gewährleisten.
Ein erster Drucksensor 17 misst den Druck innerhalb des Vorratsbehälters 5 und ein Sauerstoffsensor 18 erfasst die Sauerstoffkonzentration im Mischgas. Das Gasgemisch wird über eine Mischgasleitung 19 und ein Mischgasdosierventil 20 einem Patienten 21 zugeführt. Das Mischgas-Dosierventil 20 ist druckkompensiert ausgeführt, so dass keine resultierenden Kräfte auf den nicht näher dargestellten Ventilstößel wirken. Zusätzlich ist eine Vordruckkompensation in der Weise vorge sehen, dass das Mischgas-Dosierventil 20 bei Stromausfall schließt.
Eine Sicherheitsschaltgruppe mit gegensinnig angeordneten Rückschlagventilen 22, 23 an der Mischgasleitung 19 begrenzt den Druck in der Mischgasleitung 19 auf einen Maximaldruck und ermöglicht andererseits beim Ausfall der Gasversorgung die Gasentnahme unmittelbar aus der Umgebung 11. Die Dosierventile 3, 8, 20, das Gebläse 10 und die Sensoren 17, 18 sind über Datenleitungen 24, 25, 26, 27, 28, 29 mit einer Steuervorrichtung 30 verbunden. Mit einem zweiten Drucksensor 31 wird der Druckluft-Versorgungsdruck in der ersten Zuführungsleitung 2 erfasst und über die Datenleitung 32 an die Steuervorrichtung 30 weitergegeben.
Die erfindungsgemäße Gasmischvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Beim Betrieb aus einer zentralen Gasversorgungsanlage wird über die Dosierventile 3, 8 Sauerstoff und Druckluft in den Vorratsbehälter 5 eingespeist. Als Dosierventile 3, 8 werden dabei durchflußgeregelte Ventile genommen, mit denen ein vorbestimmtes Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter 5 eingestellt wird. Das Betriebsdruck-Niveau wird mit dem ersten Drucksensor 17 überwacht.
Entsprechend der eingespeisten Gasvolumina von Luft und Sauerstoff stellt sich eine bestimmte Sauerstoffkonzentration im Vorratsbehälter 5 ein, die mit dem Sauerstoffsensor 18 gemessen wird. Beim Betrieb aus den Druckgasquellen 4, 6 wird üblicherweise mit einem Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter 5 von 400 mbar gearbeitet. Das Volumen des Vorratsbehälters 5 beträgt größenordnungsmäßig etwa 700 ml. Es steht damit ein ausreichend großes Gasvolumen für einen verzögerungsfreien Beginn des Einatemhubes zur Verfügung.
Bei einer mobilen Betriebsweise der Gasmischvorrichtung 1 wird das Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter 5 auf 50 mbar abgesenkt und mit dem Gebläse 10 Luft aus der Umgebung 11 angesaugt. Das erste Dosierventil 3 ist dabei geschlossen. Soll im mobilen Betrieb Sauerstoff zudosiert werden, kann eine entsprechende Sauerstoff-Druckgasquelle 6 mitgeführt werden, aus der Sauerstoff mit dem zweiten Dosierventil in den Vorratsbehälter 5 eingeleitet werden kann.
Die Umschaltung auf das zweite Betriebsdruck-Niveau wird beim Betrieb aus einer zentralen Druckluftversorgungsanlage auch dann vorgenommen, wenn ein Abfall in der Druckluftversorgung festgestellt wird. Hierzu ist der zweite Drucksensor 31 in der ersten Zuführungsleitung angeordnet, um den Versorgungsdruck zu überwachen. Stellt der zweite Drucksensor 31 einen Abfall des Versorgungsdruckes unter einen vorbestimmten Schwellwert fest, wird das Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter 5 auf einen Wert von etwa 50 mbar abgesenkt und das Gebläse 10 zur Atemgasversorgung des Patienten eingeschaltet. Das zweite Betriebsdruck-Niveau ergibt sich aus dem maximalen Beatmungsdruck, der während des Einatemhubes benötigt wird.

Claims

Vorrichtung zum Mischen von Gasen für Beatmungsgeräte mit einer ersten Zuführungsleitung (2) und einem ersten Dosierventil (3) für ein erstes Gas, einer zweiten Zuführungsleitung (7) und einem zweiten Dosierventil (8) für ein zweites Gas, einer dritten Zuführungsleitung (9) mit einem Gebläse (10) zur Ansaugung von Umgebungsluft, einem Vorratsbehälter (5), an welchen die Zuführungsleitungen (2, 7, 9) angeschlossen sind, einem Richtungsventil (13) in der dritten Zuführungsleitung anströmseitig des Vorratsbehälter (5), welches einen Gasfluss vom Gebläse (10) in den Vorratsbehälter (5) ermöglicht und einen Gasfluss aus dem Vorratsbehälter (5) in die dritte Zuführungsleitung (9) unterbricht, einer vom Vorratsbehälter (5) abgehenden Mischgasleitung (19) mit einem Mischgas-Dosierventil (20), einem Druckerfassungsmittel (17), für den Vorratsbehälter (5), einer in Wirkverbindung mit den Dosierventilen (3, 8, 20), dem Gebläse (10) und dem Druckerfassungsmittel (17) stehenden Steuervorrichtung (30), welche dazu ausgebildet ist, in einer ersten Betriebsart mit Gasdosierung über die Dosierventile (3, 8) ein erstes Betriebsdruck-Niveau im Vorratsbehälter (5) einzustellen und in einer zweiten Betriebsart bei Gasdosierung über die dritte Zuführungsleitung (9) das erste Betriebsdruck-Niveau auf ein zweites Be triebsdruck-Niveau abzusenken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (5) ein Volumen zwischen 200 und 2.000 Milliliter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betriebsdruck-Niveau im Bereich um 400 Millibar liegt und das zweite Betriebsdruck-Niveau in einem Bereich von zwischen 40 Millibar und 100 Millibar liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuführungsleitung (3) mit einer Druckluftquelle (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuführungsleitung (7) an eine Sauerstoffquelle (6) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten Dosierventils (3) ein Überwachungsgerät (31) zur Erfassung des Druckluftversorgungsdruckes vorhanden ist und dass beim Abfall des Druckes unter einen vorbestimmten Schwellwert die Steuervorrichtung (30) zur Umschaltung auf das zweite Betriebsdruck-Niveau mit Gebläsebetrieb ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsleitungen (2, 7, 9) innerhalb des Vorratsbehälters (5) derart verlaufen, dass deren Gasaustrittsöffnungen (15) in einem Mischbereich (16) münden.
Verfahren zum Mischen von Gasen für Beatmungsgeräte, gekennzeichnet durch die Schritte: ein erstes Gas und ein zweites Gas mit Dosierventilen (3, 8) aus Druckgasquellen (4, 6) in einen Vorratsbehälter (5) einzuleiten, ein Gasgemisch über eine Mischgasleitung (19) und ein Mischgas-Dosierventil (20) aus dem Vorratsbehälter (5) abzuleiten, mit einer Steuervorrichtung (30) die Dosierventile (3, 8) derart zu betätigen, dass sich im Vorratsbehälter (5) ein erstes Betriebsdruck-Niveau einstellt, ein Gebläse (10), welches Umgebungsluft ansaugt, an den Vorratsbehälter (5) anzuschließen, das erste Betriebsdruck-Niveau auf ein zweites Betriebsdruck-Niveau abzusenken, wenn das Gebläse (10) Umgebungsluft in den Vorratsbehälter (5) einspeist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Gas Druckluft vorgesehen ist und dass beim Abfall der Druckluftversorgung unter einen vorbestimmten Druck-Schwellwert die Steuervorrichtung (30) auf das zweite Betriebsdruck-Niveau mit Gebläsebetrieb umschaltet.