DE102008060799B3 - Controller for ventilators to control a variable pressure assist ventilation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kontroller (1) für Beatmungsgeräte (8) zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung, die auf der Variabilität eines respiratorischen Systems (2) beruht, wobei dabei das respiratorische System (2) in Form eines Subjekts (Pi) mit der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens (VT) und einer Atemfrequenz versehen ist, enthaltend Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und die Beatmungsarbeit. Die Lösung besteht darin, dass der Kontroller (1) in der Lage ist, die Variabilität in Form von Schwankungen (DeltaVT) des Atemhubvolumens (VT) bezogen auf einen Mittelwert (VTM) und den zugehörigen Mittelwert (VTM) zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO-VTU) zu führen, während ein Druckunterstützungswert (PASB) anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO-VTU) gemäß den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und der Variabilität des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) zu erreichen, wobei der Kontroller (1) aus folgenden Bestandteilen besteht: - einer Auswertungseinheit (4) zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116), - einer Vergleichseinheit (5) zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen (VTO, VTU) innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches (VTO-VTU) in Bezug auf einen Mittelwert (VTM) oder einer mittleren Standardabweichung (RF) des Atemhubvolumens (VT), - einer ...The invention relates to a controller (1) for ventilators (8) for regulating variable pressure assist ventilation based on the variability of a respiratory system (2), wherein the respiratory system (2) is in the form of a subject (Pi) with intrinsic variability the breath volume (VT) and a respiratory rate is provided, containing properties of the respiratory system (2) and the ventilation work. The solution is that the controller (1) is able to calculate the variability in terms of fluctuations (DeltaVT) of the breath volume (VT) relative to a mean (VTM) and associated mean (VTM) to given breath lift volume values in a given one Breath lift volume target range (VTO-VTU) while a pressure assist value (PASB) is applied to the predetermined breath volume target area (VTO-VTU) according to the mechanical properties of the respiratory system (2) and the variability of the breathing pattern (111, 113, 114, 115, 116), wherein the controller (1) consists of the following components: - an evaluation unit (4) for collecting the properties of the breathing pattern (111, 113, 114, 115, 116), - a comparison unit (5) for testing compliance with predetermined limits (VTO, VTU) within a breath volume target range (VTO-VTU) with respect to a mean (VTM) or a mean standard deviation (RF) of the breath volume ens (VT), - a ...
Description
Die Erfindung betrifft einen Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung.The The invention relates to a controller for ventilators for regulation a variable pressure assist ventilation.
Ein Atemmuster von Patienten, deren Atmung durch ein Beatmungsgerät unterstützt wird, zeichnet sich durch eine Regelmäßigkeit oder eine niedrige Veränderung – Variabilität – von Atemhubvolumina und Atemfrequenz aus. Dies ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, wobei als Variabilität die Schwankungsbreite des Atemhubvolumens und der Atemfrequenz um einen Mittelwert defi niert wird. Zum Einen wird die unterstützte Spontanatmung unter Analgosedierung durchgeführt, was zu einer Senkung der Atemvariabilität führt. Zum Zweiten kann die zugrunde liegende Erkrankung des Patienten zu einer Reduktion der Variabilität des Atemmusters führen. Zum Dritten basieren die meisten herkömmlichen Beatmungsformen auf einer starren Unterstützung der Atmung ohne Beachtung der eigenen intrinsischen Variabilität des Patienten.One Breathing patterns of patients whose breathing is supported by a ventilator draws through a regularity or a low change - variability - of breath volumes and respiratory rate off. This is due to several factors, being as variability the Fluctuation of breath volume and respiratory rate by one Mean value is defined. On the one hand, the supported spontaneous breathing performed under analgesic sedation, which leads to a reduction in respiratory variability. Second, the underlying underlying disease of the patient to a reduction in the variability of the breathing pattern to lead. Third, most conventional forms of ventilation are based on a rigid support Respiration without regard to the patient's own intrinsic variability.
Eine Anpassung der Beatmung oder der adaptiven assistierten Spontanatmung – ASB – anhand respiratorischer Parameter ist bereits mehrfach in Druckschriften beschrieben. Die adaptiven assistierten Spontanatmung ASB als Beatmungsform ist in der Druckschrift Laubscher et al.: An adaptive lung ventilation controller, IEEE Trans. Biomed. Eng., 41: 51–59, 1994, beschrieben und zielt darauf ab, dass bei beatmeten Patienten die Beatmungsarbeit des Beatmungsgerätes an die Atmung des Patienten angepasst wird. Dabei werden die Parameter Atemfrequenz und Atemhubvolumina durch einen im Beatmungsgerät befindlichen Kontroller justiert, so dass ein vom Bediener angegebenes Luftvolumen pro Minute (Minutenvolumen) gewährleistet wird, wobei die Kombination der Parameter zu einer Minimierung der Beatmungsarbeit führen kann. Der Kontroller besteht aus einer zum Beatmungsgerät internen bzw. externen Recheneinheit, welche die Atemfrequenz und das mittlere Atemhubvolumen über eine Überwachungszeit erfasst. Durch einen Algorithmus zur Minimierung der Beatmungsarbeit wird die Atemfrequenz festgelegt und der adaptiv angepasste Unterstützungsdruckwert PASB berechnet, der das resultierende Atemhubvolumen ermöglicht. Wenn die Atemfrequenz des Patienten zu niedrig ist, werden vom Beatmungsgerät in kontrollierter Weise Atemzüge generiert, d. h. es werden Beatmungszyklen initiiert, um die angepasste Atemfrequenz zu erreichen. Ein Problem des Verfahrens ist es, dass die spontane Variabilität des Atemmusters nicht nachgebildet wird und das Beatmungsgerät sich nicht an die Variabilität – den Schwankungen des Atemhubvolumens um einen vorgesehenen Mittelwert VTM – anpassen kann. Ein anderes Problem ist die Störung der Synchronie zwischen Beatmungsgerät und Patienten, wenn das Beatmungsgerät unabhängig von der inspiratorischen Anstrengung des Patienten einen Beatmungszyklus erzeugt.An adaptation of respiratory or adaptive assisted spontaneous breathing - ASB - based on respiratory parameters has already been described several times in pamphlets. The adaptive assisted spontaneous breathing ASB as a ventilation form is described in the document Laubscher et al .: An adaptive ventilation controller, IEEE Trans. Biomed. Eng., 41: 51-59, 1994, and aims to adapt ventilator ventilation to respiratory conditions in ventilated patients. The respiratory rate and respiratory stroke volume parameters are adjusted by a ventilator controller to provide an operator-specified volume of air per minute (minute volume), and the combination of parameters may minimize ventilator work. The controller consists of an internal or external to the ventilator computing unit, which detects the respiratory rate and the average Atemhubvolumen over a monitoring time. A respiratory effort minimization algorithm sets the respiratory rate and calculates the adaptively adjusted assist pressure value P ASB , which enables the resulting breath lift volume. If the patient's respiratory rate is too low, breaths are generated in a controlled manner by the ventilator, ie ventilation cycles are initiated to reach the adjusted respiratory rate. A problem of the method is that the spontaneous variability of the breathing pattern is not replicated and the ventilator can not adapt to the variability - the fluctuations of the breath volume around an intended mean value V TM . Another problem is the disruption of synchrony between the ventilator and the patient when the ventilator generates a ventilation cycle independent of the inspiratory effort of the patient.
Eine proportional unterstützte Beatmung (engl. Proportional Assist Ventilation – PAV) als Beatmungsform ist in der Druckschrift: Proportional assist ventilation, a new approach to ventilatory support, Theory, Am. Rev. Respir. Dis., 145, S. 114–120, 1992, beschrieben, bei der der Unterstützungsdruck proportional zu Atemgasfluss und Atemhubvolumen variiert. Das Ziel besteht hierbei darin, dass die durch Widerstand und Elastizität des Beatmungsgerätes erhöhte Beatmungsarbeit kompensiert und die Beatmung an den Bedarf des Patienten angepasst wird.A proportionally supported Ventilation (English: Proportional Assist Ventilation - PAV) as a respiratory form is in the publication: Proportional assist ventilation, a new approach to ventilatory support, Theory, Am. Rev. Respir. Dis., 145, pp. 114-120, 1992, described in which the support pressure proportional to respiratory gas flow and breath volume varies. The goal is here in that the respiratory effort increased by resistance and elasticity of the ventilator compensated and adapted the ventilation to the needs of the patient becomes.
In
Das Hauptproblem der proportional unterstützten Beatmung – PAV – besteht darin, dass die Steuerung der Druckunterstützung von der Genauigkeit der Messung von Widerstand und Elastizität der Atmung des Patienten abhängig ist. Demnach kann bei einer Fehlschätzung der Parameter eine Über- bzw. Unterkompensation der Beatmungsarbeit erzeugt werden und somit zu niedrigen oder zu hohen Atemhubvolumina führen, ohne dass das Beatmungsgerät gegen eine solche Entwicklung steuert. Ein anderes Problem dieser Beatmungsform besteht dann, dass bei wenig variabler Anstrengung des Patienten, was häufig zu beobachten ist, ein Atemmuster mit im Vergleich zur Spontanatmung reduzierter Variabilität – d. h. geringer Schwankungen des Atemhubvolumens – resultiert.The Main problem of proportionally assisted ventilation - PAV - exists in that the control of the pressure support of the accuracy of the Measurement of resistance and elasticity of the patient's breathing dependent is. Accordingly, if the parameters are miscalculated, an over- or Undercompensation of ventilation work can be generated and thus too low or high breath volumes without the ventilator against controls such a development. Another problem with this form of ventilation then, if the patient's effort is less variable, what often To observe a breathing pattern with compared to spontaneous breathing reduced variability - d. H. slight fluctuations in breath volume - results.
Ein Protokoll zur automatischen Entwöhnung von Patienten vom Beatmungsgerät – SCPS – ist in der Druckschrift: A knowledge-based system for assisted ventilation of patients in intensive care units, Int. J. Clin. Monit. Comput., 9, S. 239–250, 1992, beschrieben, bei der der mittlere Unterstützungsdruckwert PASB der adaptiven Spontanatmung anhand des gemessenen mittleren Atemhubvolumens justiert wird. Das Ziel besteht hierbei darin, dass Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Beatmungsgerätes kompensiert werden, wobei der Zielbereich des mittleren Atemhubvolumens vom grundlegenden Krankheitsbild des Patienten abhängig ist.A protocol for the automatic weaning of patients from the ventilator - SCPS - is in the document: A knowledge-based system for assisted ventilation of patients in intensive care units, Int. J. Clin. Monit. Comput., 9, pp. 239-250, 1992, in which the mean assist pressure value P ASB of adaptive spontaneous breathing is adjusted based on the measured average breath volume. The goal here is to change be compensated for the mechanical properties of the ventilator, wherein the target area of the average breath volume depends on the basic clinical picture of the patient.
In
Ein besonderes Problem des Protokoll-Kontrollers besteht darin, dass der Unterstützungsdruck nach dem mittleren Atemhubvolumen gesteuert und die Variabilität des Atemmusters nicht berücksichtigt wird. Daher kann bei konstanter respiratorischer Anstrengung des Patienten ein Atemmuster mit reduzierter Variabilität resultieren. Als Folge dessen ist der Protokoll-Kontroller nicht in der Lage, zu einer Anpassung des Gasaustausches und der Lungenmechanik beizutragen.One special problem of the protocol controller is that the support pressure after controlled by the mean breath volume and the variability of the breathing pattern is not considered. Therefore, with constant respiratory effort of the patient a breathing pattern with reduced variability result. As result of the protocol controller is unable to adapt gas exchange and lung mechanics.
Im
Rahmen einer variablen Druckunterstützungsbeatmung (engl. Noisy
Pressure Support Ventilation – NPSV),
welche in der Druckschrift
In
Ein Problem besteht dabei jedoch darin, dass es während der Entwöhnung des Patienten vom Beatmungsgerät dazu kommen kann, dass die intrinsische Variabilität des Atemmusters aufgrund der Reduktion der Analgosedierung oder der Verbesserung des Gesundheitszustandes steigt. In dieser Phase kann es zu einer Summation von erzeugter, extrinsischer Variabilität und intrinsischer Variabilität des Atemmusters kommen. Somit besteht die Chance, dass die unphysiologisch gesteigerte totale, d. h. die intrinsische Variabilität plus die extrinsische Variabilität die respiratorische Funktion und/oder den Atemkomfort beeinträchtigen kann. Ein anderes Problem besteht darin, dass die durch das Beatmungsgerät erhöhte Variabilität des Atemmusters zu einer Veränderung der lungenmechanischen Eigenschaften des angeschlossenen Patienten führen kann. Bei einem festen Mittelwert des adaptiven Unterstützungsdrucks PASB kann dies in einer Erhöhung oder einer Senkung des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU resultieren, welches dem Patientenbedarf nicht entspricht. Der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU stellt einen Bereich des Atemhubvolumens VT zwischen der Obergrenze VTO und der Untergrenze VTU dar.One problem, however, is that while the patient is being weaned from the ventilator, the intrinsic variability of the breathing pattern may increase due to the reduction in analgesic sedation or the improvement in health status. At this stage there may be a summation of generated extrinsic variability and intrinsic variability of the respiratory pattern. Thus, there is a chance that the unphysiologically increased total, ie intrinsic variability plus extrinsic variability, may affect respiratory function and / or respiratory comfort. Another problem is that the ventilator's increased variability of the breathing pattern can lead to a change in the lung mechanical properties of the connected patient. At a fixed average of the adaptive assist pressure P ASB , this may result in an increase or decrease in the breath lift volume target range V TO -V TU , which does not correspond to patient demand. The breath lift volume target range V TO -V TU represents a range of the breath volume V T between the upper limit V TO and the lower limit V TU .
Eine neuronal justierte Beatmungsunterstützung (engl. neurally adjusted ventilation assist – NAVA) ist in der Druckschrift Sinderby et al: Neural control of mechanical ventilation in respiratory failure, Nat. Med., 5, S. 1433–1436, 1999, beschrieben, bei der die elektromyographische Aktivität des Zwerchfells durch im Ösophagus platzierten Elektroden erfasst und die Druckunterstützung des Beatmungsgerätes proportional zur elektromyographischen Aktivität gesteuert wird. Ein potentielles Problem der NAVA ist die Notwendigkeit der Anlage einer speziellen Ösophagussonde, welche zu Verletzungen der Ösophagusschleimhaut führen kann. Ein anderes Problem besteht darin, dass die Variabilität des Atemmusters unter der NAVA von der intrinsischen Variabilität des respiratorischen Zentrums des Patienten abhängig ist, daher kann die Variabilität bei bestimmten Krankheitsbildern oder tiefer Sedierung der Patienten reduziert sein und ein relativ wenig variables Atemmuster ergeben.Neurally adjusted ventilation assist (NAVA) is described in Sinderby et al: Neural control of mechanical ventilation in respiratory failure, Nat. Med., 5, pp. 1433-1436, 1999, in which the electromyographic activity of the Zwerch Fells detected by placed in the esophagus electrodes and the pressure support of the ventilator is controlled in proportion to the electromyographic activity. A potential problem with NAVA is the need to attach a special esophageal probe, which can lead to esophageal mucosal injury. Another problem is that the variability of the breathing pattern under the NAVA is dependent on the intrinsic variability of the respiratory center of the patient, therefore the variability in certain conditions or deep sedation of the patients may be reduced and result in a relatively less variable breathing pattern.
Das Hauptproblem der vorgenannten Verfahren und Einrichtungen zur assistierten Spontanatmung besteht darin, dass eine Orientierung an den Surrogatpa rametern der respiratorischen Funktion erfolgt, ohne die Variabilität des Beatmungsgerätes zu berücksichtigen. Das Problem besteht insbesondere darin, dass bei konstanter Atemanstrengung des Patienten oder bei gleich bleibenden mechanischen Eigenschaften des Beatmungsgerätes ein Atemmuster mit unphysiologisch niedriger Variabilität resultiert.The Main problem of the aforementioned methods and devices for assisted Spontaneous breathing is that orientation to the surrogate parameters the respiratory function occurs without taking into account the variability of the ventilator. The problem is, in particular, that with constant breathing effort of the Patients or with the same mechanical properties of the ventilator a breathing pattern with unphysiologically low variability results.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung anzugeben, der derart geeignet ausgebildet ist, dass die respiratorische Funktion, der Atemkomfort erhöht werden können. Dabei soll anhand der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens und der Atemfrequenz des Patienten die durch das Beatmungsgerät erzeugte extrinsische Variabilität moduliert werden. Es soll des Weiteren ermöglicht werden, dass die totale Variabilität innerhalb eines vordefinierten Bereiches festgelegt wird. Gleichzeitig soll der mittlere Atemwegsunterstützungsdruck angepasst werden, um ein adäquates mittleres Atemhubvolumen zu gewährleisten und so eine ausreichende Beatmung des Patienten sicherzustellen.Of the Invention is based on the object, a controller for ventilators for control a variable pressure assist ventilation indicate that is designed so that the respiratory Function, the breathing comfort can be increased can. It should be based on the intrinsic variability of Atemhubvolumens and the Respiratory rate of the patient generated by the ventilator extrinsic variability be modulated. It should also be possible that the total variability within a predefined range. simultaneously the mean airway support pressure should be adjusted to an adequate one to ensure a medium breath volume and to ensure adequate ventilation of the patient.
Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Der
Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung
einer variablen Druckunterstützungsbeatmung,
der auf der Variabilität
eines respiratorischen Systems beruht, wobei dabei das respiratorische
System in Form eines Subjekts Pi mit der
intrinsischen Variabilität
des Atemhubvolumens VT und einer Atemfrequenz
versehen ist, enthaltend Eigenschaften des respiratorischen Systems
und die Beatmungsarbeit,
ist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs
1
in der Lage, die Variabilität in Form von Schwankungen ΔVT des Atemhubvolumens VT bezogen
auf einen Mittelwert VTM und den zugehörigen Mittelwert VTM zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in
einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU zu führen,
während
ein Druckunterstützungswert
PASB anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich
VTO–VTU gemäß den mechanischen
Eigenschaften des respiratorischen Systems und der Variabilität des Atemmusters
zu erreichen, wobei der Kontroller aus folgenden Bestandteilen besteht:
- – einer Auswertungseinheit zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters,
- – einer Vergleichseinheit zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen VTO, VTU innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU in Bezug auf den Mittelwert VTM und einer mittleren Standardabweichung RF des Atemhubvolumens VT,
- – einer Entscheidungseinheit mit vorgegebenen Entscheidungsalgorithmen, welche zu einer Anpassung des Mittelwertes VTM oder der mittleren Standardabweichung RF des Unterstützungsdruckwertes PASB führen, und
- – einer Sendeeinheit mit vorgegebenen komplexen Verteilungen von Unterstützungsdruckwerten PASB, welche einzeln oder als paketartige Serie zum Beatmungsgerät gesendet werden, wobei die Komplexität irreguläre Schwankungen des Drucks um einen Mittelwert darstellt.
is according to the characterizing part of patent claim 1
able to guide the variability in terms of fluctuations ΔV T of the breath volume V T relative to a mean value V TM and the associated mean value V TM to predetermined breath volume values in a predetermined breath volume target range V TO -V TU , while a pressure assist value P ASB In order to achieve the predetermined breath volume target area V TO -V TU according to the mechanical properties of the respiratory system and the variability of the respiratory pattern, the controller consists of the following components:
- An evaluation unit for ascertaining the properties of the breathing pattern,
- A comparison unit for testing compliance with predetermined limits V TO , V TU within a breath volume target range V TO -V TU with respect to the mean value V TM and a mean standard deviation RF of the breath volume V T ,
- - A decision unit with predetermined decision algorithms, which lead to an adjustment of the mean value V TM or the mean standard deviation RF of the support pressure value P ASB , and
- A transmission unit with predetermined complex distributions of assist pressure values P ASB , which are sent individually or as a packet-like series to the ventilator, the complexity representing irregular fluctuations of the pressure around an average value.
Das zugehörige Beatmungsgerät kann im Wesentlichen aus einer Beatmungseinrichtung und einem an die Beatmungseinrichtung angeschlossenen Beatmungsanschluss bestehen, wobei der Kontroller in dem Beatmungsgerät extern oder intern zugeordnet sein kann.The associated ventilator can essentially consist of a ventilation device and an consist of the ventilation device connected to the respiratory connection, the controller in the ventilator being assigned externally or internally can be.
Der Kontroller kann dabei in eine Regelstrecke eingebunden sein, wobei die Informationen zu Eigenschaften des Atemmusters abgefragt und die Änderung der Einstellungen des NPSV-Modus in Form von Unterstützungsdruck-PASB-Sequenzen mit vordefinierten Verteilungen, wie z. B. einer Normalverteilung mit festgelegtem Mittelwert und festgelegter mittlerer Standardabweichung, anhand des Entscheidungsalgorithmus in der Entscheidungseinheit vom Kontroller am Beatmungsgerät vorgenommen werden.The controller can be involved in a controlled system, the information requested on properties of the breathing pattern and the change of the settings of the NPSV mode in the form of support pressure-P ASB sequences with predefined distributions, such. B. a normal distribution with a fixed average and a fixed mean standard deviation, are made on the basis of the decision algorithm in the decision unit of the controller on the ventilator.
Das Subjekt kann über den Beatmungsanschluss an das Beatmungsgerät angeschlossen sein und eine intrinsische Variabilität CVi aufweisen, wobei aus der SOLL-Variabilität sCV der Parameter des Atemmusters und der am Subjekt erhobenen IST-Variabilität iCV des Atemmusters im Kontroller anhand von Ent scheidungsregeln die externe Variabilität CVPASB des Unterstützungsdruckes PASB berechnet wird. Die Werte der Variabilitäten V werden im Kontroller durch Koeffizienten C angegeben und verarbeitet.The subject can be connected to the ventilator via the respiratory connection and have an intrinsic variability CVi, whereby the variability of the parameter and the subject variability of the respiratory pattern in the controller are determined by decision rules, the external variability CVP ASB of the support pressure P ASB is calculated. The values of the variabilities V are indicated in the controller by coefficients C and processed.
In dem Verfahren zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung mittels des vorgenannten, einem Beatmungsgerät zugeordneten Kontrollers, wird gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 5 eine Anpassung der extrinsischen Variabilität des Unterstützungsdruckes PASB an die intrinsische Variabilität des an das Beatmungsgerät angeschlossenen Subjektes durchgeführt, wobei die Variabilität des Atemmusters für die Regelung der assistierten Spontanatmung vorgesehen wird.In the method for controlling a variable pressure assist ventilation by means of As mentioned in the characterizing part of patent claim 5, the controller assigned to a respirator is adapted to adapt the extrinsic variability of the assisting pressure P ASB to the intrinsic variability of the subject connected to the respirator, the variability of the breathing pattern being provided for assisted spontaneous breathing control.
Dabei wird in mehreren folgenden vorgegebenen Überwachungszeiten tÜZ1, tÜZ2, tÜZ3, tÜZ4, tÜZ5 anhand von auftretenden und vom Kontroller registrierten Zuständen X1, X2, X3, X4, X5 das Beatmungsgerät mit dem Kontroller nach einer Regelstrecke betrieben.In this case, the ventilator with the controller for a plurality of following predetermined monitoring times t ÜZ1 , t ÜZ2 , t ÜZ3 , t ÜZ4 , t ÜZ5 on the basis of occurring and registered by the controller states X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 Operated controlled system.
Bei einem auftretenden Zustand X1 befindet sich der Mittelwert VTM1 des Atemhubvolumens VT während der ersten Überwachungszeit tÜZ1 im vorgegebenen Minutenbereich zunächst oberhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, wobei dadurch, dass der Mittelwert VTM1 außerhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumens VT liegt, durch den Kontroller eine Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB erfolgt.In an occurring condition X 1 , the mean value V TM1 of the breath volume V T during the first monitoring time t ÜZ1 in the predetermined minute range is initially above the upper limit V TO Atemhubvolumen target range V TO -V TU , characterized in that the mean value V TM1 outside the upper limit V TO of Atemhubvolumens V T is carried out by the controller, a reduction in the assist pressure value P ASB .
Bei einem auftretenden Zustand X2 nach Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB durch den Kontroller wird ein Mittelwert VTM2 des Atemhubvolumens VT erreicht, welcher während der zweiten Überwachungszeit tÜZ2 im vorgegebenen Minutenbereich innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU liegt.In an occurring state X 2 after lowering of the assist pressure value P ASB by the controller, an average value V TM2 of Atemhubvolumens V T is reached, which is during the second monitoring time t ÜZ2 in the predetermined minute range within the Atemhubvolumen target range V TO -V TU .
Bei einem auftretenden Zustand X3 in einer nachfolgenden dritten Überwachungszeit tÜZ3 bleibt der Mittelwert VTM3 des Atemhubvolumens VT zwar innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, aber durch eine vom Kontroller initiierte Erhöhung der externen Variabilität CVPASB des Unterstützungsdru ckes PASB vergrößern sich die absoluten Werte der Maxima und der Minima des Atemhubvolumens VT, wobei die Spitzen der Maxima des Atemhubvolumens VT die Obergrenze VTO überschreiten.In an occurring state X 3 in a subsequent third monitoring time t ÜZ3 , the mean value V TM3 of the breath volume V T remains within the Atemhubvolumen target area V TO -V TU , but by a controller initiated increase of the external variability CVP ASB of the support pressure P ASB increase the absolute values of the maxima and the minima of the breath volume V T , wherein the peaks of the maxima of the Atemhubvolumens V T exceed the upper limit V TO .
Bei einem auftretenden Zustand X4 während einer vierten Überwachungszeit tÜZ4 werden die vergrößerten Atemhubvolumen-Amplitudenwerte bei Senkung des Unterstützungsdruckes PASB nahezu beibehalten, aber der Mittelwert VTM4 wird über die Obergrenze VTO angehoben.In an occurring state X 4 during a fourth monitoring time t ÜZ4 , the increased breath-stroke volume amplitude values are almost maintained when the assist pressure P ASB is lowered , but the average value V TM4 is raised above the upper limit V TO .
Bei einem auftretenden Zustand X5 in einer fünften Überwachungszeit tÜZ5 wird der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU für den Mittelwert VTM5 des Atemhubvolumens bei den etwa gleichen Atemhubvolumen-Amplitudenwerten nicht überschritten, wobei die Variabilität des Atemhubvolumens VT deshalb durch die Variabilität der inspiratorischen Anstrengung beeinflusst wird, da ein variabler Unterstützungsdruckwert PASB erzeugt wird und nunmehr der Kontroller derart in der Lage ist, den Mittelwert VTM(t) des Atemhubvolumens VT zu justieren und die Variabilität des Atemmusters durch den Kontroller zu beeinflussen, wodurch eine Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften in dem Beatmungsgerät durch den Kontroller erreicht wird.In a occurring state X 5 in a fifth monitoring time t ÜZ5 the Atemhubvolumen target range V TO -V TU for the average value V TM5 of Atemhubvolumens is not exceeded at the approximately same Atemhubvolumen amplitude values, wherein the variability of the Atemhubvolumens V T therefore by the variability the inspiratory effort is influenced, since a variable assist pressure value P ASB is generated and now the controller is able to adjust the mean value V TM (t) of the breath volume V T and to influence the variability of the breathing pattern by the controller Adjustment of the gas exchange and the lung mechanical properties in the ventilator by the controller is achieved.
Aus den absolvierten Anpassungen wird der stabile fünfte Zustand X5 im Rechteck zwischen dem Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU und den beiden prozentual festgelegten Grenzen CVUVT (Untergrenze) und CVOVT (Obergrenze) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT erreicht.From the completed adjustments, the stable fifth state X 5 in the rectangle between the Atemhubvolumen target range V TO -V TU and the two percentage fixed limits CV U V T (lower limit) and CV O V T (upper limit) of the coefficient of variation of the Atemhubvolumens V T reached.
Das Verfahren wird mittels installierter programmtechnischer Mittel im Kontroller bezogen auf die Zustandsphasen X1, X2, X3, X4, X5 in den Funktionseinheiten des Kontrollers in mehreren folgenden Schritten durchgeführt:
- – Schritt 4.0: Die Auswertung der Eigenschaften des jeweiligen Atemmusters im Sinne ihrer statistischen Beschreibung mit dem Mittelwert VTM und der mittleren Standardabweichung RF, der exspiratorischen Zeit Te, der inspiratorischen Zeit Ti, der Atemzyklusdauer Ttot, dem Atemwegsspitzendruck Ppeak und dem mittleren Atemwegsdruck über die Überwachungszeit tÜZ in der Auswertungseinheit erfolgt, wobei diese Informationen vom Beatmungsgerät abgefragt bzw. anhand des Atemfluss- und Atemwegsignals berechnet werden, wobei der IST-Zustand festgestellt wird und wobei iCV für die gemessene IST-Variabilität eines Parameters steht,
- – Schritt 5.1: Der Vergleich der gemessenen Mittelwerte VTM1, VTM2, VTM3, VTM4, VTM5 des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze VTU erfolgt in der Vergleichseinheit, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.0 übergeht, der in der Entscheidungseinheit stattfindet,
- – Schritt 6.0: Der adaptive Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB erhöht und der Kontroller geht zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit stattfindet, wobei das dort erhaltene Signal an das Beatmungsgerät übermittelt wird, wobei, falls das Signal des Schrittes 5.1 negativ ist, zum Schritt 5.2 in der Vergleichseinheit übergegangen wird,
- – Schritt 5.2: Der Vergleich des jeweils gemessenen Mittelwertes VTM des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze VTO findet in der Vergleichseinheit statt, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.1 übergeht, der in der Entscheidungseinheit stattfindet,
- – Schritt 6.1: Der Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB reduziert und der Kontroller geht über zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit stattfindet,
- – Schritt 5.3: Es erfolgt ein Vergleich des gemessenen Variationskoeffizienten CVVT des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze CVUVT des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.21 übergeht,
- – Schritt 6.21: Der Kontroller berechnet koeffizientenbezogen die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVePASB bezüglich des Unterstützungsdrucks PASB anhand von Entscheidungsregeln, wobei die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVe eine Funktion von CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF mit CVe= f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, mittlerer VTM, mittlere RF) ist, wobei eine einfache Funktion der extrinsischen Variabilität CVe = sCVVT – iCVVT als Differenz der SOLL-Variabilität sCVVT und der IST-Variabilität iCVVT verwendbar ist und der Kontroller zum Schritt 6.22 übergeht,
- – Schritt 6.22: Die neue, zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CVPASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt plus CVe mit Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt + CVe berechnet und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an die Beatmungseinrichtung geschickt, welches diese unter Überwachung des Kontrollers durchführt und der Kontroller zum Schritt 7.0 übergeht,
- – Schritt 5.4: Der Vergleich der gemessenen Variabilität des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze CVOVT des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT erfolgt in der Vergleichseinheit, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.31 übergeht,
- – Schritt
6.31: Der Kontroller berechnet koeffizientenbezogen die abzuziehende
Variabilität
in PASB (CVe) anhand von Entscheidungsregeln,
wobei CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi,
CVTe, VTM, mittlere RF), wobei als die einfache
Funktion CVe = |sCVVT – iCVVT|
verwendbar ist und der Kontroller geht über zum Schritt 6.32, der in
der Entscheidungseinheit
6 durchgeführt wird, - – Schritt 6.32: Die neue zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CV PASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt minus CVe berechnet nach Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt – CVe, wobei Minima für CVe und CVPASB festgelegt werden, und wobei die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an das Beatmungsgerät geschickt wird, welches diese unter Überwachung des Kontrollers durchführt und der Kontroller geht über zum Schritt 7.0,
- – Schritt 7.0: Der Kontroller sendet die neu berechneten Mittelwerte VTM5 des Atemhubvolumens und mittleren Standardabweichungen des Unterstützungsdrucks PASB zum Beatmungsgerät.
- - Step 4.0: The evaluation of the characteristics of each respiratory pattern in terms of their statistical description with the mean value V TM and the mean standard deviation RF, the expiratory time Te, the inspiratory time Ti, the respiratory cycle duration Ttot, the peak airway pressure Ppeak and the mean airway pressure over the monitoring time t TS takes place in the evaluation unit, this information is requested from the respirator or on the basis of respiratory flow and calculated Atemwegsignals, wherein the actual state is detected and wherein iCV stands for the measured actual variability of a parameter,
- Step 5.1: The comparison of the measured mean values V TM1 , V TM2 , V TM3 , V TM4 , V TM5 of the breath volume with the operator-specified lower limit V TU is performed in the comparison unit, upon fulfillment of this condition, the controller goes to step 6.0, which takes place in the decision-making unit,
- Step 6.0: The adaptive assist pressure P ASB is increased by an assist pressure difference ΔP ASB and the controller proceeds to step 7.0 which takes place in the transmitter unit, where the signal received therefrom is transmitted to the ventilator, if the signal of step 5.1 is negative is transferred to step 5.2 in the comparison unit,
- Step 5.2: The comparison of the respectively measured mean value V TM of the breath lift volume with the operator-specified upper limit V TO takes place in the comparison unit, whereby, when this condition is fulfilled, the controller moves to step 6.1, which takes place in the decision unit,
- Step 6.1: The assist pressure P ASB is reduced by a assist pressure difference ΔP ASB and the controller proceeds to the step 7.0, which takes place in the transmitting unit,
- Step 5.3: The measured coefficient of variation CVV T of the breath volume V T is compared with the operator-specified lower limit CV U V T of the coefficient of variation of the breath volume. If this condition is fulfilled, the controller transfers to step 6.21.
- Step 6.21: The controller calculates coefficient-related the external variability CVeP ASB to be generated with respect to the assist pressure P ASB using decision rules, the additional external variability CVe being a function of CVV T , CVRF, CVTi / Ttot, CVTi, CVTe , V TM , mean RF with CVe = f (CVV T , CVRF, CVTi / Ttot, CVTi, CVTe, mean V TM , mean RF), with a simple function of extrinsic variability CVe = sCVV T - iCVV T as the difference of Target variability sCVV T and the actual variability iCVV T is usable and the controller goes to step 6.22,
- Step 6.22: The new external variability CVP ASB to be generated with CVP ASBnew is calculated as the last CVP ASB against CVP ASBold plus CVe with equation CVP ASBnew = CVP ASBalt + CVe and the new sequence of support pressure P ASB values sent the ventilator, which performs this under supervision of the controller and the controller goes to step 7.0,
- Step 5.4: The comparison of the measured variability of the breath volume V T with the operator-specified upper limit CV O V T of the coefficient of variation of the breath volume V T is performed in the comparison unit, upon fulfillment of this condition, the controller goes to step 6.31,
- Step 6.31: The controller calculates the coefficient to be deducted variability in P ASB (CVe) using decision rules, where CVe = f (CVV T , CVRF, CVTi / Ttot, CVTi, CVTe, V TM , medium RF), where as the simple Function CVe = | sCVV T - iCVV T | is usable and the controller goes over to step 6.32, which is in the decision unit
6 is carried out, - Step 6.32: The new external variability CVP ASB to be generated with CV P ASBnew is calculated as the last CVP ASB against CVP ASBalt minus CVe according to equation CVP ASBnew = CVP ASBalt - CVe, where minima are set for CVe and CVP ASB , and the new sequence of assist pressure P ASB values being sent to the ventilator, which is performed under supervision of the controller, and the controller proceeds to step 7.0,
- Step 7.0: The controller sends the recalculated averages V TM5 of the breath volume and mean standard deviations of the assist pressure P ASB to the ventilator.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die technische Umsetzung eines auf der Variabilität des Atemmusters basierenden Kontrollers praktikabler ist als die bisher angewendeten Verfahren, da weder zusätzliche Sensoren noch die Anlage von Messsonden am Patienten notwendig sind. Außerdem ist es mit der Erfindung möglich, die Entwöhnungsphase des Patienten nach Entfernung des Beatmungsgerätes zu verkürzen, da die Variabilität des Atemmusters mit dem Erfolg der Beatmungsentwöhnung assoziiert ist.The Advantages of the invention are that the technical implementation one on the variability of the breathing pattern based controller is more practicable than the previously used method, since neither additional sensors nor the plant of Measuring probes on the patient are necessary. Moreover, it is with the invention possible, the weaning phase of the patient after removal of the ventilator because of the variability of the breathing pattern with the success of ventilator cessation is associated.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen angegeben.further developments and further embodiments of the invention are specified in further subclaims.
Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher beschrieben.The Invention is by means of an embodiment with reference to several Drawings described in more detail.
Es zeigt:It shows:
zeigen,
demonstrate,
zeigen.
demonstrate.
In
Erfindungsgemäß ist der
Kontroller
- – einer
Auswertungseinheit
4 zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters111 ,113 ,114 ,115 ,116 , - – einer
Vergleichseinheit
5 zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen VTO, VTU innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU in Bezug auf einen Mittelwert VTM und einer mittleren Standardabweichung RF des Atemhubvolumens VT, - – einer
Entscheidungseinheit
6 mit vorgegebenen Entscheidungsalgorithmen, welche zu einer Anpassung des Mittelwertes VTM oder der mittleren Standardabweichung RF des Unterstützungsdruckwertes PASB führen, und - – einer
Sendeeinheit
7 mit vorgegebenen komplexen Verteilungen von Unterstützungsdruckwerten PASB, welche einzeln oder als paketartige Serie zum Beatmungsgerät8 gesendet werden, wobei die Komplexität irreguläre Schwankungen des Drucks um einen Mittelwert darstellt.
- - An evaluation unit
4 to survey the properties of the breathing pattern111 .113 .114 .115 .116 . - - a comparison unit
5 for testing compliance with predetermined limits V TO , V TU within a breath volume target range V TO -V TU with respect to a mean value V TM and a mean standard deviation RF of the breath volume V T , - - a decision-making unit
6 with predetermined decision algorithms which lead to an adaptation of the mean value V TM or the mean standard deviation RF of the support pressure value P ASB , and - - a transmission unit
7 with predetermined complex distributions of support pressure values P ASB , which individually or as a packet-like series to the respirator8th the complexity being irregular fluctuations in pressure around an average.
Das
Beatmungsgerät
Der
Kontroller
The controller
Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kontrollers
In
Der
erfindungsgemäße Kontroller
Schritt
4.0 : Die Auswertung der Eigenschaften des jeweiligen Atemmusters
Der
Kontroller
Schritt
5.1: Der Vergleich des gemessenen Mittelwertes VTM1,
VTM2, VTM3, VTM4, VTM5 des Atemhubvolumens
mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze VTU,
die für
einen Erwachsenen mit 1,70 m Körpergröße beispielsweise
420 ml betragen kann, erfolgt in der Vergleichseinheit
Schritt
6.0: Der adaptive Unterstützungsdruck
PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB, die beispielsweise zwei cmH2O
betragen kann, erhöht
und der Kontroller
Ist
das Signal des Schrittes 5.1 negativ, so wird zum Schritt 5.2 in
der Vergleichseinheit
Schritt
5.2: Der Vergleich des gemessenen Mittelwertes VT,
des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze
VTO, die für einen Erwachsenen mit 1,70
m Körpergröße beispielsweise
560 ml betragen kann, findet in der Vergleichseinheit
Schritt
6.1: Der Unterstützungsdruck
PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB, die beispielsweise zwei cmH2O
beträgt,
reduziert und der Kontroller
Schritt
5.3: Der Vergleich des gemessenen Variationskoeffizienten CVVT des Atemhubvolumens VT mit
der vom Bediener angegebenen Untergrenze CVUVTM des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens,
die für
einen Erwachsenen beispielsweise 20% betragen kann. Wird diese Bedingung
erfüllt, geht
der Kontroller
Schritt
6.21: Der Kontroller
Schritt
6.22: Die neue, zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CVPASB neu
wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt plus CVe berechnet mit Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt +
CVe und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten
an die Beatmungseinrichtung
Schritt
5.4: Der Vergleich der gemessenen Variabilität des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze
CVOVTM des Variationskoeffizienten
des Atemhubvolumens VT, die für einen
Erwachsenen beispielsweise 30% betragen kann, erfolgt in der Vergleichseinheit
Schritt
6.31: Der Kontroller
Schritt
6.32: Die neue zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit
CVPASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber
CVPASBalt minus CVe berechnet nach Gleichung
CVPASBneu = CVPASBalt – CVe, wobei Minima
für CVe
und CVPASB festgelegt werden, beispielsweise
0% oder 5% und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten
an das Beatmungsgerät
Schritt
7.0: Der Kontroller
Zusammenfassend
erfolgt in dem Kontroller
- 11
- Kontrollercontroller
- 22
- respiratorisches Systemrespiratory system
- 33
- Regelstreckecontrolled system
- 44
- Auswerteeinheitevaluation
- 55
- Vergleichseinheitcomparing unit
- 66
- Entscheidungseinheitdecision unit
- 77
- Sendeeinheittransmission unit
- 88th
- Beatmungsgerätventilator
- 99
- Beatmungseinrichtungventilator
- 1010
- Beatmungsanschlussrespiration connection
- 1111
- Atemmusterbreathing pattern
- 111111
- Atemmusterbreathing pattern
- 112112
- Atemmusterbreathing pattern
- 113113
- Atemmusterbreathing pattern
- 114114
- Atemmusterbreathing pattern
- 115115
- Atemmusterbreathing pattern
- 116116
- Atemmusterbreathing pattern
- VT V T
- AtemhubvolumenTidal volume
- VTM V TM
- Mittelwert des AtemhubvolumensAverage of breath volume
- VTU V TU
- Untergrenze des mittleren Atemhubvolumenlower limit the mean breath volume
- VTO V TO
- Obergrenze des mittleren AtemhubvolumenUpper limit the mean breath volume
- VTO–VTU V TO -V TU
- Atemhubvolumen-ZielbereichTidal volume target range
- X1 X 1
- erster Zustandfirst Status
- X2 X 2
- zweiter Zustandsecond Status
- X3 X 3
- dritter Zustandthird Status
- X4 X 4
- vierter Zustandfourth Status
- X5 X 5
- fünfter Zustandfifth condition
- tt
- ZeitTime
- tÜZ t ÜZ
- Überwachungszeitmonitoring time
- PASB P ASB
- Unterstützungsdrucksupport print
- CVCV
- Variationskoeffizientthe coefficient of variation
- CViCV i
- intrinsische Variabilitätintrinsic variability
- CVeCVe
- extrinsische Variabilitätextrinsic variability
- sCVSCV
- SOLL-VariabilitätDESIRED variability
- iCViCV
- IST-VariabilitätIS variability
- CVPASB CVP ASB
- externe Variabilität des Unterstützungsdruckesexternal variability of support pressure
- RFRF
- mittlere Standardabweichungmiddle standard deviation
- TeTe
- exspiratorische Zeitexpiratory Time
- TiTi
- inspiratorische Zeitinspiratory Time
- TtotTdead
- AtemzyklusdauerRespiratory cycle duration
- Ppeakppeak
- AtemwegsspitzendruckAirway peak pressure
- ΔPASB ΔP ASB
- UnterstützungsdruckdifferenzSupport pressure difference
- CVUVT CV U V T
- Untergrenze des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumenslower limit the coefficient of variation of Atemhubvolumens
- CVOVT CV O V T
- Obergrenze des Variationskoeffizienten des AtemhubvolumensUpper limit the coefficient of variation of Atemhubvolumens
Claims (13)
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