DE10046872A1 - Atmungsunterstützungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Ventil (237) zur Verwendung in einem CPAP-System oder jedem Dampf unter einem Druck, der oberhalb des Umgebungsdrucks ist, das die unter Druck stehenden Gase von dem Blasgerät während der Expiration entlüftet. Aufgrund der Druck/Strömungs-Charakteristika des Gebläses (230) hat der Patient einen weit geringeren Luftweg-Druck während der Expiration, der das Atmen leichter macht. Das Ventil weist ein bewegliches Element (108) auf, das die Strömung von dem Gebläse (230) zu dem Patienten (236) während der Exhalalation blockiert und dieses nach außen entlüftet. Während der Inhalation fließt das Gas normalerweise von dem Gebläse (230) zu einem Patienten.

Description

Die Erfindung betrifft Ventile, insbesondere aber nicht ausschließlich, zum Einbringen in den Beatmungskreislauf eines Respirators.

Ein medizinischer Beatmungskreislauf, wie er in einem Continuous Positive Airway Pressure Respirator (CPAP) eingebracht werden, weist ein Beatmungsgastubus auf, dessen eines Ende mit dem Patienten durch ein Interface verbunden sein kann. Dies kann beispielsweise durch ei­ nen endotrachealen Beatmungstubus geschehen, der sich durch die Trachea erstreckt und unmittelbar oberhalb der Lunge endet. Das andere Ende dieses Tubus ist mit einem Respirator verbunden, der die unter Druck stehenden Gase erzeugt. Die Verbindung des Respirators kann direkt er­ folgen oder aber ein Eigenbefeuchter kann dazwischen­ geschaltet sein.

Ein Nachteil einer CPAP-Behandlung besteht darin, daß es die normale Atmungsfunktion umkehrt. Der Patient muß sich entspannen um einzuatmen und benötigt einen Aufwand um auszuatmen. Da das normale Atmen einen genau umge­ kehrten Vorgang erforderlich macht, ist die Verwendung des CPAP manchmal anfänglich schwierig.

Es sind eine Anzahl von Geräten bekannt, die den Aufwand verringern, den der Patient aufbringen muß um auszuat­ men. Bespielsweise beschreibt das US-Patent 5 657 752 ein variables Abgasöffnungselement in der nasalen Maske, um das Abführen der Ausatmungen zu unterstützen. Das US Patent 5 065 756 weist die Lüftungsöffnungen in der Ge­ sichtsmaske für ein schnelles Abführen der ausgeatmeten Luft auf. Das US Patent 4 658 213 weist ein Schwellen­ wert-Ventil zur Freigabe von Luft von der Maske auf. Alternativ existieren elektronische Methoden, wie dasje­ nige, das in dem US Patent 5 803 065 beschrieben ist, um die Effektivität der CPAP-Therapie zu verbessern.

In gewissem Umfang sind die existierenden Geräte jedoch noch nicht effektiv. In manchen Fällen weist diese Vor­ richtung eine unförmige Gesichtsmaske auf sowie deren Entfernen, was für den Verwender unbequem sein kann.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil für einen respiratorischen Beatmungskreislauf zu schaffen, das die vorigen Nachteile nicht hat oder wenigstens den Verwendern auf dem Gebiet der Gesund­ heitspflege eine nützliche Wahl geben kann.

Nach einen ersten Aspekt besteht die Erfindung aus einem Gerät zum Steuern des Gasflusses zwischen einer Quelle unter Druck stehenden Gases, gekennzeichnet durch einen Körperabschnitt einschließlich einer ersten Öffnung, die für eine fluidische Kommunikation mit einer Quelle unter Druck stehendem Gas eingerichtet ist, einer ersten Öff­ nung, die dazu eingerichtet ist, mit einen Verwender in fluidischer Kommunikation zu sein, einem ersten Hilfs­ auslaß in dem Körperabschnitt und einem Ventilmittel, das dazu eingerichtet ist, während der Strömung des Ga­ ses von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung ge­ richtet zu werden und während der Exhalation des Verwen­ ders der Gasstrom von der ersten Öffnung auf die erste Hilfsöffnung gerichtet zu werden.

Nach einen zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einem System zum Zuführen von Gasen zu einem Verwender unter einem Druck oberhalb des Umgebungsdruckes einschließlich einer Quelle unter Druck stehenden Gases, Gaszuführmit­ teln zum Zuführen der Gase zu dem Verwender in fluidi­ scher Kommunikation mit der Quelle unter Druck stehenden Gases und dem Verwender und dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußsteuermittel innerhalb der Mittel oder in flui­ discher Kommunikation in diesem angeordnet ist, wobei das Flußsteuermittel aufweist:

• - einen Körperabschnitt einschließlich einer ersten Öffnung, die dazu eingerichtet ist, mit der Quelle unter Druck stehendem Gases in fluidischer Kommunika­ tion zu sein,
• - einer zweiten Öffnung, die dazu eingerichtet ist, mit dem Verwender in fluidischer Kommunikation zu sein,
• - einem ersten Hilfsauslaß in dem Körperabschnitt und Ventilmittel, die dazueingerichtet sind, daß während der Inhalation des Verwenders der Gasstrom von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung gerichtet wird und während der Exhalation des Verwenders die Gas­ strömung von der ersten Öffnung auf den Hilfsauslaß gerichtet wird.

Für den Fachmann der vorliegenden Erfindung sind manche Möglichkeiten im Aufbau und erheblich unterschiedliche Ausführungsbeispiele und Anwendungen der Erfindungen oh­ ne Loslösung von der Erfindung, wie er sich aus den bei­ liegenden Ansprüchen ergibt. Die Offenbarung und die Be­ schreibung dienen lediglich der Illustration und sollen in keiner Weise begrenzend sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Erfin­ dung in einem ausgeblasenen Zustand, die die Komponenten, die zusammengesetzt das Ventil bilden, wiedergibt,

Fig. 1B eine perspektivische Aussicht in ausge­ blasenem Zustand des beweglichen Venti­ lelements nach einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht der vorliegen­ den Erfindung während der Inhalation,

Fig. 3 eine geschnittene Ansicht der vorliegen­ den Erfindung während der Exhalation,

Fig. 4 eine Darstellung eines typischen Druck- Flußratenverlaufs des Respirators,

Fig. 5 eine Blockdarstellung einer typischen Atemunterstützung-Hilfs-Vorrichtung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 einen Graph, der den typischen Druckver­ lauf, der einen Patienten bei den tradi­ tionellen CPAP-Verfahren wiedergibt, und

Fig. 7 eine Darstellung, die den typischen Druckverlauf, den ein Patient nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung unterworfen ist, wiedergibt.

Die vorliegende Erfindung versucht ein einfach herzu­ stellendes Gerät zu schaffen, das den Komfort eines Ver­ wenders, der einer CPAP-Therapie unterzogen wird, zu verbessern versucht. Dies erfolgt durch ein Vierwege- Ventil in der Leitung zwischen dem Respirator und dem Patienten, das es erlaubt, sowohl Gase zu dem Patienten strömen zu lassen und auszustoßende Exhalationen erlaubt durch denselben Kreis ausgestoßen zu werden. Dies macht es dem Verwender einfacher zu exhalieren, ohne daß eine zusätzliche Vorrichtung, die von dem Verwender getragen wird, erforderlich ist. Wenn die Gase, die zu dem Ver­ wender geführt werden, befeuchtet werden, ist das Ventil zwischen dem Respirator und dem Befeuchter anzuordnen, das heißt stromaufwärts des Befeuchters.

Es wird jetzt Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Ventil mit mehr Einzelheiten gezeigt ist. Der Ventilkörper 100 hat zwei Enden 102, 104, das für eine Verbindung mit einem typischen Respirationskreis eingerichtet ist und ei­ nen zentralen Mittelabschnitt 106 hat, der das axial be­ wegliche Bedienelement 108 aufnimmt. Der zentrale Ab­ schnitt 106 weist zwei Öffnungen 110 und 112 an seinem Umfang auf, die an jeweils einer Seite eines imaginären zentralen Punktes lokalisiert sind.

Das Ventilelement 108 ist im wesentlichen hohl zylin­ drisch aufgebaut und weist zwei passende Öffnungen 114, 116 an seinen Umfang wiederum auf jeder Seite eines ima­ ginären Mittelpunkts auf. Ebenfalls Teil des Ventilele­ ments 108 ist ein Abschnitt 108, der mit dem inneren Um­ fang des Ventilelements zwischen den zwei Öffnungen 114, 116 verbunden ist. An dem Mittelpunkt 122 des Abschnitts 118 ist ein Einweg-Ventil 120, das lediglich den inhala­ torischen Gasen erlaubt zu passieren und die exhalatori­ schen Gase wenigstens teilweise blockiert.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Einweg-Ventil 120 eine dichtende Gum­ miklappe, die an den Abschnitt auf der Patientenseite angebracht ist. Dies erlaubt es dem Gas von dem Respira­ tor zu dem Verwender zu strömen (Inhalation), jedoch le­ diglich in einem geringen Ausmaß von dem Verwender zu dem Respirator (Exhalation) in den Fig. 2 und 3. Dies beruht darauf, daß die Klappe nicht ausreichend groß ausgebildet ist, um die Öffnung vollständig zu ver­ schließen. Es kann so ein kleiner Teil der exhalatori­ schen Gase passieren. Es wird jetzt auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, die Betriebsweise des Ventils wird jetzt erklärt.

Während der Inhalation des Patienten ist das Ventil in der geöffneten Position, wie in Position 2 gezeigt. Der Gasstrom ist durch den Pfeil 130 gekennzeichnet. Er zwingt das bewegliche Element 108 in Richtung auf den Patienten, bis es gegen die Inspirationsanschläge 134 anschlägt. Die Öffnung in den Körperabschnitt 110, 112 in dieser Position sind beschlossen und passen nicht mit den Öffnungen in den Ventilelement 114, 116 überein. In diesen Fall ist das Einweg-Ventil in der geöffneten Po­ sition und schafft einen geringen Widerstand durch das Ventil von den Respirator zu den Patienten.

Wenn der Patient exhaliert, gezeigt in Fig. 3, ergibt sich der Rückdruck auf der Patientenseite des Ventils aufgrund des Einweg-Ventils 120. Dieser Druck zwingt das Ventilelement 108 in eine Bewegung zu den Respirator hin, bis es gegen die Expirationsanschläge 136 an­ schlägt. Einmal in die "geschlossene" Position gezwun­ gen, sind die Öffnungen 120, 112 in den Körperabschnitt und die Öffnungen in den Ventilabschnitt 114, 116 ausge­ richtet. Dies bedeutet, daß Gase von dem Inspirator in die Atmosphäre entlassen werden, durch den Pfeil 140 ge­ zeigt, und die exhalatorischen Gase von den Patienten, gezeigt durch den Pfeil 150, sind weiter in die Atmo­ sphäre ausgelassen. Dies bedeutet, daß der Rückdruck, den der Patient während der Ausatmung erfährt, aufgrund der typischen Druckratencharakteristika des Respirators, der in Fig. 4 gezeigt ist, ewig reduziert wird. Während der Inhalation könnte der Respirator bei dem Punkt 200 arbeiten. Während der Exhalation könnte der Betrieb bei den Punkt 202 sein, aufgrund der hohen Strömungsrate durch die Öffnung 110 in die Atmosphäre, entsprechend dem geringen Druck, den der Patient sieht.

Es ergibt sich, daß die Öffnung in den Ventil, die ver­ wendet wird zum Ablassen der Ausatmungen des Patienten nur ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Es ist in gleicher Weise möglich, bei­ spielsweise ein Druckablaßventil in dem Schaltkreis nahe dem Patienten zu haben. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist jedoch der reduzierte Druck, der von dem Re­ spirator während der Exhalation geliefert wird.

Sowohl der Ventilkörperabschnitt 102 als auch das Venti­ lelement 108 können einfach durch Injektionsformung her­ gestellt werden, beispielsweise wird ein Polycarbonat- Kunststoffmaterial oder ein anderes geeignetes Kunst­ stoffmaterial verwendet.

Ein typischer Respirations-Befeuchtungskreis, wie er die Verwendung der vorliegenden Erfindung aufweisen kann, wird schematisch in Fig. 5 gezeigt. Er weist den Respi­ rator 230, den Befeuchter 231 und die zugehörigen Respi­ rationsbeatmungstuben 233 und 234 auf. Ein Patient 236, der sich unter Behandlung befindet, ist mit dem System verbunden. In Fig. 5 ist angegeben, daß das Ventil nach der vorliegenden Erfindung zwischen dem Befeuchter 231 und dem Ausgangsanschluß des Respirators 230 verbunden ist, er ist mit dem Bezugszeichen 237 angegeben.

Ein typisches Druckprofil, wie es der Patient, der unter Behandlung ist, unter Verwendung der vorliegenden Erfin­ dung erfährt, ist in Fig. 7 gezeigt. Diese Figur zeigt den Hochdruck während der Inhalation 300, den Punkt, an dem das Ventil den Respiratorausgang 301 entlüftet und den relativ geringen Druck während der Exhalation 302. Dies wird mit einem typischen Druckverlauf eines behand­ elnden Patienten ohne die vorliegende Erfindung in Fig. 6 verglichen. Fig. 6 zeigt, daß der Druck, der während der Exhalation 308 erfahren wird, dem während der Inha­ lation 306 ähnlich ist.

Es ergibt sich aus der obigen Beschreibung, daß während der Exhalation der Patient nicht so viel Kraft aufbrin­ gen muß, wie es normalerweise der Fall ist während der traditionellen CPAP-Therapie. Die vorliegende Erfindung schafft so ein einfaches Verfahren der Verbesserung der CPAP-Therapie ohne Erhöhung des räumlichen Aufwands der Apparatur, die von den Patienten getragen wird.

Claims (9)

1. Eine Vorrichtung (237) zum Steuern der Gasströmung zwischen einer Quelle (230) eines unter Druck stehenden Gases und einem Verwender (236), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:

• - einen Körperabschnitt (106) einschließlich einer ersten Öffnung (140), die für eine fluidische Kommuni­ kation mit einer Quelle (230) eines unter Druck stehen­ den Gases, einer zweiten Öffnung, die in fluidischer Kommunikation mit dem Verwender (236) ist,
• - einem Hilfsauslaß (110) in dem Patientenkörper (126) und
• - Ventilmittel, die dazu eingerichtet sind, daß wäh­ rend der Inhalation eines Verwenders die Strömung des Gases von der ersten Öffnung (140) auf die zweite Öff­ nung (150) umgelenkt wird und daß während der Exhalati­ on des Verwenders die Gasströmung von der ersten Öff­ nung (140) auf den zweiten Hilfsauslaß (110) gelenkt wird.

2. Vorrichtung (237) nach Anspruch 1, weiter gekenn­ zeichnet durch einen zweiten Hilfsauslaß (112) in dem Körperabschnitt (106), der während der Inhalation eines Verwenders geschlossen wird und während der Exhalation eines Verwenders offen ist und in fluidischer Kommuni­ kation mit der zweiten Öffnung (150) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilelement (108) von einer Kon­ struktion ist, die geeignet ist, um im wesentlichen im Inneren des Körperabschnitts (106) zu sein, aber in der Verwendung in diesen beweglich ist.

4. Vorrichtung (237) nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das bewegliche Element, das wenigstens zwei Öffnungen aufweist und der erste Hilfsauslaß (110) und der zweite Hilfsauslaß (112) Öffnungen in dem Kör­ perabschnitt (106) aufweisen, die mit der Öffnung in dem beweglichen Element (108) während der Exhalation des Verwenders ausgerichtet sind und geschlossen sind durch feste Abschnitte des beweglichen Elements (108) während der Inhalation des Verwenders.

5. Vorrichtung (237) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (108) einen Abschnitt, der zwischen den Öffnungen (104, 116) in dem beweglichen Element (108) angeordnet ist, aufweist, und ein Einweg-Ventil (120), das den Fluß le­ diglich in einer Richtung von der ersten Öffnung (140) zu der zweiten Öffnung (150).

6. Vorrichtung (237) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hilfsauslaß (110) eine Querschnittsfläche hat, die größer ist als dieje­ nige des zweiten Auslasses (112).

7. Eine Vorrichtung (237) nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körperabschnitt (106), der die Anschlagmittel (134, 136), die die axiale Bewegung des beweglichen Elements derart aufweist, daß während der Inhalation das bewegliche Element (108) sich in Rich­ tung auf die zweite Öffnung (150) bewegt, bis es durch die Anschlagmittel (134) gestoppt wird, wobei die Öff­ nungen in dem Körperabschnitt (106) durch die festen Abschnitte abgeschlossen sind und während der Exhalati­ on das bewegliche Element (108) sich in Richtung auf die erste Öffnung (140) bewegt, bis es durch die Stopp­ mittel (136) gestoppt wird, durch die Öffnungen in dem beweglichen Element (108) sich mit den Öffnungen in dem Körperabschnitt (106) ausgerichtet sind.

8. System zum Zuführen von Gasen zu einem Verwender unter einem Druck, der oberhalb des Umgebungsdrucks ist, mit:

• - einer Quelle (230) unter Druck stehenden Gases,
• - einem Zufuhrmittel (233, 234) für die Gase zum Zu­ führen der Gase zu dem Verwender in fluidischer Kommunikation mit der Quelle (230) unter Druck ste­ henden Gasen und dem Verwender (236),

gekennzeichnet durch ein Strömungssteuermittel (237), das innerhalb der Gas­ zufuhrmittel (233, 234) oder in fluidischer Kommunika­ tion mit diesen angeordnet ist, wobei das Strömungs­ steuermittel (237) eine Einrichtung nach einem der vor­ angehenden Ansprüche aufweist.

9. System nach Anspruch 8, weiter mit Befeuchtungsmit­ teln (231) zum Befeuchten der Gase zu deren Zufuhr zu dem Verwender (236) innerhalb oder in fluidischer Kom­ munikation mit den Gaszufuhrmitteln (233, 234).