DE69333268T2

DE69333268T2 - Schaltkreis zur Erkennung der Ein/Ausatmungsphase eines Atemzyklusses

Info

Publication number: DE69333268T2
Application number: DE69333268T
Authority: DE
Inventors: Steven L. Olathe Phillips; Russell L. Olathe Holscher; Christopher D. Overland Park Lasnier
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Current assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2013-12-28
Also published as: JPH0747126A; US5630411A; JP3682986B2; EP0606687B1; AU5262893A; DE606687T1; EP0606687A2; DE69333268D1; AU669237B2; EP0606687A3; CA2112884A1; US5438980A; CA2112884C

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle des Druckes eines einem Patienten verabreichten Atmungsgases. Insbesondere umfasst die bevorzugte Vorrichtung einen Trigger-Schaltkreis zur Ermittlung der Ein- und Ausatmungsphase des Atemzyklus des Patienten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Obstruktive Schlafapnoe ist eine Schlafstörung, welche durch ein Erschlaffen des Luftweges einschließlich des Genioglossus-Halsmuskels während des Schlafes gekennzeichnet ist. Wenn dies geschieht, kann der erschlaffte Muskel den Luftweg des Patienten teilweise oder vollständig blockieren. Eine teilweise Blockierung kann zu Schnarchen oder einer Hypopnoe führen. Eine vollständiges Verschließen führt zu einer obstruktiven Schlafapnoe.
Wenn ein vollständiges Blockieren auftritt, führen die Einatmungsanstrengungen des Patienten nicht zur Luftaufnahme und der Patient erleidet einen Sauerstoffentzug. Als Reaktion darauf beginnt der Patient zu erwachen. Bei Erreichen eines annähernd wachen Zustandes nimmt der Musculus genioglossus seine normale Spannung wieder ein, was den Luftweg befreit und ermöglicht, dass eine Einatmung stattfindet. Der Patient fällt darauf in einen tieferen Schlaf zurück, worauf der Musculus genioglossus wieder erschlafft und der Apnoe-Kreislauf sich wiederholt.
Als Folge erreicht der Patient auf Grund des sich wiederholenden Erwachens bis zu einem annähernd wachen Zustand keine vollständig entspannte Tiefschlafperiode. Personen mit obstruktiver Schlafapnoe sind auch nach einem anscheinend normalen Nachtschlaf ständig müde.
Um obstruktive Schlafapnoe zu behandeln, wurde ein System mit andauerndem positiven Luftwegdruck ("continuous positive airway pressure", CPAP) ersonnen, bei dem ständig eine vorgeschriebene Höhe an positivem Luftwegdruck an dem Luftweg des Patienten angelegt ist. Das Vorliegen eines solchen positiven Druckes sorgt für eine Druckaufteilung auf den Luftweg, um den negativen Einatmungsdruck, welcher die erschlafften Luftwegsgewebe in einen Verschlusszustand ziehen kann, auszugleichen. Die bevorzugteste Vorrichtung, um eine positive Luftweg-Verbindung zu erzielen, ist die Verwendung eines Nasenpolsters, wie desjenigen, welches in der US 4 782 832 offenbart ist. Das Nasenpolster dichtet die Nasenlöcher des Patienten ab und übt den positiven Luftwegdruck über die Nasendurchgänge aus. Das Nasenpolster umfasst auch eine kleine Öffnung, um kontinuierlich eine kleine Luftmenge auszulassen, damit eine Akkumulation von Kohlendioxid und Feuchtigkeit verhindert wird.
Bei dem CPAP-System muss der Patient gegen den vorgeschriebenen positiven Druck ausatmen. Dies kann zu Unbequemlichkeiten für den Patienten führen, vor allem bei den höheren Druckniveaus. Auf Grund dieses Problems wurde das sogenannte positive Luftwegdruck-System mit Doppelniveau ("bilevel positive airway pressure system", BiPAP) entwickelt, bei dem der Druck während der Ausatmungsphase des Atemzyklus verringert wird. Eine praktische Umsetzung des BiPAP-Systems ging auf Grund der Schwierigkeit der genauen und zuverlässigen Detektion des Auftretens der Ausatmungs- und Einatmungsphase des Atemzyklus nur mit marginalem Erfolg einher. Die Detektion der Atmungsphase war deshalb ein Problem, da der andauernde Luftaustritt an dem Nasenpolster und an anderen Leckstellen des Systems zu einem positiven Nettoluftstrom zu dem Patienten führt. Daher kann ein Phasenübergang nicht allein auf der Basis einer Richtungsänderung des Luftstromes ermittelt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung löst die oben erörterten Probleme des Standes der Technik und stellt eine deutliche Weiterentwicklung des Standes der Technik bereit. Insbesondere ermittelt die hier angesprochene Vorrichtung zuverlässig die Einatmungs- und Ausatmungsphasen im Atemzyklus, um als Reaktion den Atmungsgasdruck zu steuern.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Anspruch 1 definiert.
Der bevorzugte Phasenerkennungs-Schaltkreis erzeugt ein erstes und ein zweites Signal entsprechend dem Atmungsgasstrom, wobei diese Signale relativ zu einander zeitversetzt und in ihrer Höhe skaliert sind. Bei dieser Konfiguration stellen die Signale unterschiedliche Zunahmen und Spannungsverschiebungen relativ zueinander während jeweiliger Phasen des Atemzyklus bereit. Diese beiden Signale werden verglichen, um Übergänge zu ermitteln, welche mit Übergängen von einer Atmungsphase zu einer anderen korrelieren. Bei einer zuverlässigen Phasenerkennung wird der dem Patienten verabreichte Gasdruck in Übereinstimmung mit den Phasen gesteuert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Darstellung der bevorzugten Vorrichtung, um die Atmung eines Patienten zu erleichtern;
2 zeigt ein elektrisches Schema des bevorzugten Phasenerkennungs-Schaltkreises der Vorrichtung von 1;
3 zeigt einen Graphen, welcher die Strom- und Verschiebungssignale des Erkennungs-Schaltkreises von 2 sowie Einatmungs- und Ausatmungsphasen eines Patienten veranschaulicht;
4 zeigt ein elektrisches Blockdiagramm, welches die bevorzugte Drucksteuerung von 1 veranschaulicht;
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Hauptkomponenten des bevorzugten Ventils von 1;
6 zeigt eine kleinere perspektivische Ansicht des Einlass-/Auslass-Gehäuses des Ventils von 5;
7 zeigt eine Teil-Schnittansicht des zusammengebauten Ventils von 5, wobei die verschiebbaren Komponenten in einer ersten Position veranschaulicht sind;
8 zeigt eine Teil-Schnittansicht des zusammengebauten Ventils von 5, wobei die verschiebbaren Komponenten in einer zweiten Position ver anschaulicht sind;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles des Ventils von 1;
10 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Ventils von 9; und
11 zeigt eine Schnittansicht des Ventils von 9.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Gasversorgung 12, ein Regelventil 14, einen Druckfühler 16 und einen Stromfühler 18 in Verbindung mit einem sogenannten "ADAM"-Schaltkreis, welcher von der Puritan Bennett Corp., Lenexa, Kansas, erhältlich ist und einen Druckluftschlauch 20 und ein Nasenpolster 22 umfasst. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner den Phasenerkennungs-Schaltkreis 24 und die Drucksteuerung 26. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten 12 bis 18 und 24 bis 28 in einem einzigen Gehäuse eingeschlossen, mit dem der ADAM-Schaltkreis verbunden ist.
Die Gasversorgung ist vorzugsweise ein Verdichter mit einstellbarer Geschwindigkeit, so dass 120 Liter pro Minute bei 30 cm Wasserdruck erzeugt werden. Der bevorzugte Druckfühler 16 ist von der Sensym Company mit der Modellnummer SCX01 erhältlich. Der Stromfühler 18 ist vorzugsweise ein Wandler Modell AWM2300, erhältlich von der Microswitch Corp., welcher zur Erzeugung eines elektrischen Signals an der Leitung 30 betrieben werden kann, das dem Luftstrom durch dieselbe entspricht und dadurch dem dem Patienten verabreichten Luftstrom entspricht.
Die 2 zeigt ein elektrisches Schema des Phasenerkennungs-Schaltkreises 24, welcher einen Signalerzeugungs-Schaltkreis 32 und einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis 34 umfasst. Der Signalerzeugungs-Schaltkreis 32 empfängt das Stromsignal von dem Stromfühler 18 über eine Leitung 30. Aus diesem Signal werden Rauschen und andere Spitzen durch einen Widerstand R1 (22 K) und einen Kondensator C1 (1 μF) herausgefiltert, welche wie in 2 gezeigt verbunden sind, und es wird als Signal "S" zu dem Signalverarbeitungs-Schaltkreis 34 übertragen.
Der Signalerzeugungs-Schaltkreis 32 wandelt auch das Stromfühler-Signal in ein verschobenes Signal "Sd" um, welches relativ zu dem Signal "S" zeitverzögert und in seiner Höhe skaliert ist. Anfangs ist das Stromfühler-Signal unter Verwendung des Widerstandes R2 (100 K) und des Kondensators C2 (2,2 μF), welche wie gezeigt miteinander verbunden sind, um 200 ms zeitverzögert. Die relative Zeitverzögerung zwischen den Zeitsignalen S und Sd ist durch die Graphen in 3 veranschaulicht.
Das zeitverzögerte Signal wird dann zu dem positiven Eingangsanschluss eines Verstärkers A1 (Typ 358A) übertragen, wobei dessen Ausgang als Rückkopplung mit einem negativen Eingangsanschluss verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers A1 ist auch mit dem Ausgangswiderstand R3 (221 K) verbunden. Der Verstärker A1 arbeitet als Spannungsfolger, um einen Eingang mit hoher Impedanz für das Stromsignal bereitzustellen.
Das aufbereitete Zeitverzögerungssignal wird dann verarbeitet, um seine Höhe zu skalieren, so dass das Signal Sd während der Einatmungsphase eine geringere Amplitude als das Signal S bereitstellt und das Signal Sd während der Ausatmungsphase eine höhere Amplitude als das Signal S bereitstellt, wie in 3 veranschaulicht ist. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird die Zunahme des Signals unabhängig von den Einatmungs- und Ausatmungsabschnitten des Signals geändert und durch die Emfindlichkeits-Potentiometer R4 und R9 eine veränderliche Verschiebung addiert.
Wie weiter unten erörtert wird, erzeugt der Ausgang des Phasenerkennungs-Schaltkreises 24 ein logisch hohes Ausgangssignal während des Ausatmens und ein logisch niedriges während des Einatmens. Diese Ausgangssignale sind auch als Rückkopplung zu dem Signalerzeugungs-Schaltkreis 32 bereitgestellt, insbesondere um den Steueranschluss C des CMOS-Einatmungsschalters S1 zu steuern und den Steueranschluss C des CMPS-Schalters S2 zu steuern. Diese CMPS-Schalter sind vom Typ 4066B und arbeiten derart, dass der Schalter auf "ein" steht, wenn ein logisch hohes Eingangssignal an dem Anschluss C anliegt, was bedeutet, dass eine Verbindung zwischen ihren Anschlüssen "I" und "0" gebildet ist. Wenn der Anschluss C niedrig ist, ist die Verbindung zwischen den Anschlüssen I und 0 offen.
Während des Einatmens ist der Anschluss C niedrig und der Schalter ist aus. Dann wird dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers A2 (Typ 358A) über das Einatmungsempfindlichkeits-Potentiometer R4 (vollständige 500 Phm-Skala), den Widerstand R5 (10 K) und den Widerstand R6 (221 K) Spannung zugeführt. Der Widerstand R7 (221 K) verbindet den Ausgang des Verstärkers A2 mit dessen negativem Eingangsanschluss. Der Spannungspegel, welcher an dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers A2 angelegt ist, bestimmt die Amplitudenskalierung des verzögerten Stromfühlersignals, welches an den positiven Eingangsanschluss übertragen wird. Insbesondere ist das Potentiometer R4 so eingestellt, dass es die gewünschte Verschiebung des Ausgangssignales Sd relativ zu dem Signal S während der Einatmung bereitstellt.
Ebenfalls während des Einatmens wird das logisch niedrige Signal an den Anschluss C des Schalters S2 übertragen, was diesen Schalter ausschaltet. Dann wird wieder über den Widerstand R8 (10 K) ein logisch hohes Signal an den Anschluss C des CMPS-Schalters S3 angelegt. Dies schaltet den Schalter S3 ein, was ein Erdpotential an den Spannungsausgang des Potentiometers R9 und des Widerstandes R10 anlegt und dadurch den Ausatmungsempfindlichkeits-Bereich des Schaltkreises deaktiviert.
Während des Ausatmens wird ein logisch hohes Signal an den Anschluss C des Schalters S1 angelegt, welcher dann einschaltet und ein Erdpotential an den Spannungsausgang des Potentiometers R4 und des Widerstandes R5 anlegt, damit der Einatmungsempfindlichkeits-Bereich des Schaltkreises deaktiviert wird. Das logisch hohe Ausatmungssignal schaltet ebenfalls den Schalter S2 ein, welcher ein Erdpotential an den Spannungsausgang des Widerstandes R8 anlegt. Dann wiederum schaltet der Schalter S3 aus. Dies ermöglicht, dass eine Ausatmungsempfindlichkeits-Spannung über das Ausatmungsempfindlichkeits-Potentiometer R9 (vollständige 500 Phm-Skala), den Widerstand R10 (10 K) und den Widerstand R11 (221 K) an den positiven Eingangsanschluss des Verstärkers A2 übertragen wird. Das Potentiometer R9 ist so eingestellt, dass es die gewünschte Verschiebung des Signals Sd relativ zu dem Signal S während des Einatmens bereitstellt.
Wie in dem Graphen von 3 veranschaulicht, erzeugt der Signalerzeugungs-Schaltkreis 32 die Signale S und Sd so, dass während des Einatmens der Spannungspegel des Signales Sd geringer ist als der des Signales S. Umgekehrt ist während des Ausatmens der Spannungspegel des Signals S geringer als der des Signals Sd.
Der Signalerzeugungs-Schaltkreis 34 empfängt die Signale S und Sd und vergleicht diese Signale, um das Auftreten der Einatmungs- und Ausatmungsphase des Atemzyklus zu ermitteln. Konkret wird das Signal S an dem negativen Eingangsanschluss des Komparators A3 (Typ 358A) und das Signal Sd an dessen positivem Eingangsanschluss über den Widerstand R12 (100 K) empfangen. Wenn der Spannungspegel des Signals S größer ist als der des Signals Sd, ist das Ausgangssignal des Komparators A3 logisch niedrig, wodurch ein Einatmen angezeigt wird. Wenn der Spannungspegel des Signals Sd der größere der beiden ist, geht das Ausgangssignal des Komparators A3 hoch und ein Ausatmen wird angezeigt.
Ein Widerstand R13 (100 K), ein Widerstand R14 (10 m) und ein Kondensator C3 (2,2 μF) sind, wie in 2 veranschaulicht, mit dem Komparator A3 verbunden und stellen eine Signal-Austastlücke nach dem Übergang an den Ausgang des Komparators A3 bereit. Insbesondere stellen der Widerstand R13 und der Kondensator C3 beim Anlegen einer Rückkopplung von dem Ausgang zu dem positiven Eingangsanschluss des Komparators A3 eine erhöhte Spannungshysterese bereit, um ein fälschliches Auslösen auf Grund von Spitzen, Rauschen oder dergleichen zu beseitigen. Der Kondensator C4 (100 nF) stellt einen Eingangsabgleich für die Versorgungsspannung bereit, welche dem Komparator A3 zugeführt wird.
Eine Betrachtung der Graphen der Signale S und Sd in 3 veranschaulicht die Schnittpunkte 36 und 38 und ein Artefakt 40 an dem Einatmungs-Peak des Signals Sd.
Die Schnittpunkte 36, 38 werden durch die Zeitverzögerung, welche durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2 erzeugt wird, durch die Skalierung der Amplitude und durch die Verschiebungsspannungen, welche durch die Potentiometer R4 und R9 für die entsprechenden Phasen eingestellt werden können, ermittelt. Das Artefakt 40 entspricht der Phasenänderung von Einatmung und Ausatmung und tritt auf Grund des Überganges des Signalerzeugungs-Schaltkreises 32 zwischen den Einatmungs- und Ausatmungs-Verschiebungsmoden auf. Die Zeitverzögerung von dem Schnittpunkt 36 zu dem Artefakt 40 entspricht der Austastlücke, welche durch die Hysterese des Komparators A3, wie durch die Widerstände R12, R13 und R14 eingestellt, ermittelt wird. Der Phasenerkennungs-Schaltkreis 24 stellt ein Ausgangssignal an der Linie 42 bereit, welches der Einatmungs- und Ausatmungsphase des Patienten entspricht. Insbesondere stellt der Schaltkreis 24 ein logisch hohes Ausgangssignal von +10 V Gleichstrom während des Ausatmens und ein logisch niedriges Ausgangssignal von 0 V während des Einatmens bereit.
4 zeigt ein elektrisches Blockdiagramm, welches eine Drucksteuerung 26, ein Regelventil 14 und einen Druckfühler 16 veranschaulicht. Allgemein empfängt die Steuerung 26 Signale von dem Phasenerkennungs-Schaltkreis 24 und dem Druckfühler 16 und regelt als Reaktion darauf das Ventil 14, um den entsprechenden Einatmungs- und Ausatmungsdruck aufrecht zu erhalten, welche dem Patienten verabreicht werden.
Der Druckfühler 16 stellt ein Paar Differential-Spannungssignale an den entsprechenden Eingängen des Differential-Verstärkers 44 bereit, welcher mit der Bereitstellung eines Spannungs-Ausgangssignals (Vp) an das Fehlererkennungssystem 46 antwortet, wobei dieses dem Druck entspricht, welcher dem Patienten verabreicht wird. Ein herkömmliches Fehlererkennungssystem 46 vergleicht das Drucksignal Vp mit einem Sollwert-Drucksignal Vs, um ein Fehlersignal Ve zu erzeugen.
Das Sollwert-Signal Vs wird von Digital-Analog-Wandlern ("digital-to-analog-converter", DAC) 48, DAC 50 und einem CMPS-Schalter 52 erzeugt. Der DAC 48 empfängt über einen Satz von fünf DIP-Schaltern 54 ein digitales Eingangssignal, welches dem gewünschten positiven Ausatmungsluftdruck ("exhalation positive air pressure", EPAP) entspricht, und wandelt die digitalen Ausgangssignale in ein entsprechendes Analogsignal um, welches an einen Anschluss 22 des Schalters 52 übertragen wird. Auf ähnliche Weise empfängt der DAC 50 sein digitales Eingangssignal für einen positiven Einatmungsluftdruck ("inhalation positive air pressure", IPAP) von einem Satz von fünf DIP-Schaltern 56 und überträgt sein analoges Ausgangssignal zu einem Anschluss I1 des Schalters 52. Der Steueranschluss C ist mit der Leitung 42 verbunden und empfängt die Einatmungs- und Ausatmungssignale von dem Phasenerkennungs-Schaltkreis 24. Während der Ausatmung aktiviert das an dem Anschluss C empfangene +10 V Gleichstromsignal den Schalter 52, um die EPAP-Spannung an dem Anschluss I2 als Ausgangssignal Vs bereitzustellen. Während der Einatmung verursacht das logisch niedrige Signal an dem Anschluss C, dass der Schalter 52 die IPAP-Spannung an dem Anschluss I1 als Ausgangssignal Vs bereitstellt.
Das Fehlersignal Ve wird an der Schnittstelle 58 bereitgestellt, welche ein herkömmlicher Schnittstellen-Schaltkreis ist, der aufgebaut ist, um das Fehlersignal Ve in ein Signal Vc umzuwandeln, das mit dem Ventil 14 entsprechend den durch den Hersteller genannten Spezifikationen kompatibel ist. Das Signal Vc wird dem Energie- Verstärker 66 zugeführt und als entsprechendes Eingangssignal für den Energie-Verstärker 68 umgekehrt. Das Nettoergebnis ist ein Differential-Spannungsausgang der Verstärker 66 und 68, welcher an den Anschlüssen des Ventil-Motors des Regelventils 14 angelegt wird, wie nachfolgend weiter beschrieben wird.
Die 5 bis 8 zeigen ein bevorzugtes Regelventil 14, welches ein Ventil-Bodenteil 70, ein verschiebbares Ventilelement 72 und eine Ventilelement-Abdeckung 74 aufweist. Das Ventil-Bodenteil 70 umfasst ein Gehäuse 76 und einen Ventil-Motor 78 mit einer Motorwelle 80, in deren Ende sich eine Befestigungsöffnung 81 befindet.
Das Gehäuse 76 ist vorzugsweise aus Kunstharz-Material mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausbildung und weist einen oberen und unteren Abschnitt 82 und 84 auf. Der obere Abschnitt 82 hat eine obere Stirnseite 86, welche eine mittig angeordnete Öffnung 88 zur Aufnahme der Motorwelle 80 aufweist, die sich aufwärts durch dieselbe hindurch erstreckt. Die Seitenwände 90 des oberen Abschnittes 82 haben einen etwas geringeren Durchmesser als die Seitenwände 92 des unteren Abschnitts 84 und bilden dadurch einen Sockel 94, um die Ventilabdeckung 74 zu tragen. Das Gehäuse 76 umfasst ferner drei nach außen und oben offene Ausnehmungen 96a, 96b und 96c, welche im Querschnitt im Wesentlichen eine trapezoide Ausbildung aufweisen. Jede Ausnehmung ist durch eine untere Wand 98 sowie Seitenwände 100, 102 und 104 begrenzt. Zusätzlich umfassen die Seitenwände 90 des oberen Abschnitts drei nach außen gerichtete runde Verschlussvorsprünge 106, welche mittig zwischen den aneinander grenzenden Ausnehmungen 96a bis 96c angeordnet sind.
Das integrierte Ventilelement 72 umfasst eine kegelstumpf förmige Nabe 108, einen Tragring 110, drei kuchenstückförmige, gleichmäßig beabstandete Tragkörper 114a, 114b und 114c, welche die Nabe 108 und den Tragring 110 miteinander verbinden, sowie drei rechtwinklig geformte Ventilfinger 116a, 116b und 116c, welche gleich von dem Umfang der Nabe 108 beabstandet sind und sich von dieser nach oben erstrecken. Die Nabe 108 umfasst ein Loch 118, welches in ihrer unteren Fläche zur Aufnahme der Motorwelle 80 vorgesehen ist. Zusätzlich umfasst die Nabe 108 eine mittige Öffnung 120 durch ihre obere Fläche, durch die eine Befestigungsschraube aufgenommen ist, welche ferner von der Befestigungsöffnung 81 der Motorwelle aufgenommen ist, um das Element 72 an der Welle 80 zu befestigen.
Die Nabe 108, der Ring 110 und die Tragkörper 114a bis 114c bilden drei gleich beabstandete Auslassöffnungen 122a, 122b und 122c, welche eine mit den Ausnehmungen 96a bis 96c deckungsgleiche Form aufweisen und passgenau zu diesen ausgebildet sind.
Die Ventilelement-Abdeckung 74 umfasst ein wie ein umgekehrter Becher geformtes Element 124, welches eine Seitenwand 126 sowie eine obere Wand 128 aufweist, und umfasst ferner ein Einlassrohr 130, ein Auslassrohr 132 sowie Ventilfinger 134a, 134b und 134c. Das Einlassrohr 130 liegt koaxial zu dem becherförmigen Element 124 an der oberen Wand 128, wogegen sich das Auslassrohr 132 von der Seitenwand 126 nach außen erstreckt. Die gleich beabstandeten Finger 134a bis 134c verlaufen von der Innenfläche 136 der oberen Wand 128 nach unten und sind zwischen die Finger 116a bis 116c und die dazwischen liegenden Spalte eingeschoben ausgebildet. Das röhrenförmige Element umfasst zudem voneinander beabstandete Schlitze 138, welche im unteren Rand der Seitenwand 126 angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie zu einem entsprechenden Verschlussvorsprung 106 passge nau sind, um die Abdeckung 74 an dem Ventil-Bodenteil 70 zu befestigen.
Die 7 und 8 zeigen das zusammengebaute Regelventil 14, wobei die Ventilfinger 134a bis 134c der Abdeckung 74 konzentrisch über den Ventilfingern 116a bis 116c des drehbaren Elementes 72 liegen. In Betrieb versorgt die Drucksteuerung 26 den Ventilmotor 78 mit Energie, um das Element 72 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung (7) und einer vollständig geöffneten Stellung ( 8) sowie dazwischen liegenden Stellungen zu drehen.
In der vollständig geschlossenen Stellung nach 7 sind die Finger 116a bis 116c und 134a bis 134c vollständig miteinander verwoben, um die entsprechenden Räume zu verschließen, die Öffungen 122 befinden sich in vollständiger Überlappung mit den Ausnehmungen 96a bis 96c. In dieser Stellung strömt die gesamte Luft, welche von der Quelle 12 in das Eingangsrohr 130 tritt, durch die Öffnungen 122a bis 122c und die Ausnehmungen 96a bis 96c aus. In der vollständig geöffneten Stellung nach 8 überlappen die Finger 116a bis 116c und 134a bis 134c derart, dass die dazwischen liegenden Räume offen sind und die Tragkörper 114a bis 114c sich in Überlappung mit den Ausnehmungen 96a bis 96c befinden und sie dadurch verschließen. Bei dieser Ausrichtung strömt die gesamte Luft durch das Auslassrohr 132 aus, um dem Patienten verabreicht zu werden.
Die Stellungen zwischen vollständig geöffnet und vollständig verschlossen ermöglichen, dass entsprechende Anteile der Eingangsluft durch die Ausnehmungen 96a bis 96c und durch das Auslassrohr 132 strömen. Auf diese Weise stellt das Regelventil 14 eine präzisere Kontrolle des dem Patienten verabreichten Druckes und einen feinfühligeren Übergang zwischen Druckeinstellungen bereit.
Beim Betrieb der Vorrichtung 10 während des Einatmens ist es notwendig, einen ausreichenden Druck zur Aufrechterhaltung der Luftweg-Druckschiene in dem Patienten bereitzustellen, um eine Okklusion zu verhindern. Für die Bequemlichkeit des Patienten ist es jedoch wünschenswert, den Druck auf einen Wert zu reduzieren, welcher, einschließlich des Umgebungsdruckes, so gering wie möglich ist, während immer noch ein ausreichender Druck aufrecht erhalten wird, um den Luftweg offen zu halten. Um diese Vorteile zu erreichen, ermittelt der Phasenerkennungs-Schaltkreis 24 die Einatmungs- und Ausatmungsphasen der Atmung des Patienten und stellt der Drucksteuerung 26 entsprechende Signale bereit. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel regelt die Steuerung 26 ihren Ausgangsdruck auf eine vorbestimmte Weise, welche mit dem Einatmen und dem Ausatmen korreliert ist, wie es durch die Signale, welche von dem Schaltkreis 24 empfangen werden, angezeigt ist. Insbesondere regelt die Drucksteuerung 26 den dem Patienten zugeführten Druck auf einen höheren Pegel während des Einatmens und einen geringeren Pegel während des Ausatmens, wie es durch die Einstellungen an den DACs 48, 50 ermittelt wird. Typischerweise werden der entsprechende Einatmungs- und Ausatmungs-Druckpegel vom Arzt des Patienten vorgeschrieben.
Die 9 bis 11 veranschaulichen ein Regelventil 140, welches ein anderes Ausführungsbeispiel eines Regelventiles zur Verwendung an Stelle des Ventils 14 ist. Das Ventil 140 umfasst einen Ventilkörper 42 sowie eine Stellglied-Anordnung 144. Der Ventilkörper 142 umfasst eine äußere mit einem Einlass-Durchgang 148 kommunizierende Einlasskupplung 146 und umfasst ferner einen Abluft- Durchgang 150 sowie einen Auslass-Durchgang 152 mit einer sich davon erstreckenden äußeren Auslass-Kupplung 154. Wie in den 10 bis 11 veranschaulicht ist, kommunizieren der Abluft- und Auslass-Durchgang 150, 152 mit dem Einlass-Durchgang 148 und erstrecken sich dazu querlaufend parallel zueinander.
Die Stellglied-Anordnung 144 umfasst einen Ventil-Motor 156, einen Ventil-Schaft 158, ein Abluft-Ventilelement 160 und Auslass-Ventilelement 162. Wie in den Figuren 9 bis 11 veranschaulicht ist, ist der Motor 156 mit dem Boden des Körpers 142 verbunden, wobei der motorbetriebene Schaft 158 sich davon ausgehend nach oben durch den und quer zu dem Abluft- und dem Auslass-Durchgang 150, 152 erstreckt. Die Ventilelemente 160, 162 stellen ovale Ausbildungen dar und sind mit dem Schaft 158 zur Drehung mit demselben gekoppelt. Das Element 160 ist innerhalb des Abluft-Durchganges 150 angeordnet und das Element 152 ist innerhalb des Auslass-Durchganges 152 angeordnet. Die Ventilelemente 160, 162 funktionieren auf eine herkömmlichen Flügelventilen analoge Weise.
Wie veranschaulicht, sind die Ventilelemente 160, 162 um etwa 45 Grad zueinander an dem Schaft 158 winklig versetzt. Der Ventilmotor 156 ist elektrisch mit der Drucksteuerung 26 verbunden und empfängt von dieser Signale auf dieselbe Weise wie der Ventil-Motor 78 oder das Ventil 14.
Die 10 und 11 veranschaulichen das Regelventil 140 in der Schließ-/Abluft-Stellung. In dieser Stellung ist das Abluft-Ventilelement 160 parallel zu dem Luftstrom ausgerichtet und das Auslass-Element 162 ist derart ausgerichtet, dass seine Ränder in die Seitenwände des Auslass-Durchganges 152 eingreifen, um jedes Ausströmen zu verhindern. Mit anderen Worten, die gesamte Einlass- Luft, welche durch den Einlass-Durchgang 148 eindringt, würde durch den Abluft-Durchgang 150 abströmen und nichts davon würde dem Patienten durch den Auslass-Durchgang 152 verabreicht. In die Offen-/Auslass-Stellung würden die Elemente 160 und 162 von oben betrachtet im Uhrzeigersinn verdreht werden, bis die Ränder des Abluft-Elementes 160 in die den Abluft-Durchgang 150 begrenzenden Wände eingreifen. In dieser Stellung ist das Auslass-Element 162 parallel zu dem Luftstrom durch den Auslass-Durchgang 152 ausgerichtet. Auf diese Weise strömt keine Luft aus, sondern es ist vielmehr eine vollständige Versorgung durch den Auslass-Durchgang 152 bereitgestellt.
Der Motor 156 reagiert auf die Signale, welche von der Drucksteuerung 26 empfangen werden, um das Ventil 140 in die Schließ- oder Pffen-Stellung oder jede dazwischenliegende Stellung zu bewegen. Wie bei dem Regelventil 14 erlaubt diese Anordnung einen gleichmäßig regelbaren Übergang zwischen den verschiedenen Ventilstellungen.
Nachdem so das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wird das Nachfolgende als neu beansprucht und durch eine Patenturkunde zu sichern gewünscht.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung des Druckes eines einem Patienten verabreichten Atmungsgases während der Ein- und Ausatmungsphase des Atemzyklus des Patienten, insbesondere zur Verhinderung obstruktiver Schlafapnoe, wobei die Vorrichtung umfasst: a) eine Gasversorgung (12), die ein Atmungsgas unter Druck von einer Quelle zu dem Patienten führt, welche über ein Ventil (14) mit einem Druckfühler (16) und einem Stromfühler (18) verbunden ist, welcher ein Gasstromfühler-Signal (S) erzeugen kann, welches für die momentane Stromstärke des dem Patienten verabreichten Atmungsgases repräsentativ ist; b) einen Schaltkreis (24) zur Erkennung der Ein-/Ausatmungsphase mit i) einem Signalerzeugungs-Kreis (32) und ii) einem Signalverarbeitungs-Kreis (34), wobei der Signalerzeugungs-Kreis (32) Mittel zum Empfang des Stromfühler-Signals von dem Stromfühler (18) und Mittel zur Umformung des Stromfühler-Signals in ein verschobenes Signal (S_d) aufweist, welches zeitverzögert und relativ zu dem Stromfühler-Signal (S) in der Höhe skaliert ist, wobei beide Signale (S) und (S_d) entsprechende Signalpegel in Bezug auf den gleichen Bezugswert haben und das Stromfühler-Signal (S) den höheren Wert während wenigstens eines Abschnittes der Einatmungsphase darstellt und das verschobene Signal (S_d) den höheren Wert während wenigstens eines Abschnittes der Ausatmungsphase darstellt, wobei die Höhe des verschobenen Signales (S_d) während der Einatmungs- oder Ausatmungsphase des Atemzyklus auf einen ersten Wert skaliert wird und während der anderen Phase auf einen zweiten Wert skaliert wird, und wobei das Stromfühler-Signal und das verschobenes Signal an einen Signalverarbeitungs-Kreis (34) abgegeben werden, welcher Mittel zum Vergleichen der Werte der Signale umfasst, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Stromfühler-Signal (S) einen höheren Wert darstellt als das verschobene Signal (S_d), und um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das verschobenes Signal einen höheren Wert darstellt als das Stromfühler-Signal; c) eine Drucksteuereinrichtung (26), welche mit der Gasversorgung (12) und dem Signalverarbeitungs-Kreis (34) verbunden ist und Mittel zum Empfangen der Ausgangssignale und zum Steuern des Druckes des dem Patienten verabreichten Atmungsgases in einer vorgegebenen Weise abhängig von dem Stromfühler- und dem verschobenen Signal aufweist, die einer entsprechenden Atmungsphase entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher Mittel zur Umwandlung des Stromfühler-Signales eingestellt werden können, um eine einstellbare Skalierung des Stromfühler-Signales zu gewährleisten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Steuersignale, die durch den Komparator (34) erzeugt werden, elektrische Signale sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Leitung (20) aufweist, durch die das Atmungsgas dem Patienten zugeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Gasdrucksteuereinrichtung (26) den Druck des Atmungsgases während der Ausatmungsphase des Atemzyklus abhängig von den Steuersignalen, die von dem Komparator (34) bereitgestellt werden, auf Umgebungsdruck einstellt.