DE102022002797A1 - Dosing device for adding at least one pharmaceutically active substance to a breathing gas provided extracorporeally, device for providing a breathing gas with such a dosing device and method - Google Patents
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Abstract
Zur Verbesserung der Effektivität der Sauerstoffzugabe zu einem maschinell bereitgestellten Atemgas und der Verminderung des Sauerstoffverbrauchs bei der Anwendung wird eine Dosiereinrichtung zur Zugabe wenigstens einer pharmazeutisch wirksamen Substanz zu einem extrakorporal bereitgestellten Atemgas vorgeschlagen, bei der die Dosiereinrichtung (10) wenigstens ein Dosierventil (11) und wenigstens eine Gasstromsteuereinrichtung (12) aufweist, sowie eine Steuerung (13) zur Ansteuerung des wenigstens einen Dosierventils (11) und der wenigstens einen Gasstromsteuereinrichtung (12), wobei die Gasstromsteuereinrichtung (12) wenigstens einen Zulaufanschluss zur Verbindung mit einer Atemgasquelle (2), einen patientenseitigen Abgang und einen Entlüftungsabgang (20) aufweist, wobei die Steuerung (13) wenigstens einen Anschluss für zumindest eine Sensoreinrichtung (17) aufweist, sowie ein Verfahren und ein Beatmungsgerät.In order to improve the effectiveness of adding oxygen to a mechanically provided breathing gas and to reduce oxygen consumption during use, a metering device for adding at least one pharmaceutically active substance to an extracorporeally provided breathing gas is proposed, in which the metering device (10) has at least one metering valve (11) and has at least one gas flow control device (12), and a controller (13) for controlling the at least one metering valve (11) and the at least one gas flow control device (12), the gas flow control device (12) having at least one inlet connection for connection to a breathing gas source (2), has a patient-side outlet and a ventilation outlet (20), the control (13) having at least one connection for at least one sensor device (17), as well as a method and a ventilator.
Description
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zur Zugabe wenigstens einer pharmazeutisch wirksamen Substanz zu einem extrakorporal bereitgestellten Atemgas und ein Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases mit einer solchen Dosiereinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb.The invention relates to a metering device for adding at least one pharmaceutically active substance to a breathing gas provided extracorporeally and to a device for providing a breathing gas with such a metering device and a method for operation.
Im Stand der Technik sind Geräte zur Bereitstellung eines Atemgases mit wenigstens einer Atemgasquelle, einer Steuerung für den Atemgasstrom und einer Gasfördereinrichtung für den gesteuerten Atemgasstrom, bekannt. Dabei ist die Gasfördereinrichtung mit wenigstens einer Sauerstoffquelle verbindbar. Solche Geräte sind sowohl für den ambulanten Notfalleinsatz als auch für den stationären klinischen Einsatz bekannt.Devices for providing a breathing gas with at least one breathing gas source, a control for the breathing gas flow and a gas delivery device for the controlled breathing gas flow are known in the prior art. The gas delivery device can be connected to at least one oxygen source. Such devices are known for both outpatient emergency use and inpatient clinical use.
Als Atemgasquelle dient bei stationärem klinischen Einsatz üblicherweise eine zentrale Druckluft- oder Sauerstoffversorgung mit entsprechenden Anschlussstellen in den Behandlungsräumen und Patientenzimmern. Die Beatmungsgeräte selbst sind üblicherweise auf Rollen beweglich und weisen entsprechende Anschlussleitungen auf, mit denen die Geräte an die zentrale Atemgasquelle anschließbar sind. Aus der
Für den Einsatz solcher Geräte für den ambulanten Notfalleinsatz kommen in der Regel einfachere Geräte zur Anwendung. Dabei dienen als Atemgasquelle übliche Druckgasflaschen für Druckluft und/oder Sauerstoff. Das in den Druckgasflaschen enthaltene Gas wird üblicherweise unter einem Überdruck von etwa 200 bar abgefüllt. Um zumindest für einen Transport in ein Krankenhaus ausreichenden Atemgasvorrat zur Verfügung zu haben, ist eine solche Druckgasflasche mit einem Füllvolumen von zumindest 10 I erforderlich. Durch die sperrigen Abmessungen und insbesondere das hohe Gewicht einer solchen gefüllten Druckgasflasche ist ein solches Gerät für den ambulanten Notfalleinsatz nur zum Einsatz in Fahrzeugen oder z.B. einem Hubschrauber praktisch möglich. Im stationären Einsatz wird üblicherweise ein Gemisch von Druckluft und Sauerstoff als Atemgas verwendet. Da im ambulanten Notfalleinsatz bei einem solchen Gerät praktisch immer Sauerstoff zugeführt wird, sind dementsprechend zwei Druckgasflaschen als Atemgasquelle erforderlich, nämlich eine Pressluftflasche und eine Sauerstoffflasche, was zu einem erheblichen zu transportierenden Gewicht führt. Um das Gewicht geringer zu halten, ist es auch bekannt, lediglich eine Sauerstoffflasche mitzuführen und durch entsprechende Ausbildung von Strömungswegen über eine Venturidüse Umgebungsluft mit dem Sauerstoff aus der Druckgasflasche zu vermischen und als Atemgas zu verwenden. Ferner weisen die bekannten Geräte noch eine mechanische oder elektronische Steuerung auf, über die der Atemgasstrom entsprechend der erforderlichen Beatmungsfrequenz steuerbar ist.When using such devices for outpatient emergency use, simpler devices are usually used. Common compressed gas bottles for compressed air and/or oxygen serve as the breathing gas source. The gas contained in the compressed gas bottles is usually filled under an excess pressure of around 200 bar. In order to have a sufficient supply of breathing gas at least for transport to a hospital, such a compressed gas cylinder with a filling volume of at least 10 l is required. Due to the bulky dimensions and in particular the high weight of such a filled compressed gas cylinder, such a device for outpatient emergency use is only practically possible for use in vehicles or, for example, a helicopter. In stationary use, a mixture of compressed air and oxygen is usually used as breathing gas. Since oxygen is practically always supplied with such a device in outpatient emergency use, two compressed gas bottles are required as a breathing gas source, namely a compressed air bottle and an oxygen bottle, which leads to a considerable weight to be transported. In order to keep the weight lower, it is also known to carry only one oxygen bottle and to mix ambient air with the oxygen from the compressed gas bottle by appropriately designing flow paths via a Venturi nozzle and to use it as breathing gas. Furthermore, the known devices also have a mechanical or electronic control, via which the breathing gas flow can be controlled in accordance with the required ventilation frequency.
Ein Gerät der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus der
Ein gebläsebetriebenes Beatmungsgerät ist aus der
Aus der
In der
Bei dem in der
Ein aus einer typisch in Krankenhäusern vorhandenen Installation druckgasbetriebenes Gebläse ist aus der
Aus der
Nach der
Zahlreiche Vorschläge sind bekannt, den Atemgasstrom verbraucherseitig zu steuern unabhängig von einer im Wesentlichen gleichmäßigen Gasstromerzeugung, insbesondere durch ein Gebläse. Aus der
Diese bekannten Systeme arbeiten zufriedenstellend, solange medizinisches Fachpersonal zur Bedienung steht oder der Patient in einem Krankenhaus damit behandelt wird.These known systems work satisfactorily as long as medical professionals are available to operate them or the patient is being treated with them in a hospital.
Je nach Art und Schweregrad der Erkrankung erfolgt Beatmungstherapie mit einer unterstützenden bis vollständig maschinellen Einatmung und einer Verhinderung einer vollständigen Ausatmung. Hierbei wird bei einer Erschöpfung der Atempumpe die Atemmuskulatur während der Einatmung entlastet oder bei Gasaustauschstörungen durch Verhinderung einer vollständigen Ausatmung dem weiteren Verlust von Gasaustauschfläche entgegengewirkt. Bei zunehmendem Schweregrad der Lungenschädigung wird nicht nur der Druck zur Verhinderung einer vollständigen Ausatmung, sondern auch der Sauerstoffanteil bei der Einatmung erhöht. Die dann erforderliche, deutlich erhöhte Atemarbeit kann schließlich nicht mehr von der Atemmuskulatur kompensiert werden. Es entwickelt sich bei zunehmender Erschöpfung eine Ateminsuffizienz, die Atmung wird schneller und flacher. Jetzt muss nun kombiniert sowohl die Einatmung als auch die Ausatmung durch die Beatmung behandelt werden.Depending on the type and severity of the disease, ventilation therapy is carried out with supportive to completely mechanical inhalation and prevention of complete exhalation. If the respiratory pump is exhausted, the respiratory muscles are relieved during inhalation or, in the event of gas exchange disorders, the further loss of gas exchange surface is counteracted by preventing complete exhalation. As the severity of the lung damage increases, not only the pressure to prevent complete exhalation but also the oxygen content during inhalation increases. The significantly increased work of breathing that is then required can no longer be compensated for by the respiratory muscles. As exhaustion increases, respiratory insufficiency develops and breathing becomes faster and shallower. Now both inhalation and exhalation must be treated combined by ventilation.
Wird im Krankheitsverlauf eine vollständige Ausatmung nicht ausreichend und rechtzeitig verhindert, entstehen im Rahmen eines ARDS oder einer COVID-19-Viruspneumonie sehr ausgeprägte Gasaustauschstörungen. Gasaustauschfläche geht durch zusammenfallende Lungenareale verloren, weil durch eine vermehrte Durchlässigkeit zwischen Blutkapillaren und Lungenbläschen und/oder auch durch Virusbefall der Lungenzellen die dort oberflächenaktive Substanz „Surfactant“ nicht mehr die Lungenbläschen bei der Ausatmung stabilisieren kann.If complete exhalation is not prevented sufficiently and in a timely manner during the course of the disease, very pronounced gas exchange disorders arise in the context of ARDS or COVID-19 viral pneumonia. Gas exchange surface is lost due to collapsed lung areas because due to increased permeability between blood capillaries and alveoli and/or due to viral infection of the lung cells, the surface-active substance “surfactant” can no longer stabilize the alveoli during exhalation.
Zusammengefallene, also kollabierte und somit nicht belüftete Lungenareale werden aber weiter durchblutet: Es wird weniger Sauerstoff aufgenommen und trotz der Gabe große Sauerstoffmengen entwickelt sich ein lebensbedrohlicher Sauerstoffmangel. Das erkannten 1967 bereits die Erstbeschreiber des ARDS und sie erkannten auch, wie sie mit Beatmung dem Kollaps bei der Ausatmung entgegenwirken konnten. Seitdem versucht man den Kollaps geschädigter Lungenareale durch positiven Beatmungsdruck während der Ausatmung zu verhindern. Man spricht von „positive end-expiratory pressure“ oder PEEP. Wird bei einem kontinuierlichen Atemwegsdruck ohne zusätzlichen Beatmungsdruck bei der Einatmung nur spontan geatmet, spricht man von „continuous positive airway pressure“ oder CPAP.However, areas of the lung that have collapsed and are therefore not ventilated continue to be supplied with blood: less oxygen is absorbed and, despite the administration, large amounts of oxygen are received A life-threatening lack of oxygen develops. The first people to describe ARDS recognized this in 1967 and they also recognized how they could use ventilation to counteract collapse during exhalation. Since then, attempts have been made to prevent the collapse of damaged areas of the lungs by providing positive ventilation pressure during exhalation. This is called “positive end-expiratory pressure” or PEEP. If you only breathe spontaneously during inhalation at a continuous airway pressure without additional ventilation pressure, this is called “continuous positive airway pressure” or CPAP.
Werden insbesondere bei unzureichender Eröffnung kollabierter Lungenareale hohe Sauerstoffkonzentrationen von über 50% eingeatmet, hat das wiederum schwerwiegende Nebenwirkungen und Komplikationen zu Folge: Anhaltend hohe Sauerstoffkonzentrationen sind nicht nur toxisch für das Lungengewebe. Gerade Lungenbereiche, die von der Beatmung weniger erreicht werden, fallen bei hohen Sauerstoffkonzentrationen rascher in sich zusammen, man spricht von sogenannten Resorptionsatelektasen: Der Aufbau des lungenstabilisierenden Beatmungsdrucks während der Ausatmung - also PEEP oder CPAP - funktioniert bei diesen hohen Sauerstoffkonzentrationen nicht mehr effizient: Die Sauerstoffaufnahme in den Blutkreislauf lässt den Druck in diesen Lungenbereichen rasch abfallen, so dass insbesondere minderbelüftete Abschnitte kollabieren und somit ebenfalls nicht mehr am Gasaustausch teilnehmen können.If high oxygen concentrations of over 50% are inhaled, especially when collapsed areas of the lung are insufficiently opened, this in turn results in serious side effects and complications: Sustained high oxygen concentrations are not only toxic for the lung tissue. Particularly areas of the lungs that are less reached by ventilation collapse more quickly when oxygen concentrations are high. This is called resorption atelectasis: the build-up of the lung-stabilizing ventilation pressure during exhalation - i.e. PEEP or CPAP - no longer works efficiently at these high oxygen concentrations: The Oxygen absorption into the bloodstream causes the pressure in these lung areas to drop rapidly, so that sections in particular that are poorly ventilated collapse and can therefore no longer participate in gas exchange.
Eine Beatmung kann synchronisiert die eigene Spontanatmung unterstützen oder kontrolliert unabhängig von der Eigenatmung erfolgen. Bei der kontrollierten Beatmung werden die Atemfrequenz, das Atemzugvolumen oder der Beatmungsdruck kontrolliert und auch das Atemzeitverhältnis zwischen Ein- und Ausatmung vorgegeben. Darüber hinaus gibt es Beatmungsformen, die die Eigenatmung unabhängig von der Beatmung zulassen und zahlreiche Mischformen. Eine Atemwegssicherung mit einem Tubus erfolgt bei fehlenden Schutzreflexen beispielsweise bei Narkose oder Koma. Hierdurch sollen die Atemwege vor Aspiration, also dem Eintritt von Mageninhalt in die Luftröhre gesichert werden, was ebenfalls ein ARDS verursachen kann. Eine Intubation erfolgt auch, wenn NIV nicht mehr vom Patienten toleriert wird oder erfolglos bleibt: Sobald bei zunehmender Lungenschädigung hohe Beatmungsdrücke und hohe Sauerstoffanteile benötigt werden, kann ab einer bestimmten, wie oben erwähnt unter Umständen sehr umstrittenen Grenze NIV - Positivdruckbeamtung zu unsicher und sogar gefährlich werden: Bereits das Verrutschen einer Maske, die Abnahme eines Helmes oder eine notwendige NIV-Unterbrechung zur Intubation können dann zu einem lebensbedrohlichem Sauerstoffmangel führen.Ventilation can support your own spontaneous breathing in a synchronized manner or can be carried out in a controlled manner independent of your own breathing. During controlled ventilation, the breathing frequency, the tidal volume or the ventilation pressure are controlled and the breathing time ratio between inhalation and exhalation is also specified. In addition, there are forms of ventilation that allow you to breathe independently of ventilation and numerous mixed forms. The airway is secured with a tube if there are no protective reflexes, for example during anesthesia or coma. This is intended to protect the airways from aspiration, i.e. the entry of stomach contents into the trachea, which can also cause ARDS. Intubation is also carried out if NIV is no longer tolerated by the patient or is unsuccessful: As soon as high ventilation pressures and high oxygen proportions are required due to increasing lung damage, above a certain limit, which can be very controversial as mentioned above, NIV - positive pressure administration can become unsafe and even dangerous be: Even the slipping of a mask, the removal of a helmet or a necessary interruption of the NIV for intubation can then lead to a life-threatening lack of oxygen.
Eine Zwischenstufe der Atemwegssicherung stellen die sogenannten „supraglottischen Atemwege“ oder „SGA“ dar, wie z.B. die Kehlkopfmaske oder der Larynxtubus, die bei Narkosen oder Notfällen eingesetzt werden: Hierbei wird kein Tubus durch die Stimmritze in die Luftröhre eingeführt, sondern der Kehlkopf von aussen umschlossen und so abgedichtet, dass beatmet werden kann. In Abhängigkeit von der Atemwegssicherung spricht man von „invasiver“ oder „nichtinvasiver Ventilation“: Wird der Atemweg über einen Tubus gesichert und darüber beatmet, spricht man von „invasiver Ventilation“. Wird ohne Tubus beatmet, spricht man von „nicht-invasiver Ventilation“ oder „NIV“. Bei der Negativdruckbeatmung kann NIV ohne Atemwegszugang erfolgen, während bei der Positivdruckbeatmung immer ein Atemwegszugang vorliegen muss: Hierbei kann NIV mit positiven Drücken über einen Beatmungshelm oder mit einer Maske erfolgen, die das gesamte Gesicht, Mund und Nase oder nur die Nase umschließt.The so-called “supraglottic airways” or “SGA” represent an intermediate stage of airway protection, such as the laryngeal mask or the laryngeal tube, which are used during anesthesia or emergencies: Here, a tube is not inserted through the glottis into the trachea, but the larynx from the outside enclosed and sealed so that ventilation can take place. Depending on how the airway is secured, this is referred to as “invasive” or “non-invasive ventilation”: If the airway is secured via a tube and ventilated through it, this is referred to as “invasive ventilation”. Ventilation without a tube is referred to as “non-invasive ventilation” or “NIV”. With negative pressure ventilation, NIV can be carried out without airway access, while with positive pressure ventilation there must always be airway access: NIV can be carried out with positive pressures via a respiratory helmet or with a mask that covers the entire face, mouth and nose or just the nose.
Eines der Hauptprobleme der aktuellen intensivstationären Therapie ist die invasive Positivdruckbeatmung über den Luftröhrenschlauch bzw. Tubus: Selbst die sogenannte „lungenprotektive Beatmung“ schädigt zusätzlich nicht nur die schon geschädigte Lunge und die Atemmuskulatur, sondern auch andere Organsysteme. Außerdem setzt sie eine ganze Kettenreaktion lebensbedrohlicher Komplikationen in Gang: Hauptsächlich wegen des Tubus entwickeln bis zur Hälfte der invasiv beatmeten Patienten zusätzlich eine Lungenentzündung, was nicht nur die Lunge weiter schädigt, sondern auch andere Organsysteme. Durch den Tubus in der Luftröhre werden zudem ausgeprägte Schutzreflexe aktiviert, was eine Analgosedierung („künstliches Koma“) zur Abschirmung und Dämpfung erfordert. Das hat zahlreiche Nebenwirkungen und weitere, schwerwiegende Komplikationen zur Folge. So wird die Atemmuskulatur rasch ganz erheblich geschwächt und es treten oft sedierungsbedingte Überhänge auf. Hierdurch wird die Beatmungsdauer verlängert und häufig beatmungsbedingte Komplikationen verursacht. Darüber hinaus kann besonders in Kombination mit der Überdruckbeatmung die Sedierung Kreislauffunktionen ganz erheblich beeinträchtigen, so dass kreislaufstützende Medikamente kontinuierlich zugeführt werden müssen. Diese sogenannten Katecholamine vermindern ihrerseits die Organdurchblutung und können das Versagen mehrerer Organsysteme beschleunigen. Beatmungspflichtige COVID-19 Patienten werden häufig in Bauchlage therapiert, wodurch sie eine besonders tiefe Sedierung benötigen.One of the main problems of current intensive care therapy is invasive positive pressure ventilation via the trachea tube or tube: Even the so-called “lung-protective ventilation” not only damages the already damaged lungs and respiratory muscles, but also other organ systems. It also sets off a whole chain reaction of life-threatening complications: Mainly because of the tube, up to half of patients receiving invasive ventilation also develop pneumonia, which not only further damages the lungs, but also other organ systems. The tube in the trachea also activates pronounced protective reflexes, which requires analgesic sedation (“artificial coma”) for shielding and dampening. This results in numerous side effects and other serious complications. The respiratory muscles quickly become significantly weakened and sedation-related overhangs often occur. This increases the duration of ventilation and often causes ventilation-related complications. In addition, especially in combination with positive pressure ventilation, sedation can significantly impair circulatory functions, so that medication to support circulation must be administered continuously. These so-called catecholamines, in turn, reduce organ blood flow and can accelerate the failure of several organ systems. COVID-19 patients requiring ventilation are often treated in the prone position, which means they require particularly deep sedation.
Eine Beatmung kann auch ohne Tubus erfolgen. Allerdings kann es dann schwierig sein, diese sogenannte nicht-invasive Ventilation (NIV) an den Schweregrad der Lungenschädigung effizient genug anzupassen, um zusammenfallende bzw. kollabierende Lungenareale und eine zunehmende Ateminsuffizienz zu vermeiden. Der dann auftretende erhöhte Atemantrieb mit verschärfter und vertiefter Atmung schädigt dann ebenfalls zusätzlich die Lunge. Das wird als patient - self inflicted injury oder P-SILI bezeichnet.Ventilation can also take place without a tube. However, it can then be difficult to adapt this so-called non-invasive ventilation (NIV) to the severity of the lung damage efficiently enough to avoid collapsing areas of the lungs and increasing respiratory insufficiency. The increased respiratory drive that then occurs with increased and deepened breathing also damages the lungs. This is called patient-self-inflicted injury or P-SILI.
Eine solche nicht-invasive Ventilation (NIV) ist Voraussetzung für eine Beatmung von Patienten außerhalb einer intensivmedizinschen Pflege. Insbesondere könnte so einer Überlastung der Intensivstationen speziell durch COVID-19-Patienten entgegengewirkt werden.Such non-invasive ventilation (NIV) is a prerequisite for ventilation of patients outside of intensive care. In particular, this could counteract overloading of intensive care units specifically by COVID-19 patients.
Derzeitige NIV-Geräte werden vor allem bei der Behandlung von Schlafapnoe zum Offenhalten der oberen Atemwege und zur Therapie chronischer Lungenerkrankungen zur Verminderung der Atemarbeit eingesetzt (s.o.). Durch eine Sauerstoffzufuhr kann aber der Sauerstoffanteil bei diesen turbinengetriebenen NIVGeräten nur geringfügig erhöht werden: Durch Ansaugen aus der Umgebungsluft erzeugen die Turbinen einen sehr hohen Gasfluss, um entsprechende Beatmungsdrücke selbst bei nicht fest abgedichteten Beatmungsmasken zu ermöglichen. Bei den hierbei entstehenden Spitzenflüssen von über 200 Litern pro Minute werden entsprechend auch bei hoher Sauerstoffzufuhr durch den Verdünnungseffekt nur relativ geringe Sauerstoffkonzentrationen in der Einatemluft erreicht, die für eine effektive Therapie einer fortschreitenden Lungenschädigung nicht ausreichen.Current NIV devices are used primarily in the treatment of sleep apnea to keep the upper airways open and in the treatment of chronic lung diseases to reduce the work of breathing (see above). However, the oxygen content in these turbine-driven NIV devices can only be slightly increased by supplying oxygen: by sucking in from the ambient air, the turbines generate a very high gas flow in order to enable appropriate ventilation pressures even with respiratory masks that are not tightly sealed. With the resulting peak flows of over 200 liters per minute, even with high oxygen supply, the dilution effect means that only relatively low oxygen concentrations are achieved in the inhaled air, which are not sufficient for effective therapy of progressive lung damage.
Eine Sonderform der Atemtherapie stellt die auch bei COVID-19 trotz der ausgeprägten Aerosolbildung empfohlene sogenannte „nasale High-Flow-Sauerstofftherapie“ dar. Sie erfolgt mit hohem Fluss über eine Nasenbrille oder Maske. Während bei der konventionellen Sauerstofftherapie bis zu 15 Liter pro Minute über eine Nasensonde oder Maske verabreicht werden, werden mit nasaler High-Flow-Sauerstofftherapie bis zu 60 Liter pro Minute appliziert.A special form of respiratory therapy is the so-called “nasal high-flow oxygen therapy”, which is also recommended for COVID-19 despite the pronounced aerosol formation. It is carried out with a high flow via a nasal cannula or mask. While with conventional oxygen therapy up to 15 liters per minute are administered via a nasal probe or mask, with nasal high-flow oxygen therapy up to 60 liters per minute are administered.
Aus der
Eine elektrische Stimulation des Nervus vagus ist nach der
Die hohe Anzahl an Patienten mit Bedarf einer Sauerstofftherapie in Folge der COVID-19-Pandemie hat weltweit zu Versorgungsengpässen an medizinischem Sauerstoff geführt. Insbesondere in Ländern mit einer weniger gut ausgebildeten Krankenhausinfrastruktur übersteigt die Nachfrage nach medizinischem Sauerstoff in Pressgasflaschen die Kapazitäten der Gasanbieter deutlich, mit der Folge, dass viele Patienten nicht behandelt werden können und ersticken.The high number of patients requiring oxygen therapy as a result of the COVID-19 pandemic has led to supply shortages of medical oxygen worldwide. Particularly in countries with a less well-developed hospital infrastructure, the demand for medical oxygen in compressed gas cylinders significantly exceeds the capacities of the gas providers, with the result that many patients cannot be treated and suffocate.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte Geräte zur Bereitstellung eines Atemgases bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of providing improved devices for providing a breathing gas.
Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß gelöst durch eine Dosiereinrichtung zur Zugabe wenigstens einer pharmazeutisch wirksamen Substanz zu einem extrakorporal bereitgestellten Atemgas, wobei die Dosiereinrichtung wenigstens ein Dosierventil und wenigstens eine Gasstromsteuereinrichtung aufweist, sowie eine Steuerung zur Ansteuerung des wenigstens einen Dosierventils und der wenigstens einen Gasstromsteuereinrichtung, wobei die Gasstromsteuereinrichtung wenigstens einen Zulaufanschluss zur Verbindung mit einer Atemgasquelle, einen patientenseitigen Abgang und einen Entlüftungsabgang aufweist, und wobei die Steuerung wenigstens einen Anschluss für zumindest eine Sensoreinrichtung aufweist.This task is solved according to the invention by a metering device for adding at least a pharmaceutically active substance to a breathing gas provided extracorporeally, the metering device having at least one metering valve and at least one gas flow control device, as well as a controller for controlling the at least one metering valve and the at least one gas flow control device, the gas flow control device having at least one inlet connection for connection to a breathing gas source patient-side outlet and a vent outlet, and wherein the control has at least one connection for at least one sensor device.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiereinrichtung zur Zugabe wenigstens einer pharmazeutisch wirksamen Substanz zu einem extrakorporal bereitgestellten Atemgas mit folgenden Schritten: Erfassen zumindest eines Messsignals von wenigstens einer Sensoreinrichtung, Umsetzen des wenigstens einen Messsignals in einen Parameterwert, Ansteuern eines ersten Dosierventils zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Erfassen einer vorbestimmten Größe für den einen Parameterwert, so dass die Zumessung einer bestimmten Menge der wenigstens einen pharmazeutisch wirksamen Substanz erfolgt, und Ansteuern einer Gasstromsteuereinrichtung für das Atemgas zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Ansteuerung des ersten Dosierventils, so dass eine der Menge des durch das erste Dosierventil zu dem Atemgas zudosierten Gasmenge der pharmazeutisch wirksamen Substanz entsprechende Gasmenge in die Umgebung entlüftet wird, sowie ein Beatmungsgerät.The object is further achieved by a method for operating a metering device for adding at least one pharmaceutically active substance to an extracorporeally provided breathing gas with the following steps: detecting at least one measurement signal from at least one sensor device, converting the at least one measurement signal into a parameter value, controlling a first metering valve at a predetermined time after detecting a predetermined size for the one parameter value, so that the metering of a certain amount of the at least one pharmaceutically active substance takes place, and activating a gas flow control device for the breathing gas at a predetermined time depending on the control of the first metering valve, so that an amount of gas corresponding to the amount of gas of the pharmaceutically active substance metered into the breathing gas through the first metering valve is vented into the environment, as well as a ventilator.
Erfindungsgemäß bevorzugt enthält die wenigstens eine pharmazeutisch wirksame Substanz Sauerstoff und/oder Surfactant und/oder ein Arzneimittel. In den typischen Anwendungsfällen für den Einsatz der Erfindung wird die pharmazeutisch wirksame Substanz gasförmigen Sauerstoff in einer Konzentration oberhalb der der Umgebungsluft enthalten.According to the invention, the at least one pharmaceutically active substance preferably contains oxygen and/or surfactant and/or a drug. In the typical applications for the use of the invention, the pharmaceutically active substance will contain gaseous oxygen in a concentration above that of the ambient air.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Dosiereinrichtung, dem Verfahren zum Betrieb dieser und einem damit ausgestatteten Beatmungsgerät kann die Effektivität der Sauerstoffzugabe zu einem maschinell bereitgestellten Atemgas verbessert und dadurch der Sauerstoffverbrauch signifikant vermindert werden. Der durch die Erfindung reduzierte notwendige Sauerstoffbedarf kann dadurch selbst bei beatmungsbedürftigen COVID-19-Patienten unmittelbar vor Ort mittels handelsüblicher Sauerstoffkonzentratoren unmittelbar aus der Umgebungsluft gewonnen werden, so dass der Patient unabhängig von der Versorgung mit medizinischem Sauerstoff in Pressgasflaschen behandelt werden kann.With the design of a dosing device according to the invention, the method for operating it and a ventilator equipped with it, the effectiveness of the addition of oxygen to a mechanically provided breathing gas can be improved and thereby the oxygen consumption can be significantly reduced. The necessary oxygen requirement reduced by the invention can therefore be obtained directly from the ambient air on site using commercially available oxygen concentrators, even for COVID-19 patients requiring ventilation, so that the patient can be treated independently of the supply of medical oxygen in compressed gas bottles.
Mit der Erfindung kann erstmals in Kombination mit einem sauerstoffunabhängig erzeugten Beatmungsdruck eine erfolgreiche selbstgesteuerte, nicht-invasive Intensivbehandlung (Engl., „self-directed intensive respiratory care“ oder SDIRC) erfolgen. Diese intensive Atemtherapie kann sogar bei ausgeprägter Lungenschädigung erfolgen, ohne dass diese Therapie auf einer Intensivstation oder in einem Krankenhaus durchgeführt werden muss. Das wird dadurch erreicht, dass der Atemwegs- oder Beatmungsdruck wie bei einem NIV-Gerät ausschließlich turbinengetrieben mithilfe der Umgebungsluft erzeugt wird. Durch den stabilisierenden Effekt eines erhöhten Atemwegsdrucks kann während der Spontanatmung Gasaustauschfläche erhalten werden. Kollabierte Lungenareale können durch tiefe Atemzüge wiedereröffnet werden („Open Lung Concept“). Eine wieder genügend und anhaltend zur Verfügung stehende Gasaustauschfläche in der belüfteten Lunge ist die Voraussetzung dafür, dass mit einem erhöhten Sauerstoffangebot während des Einatmens tatsächlich auch eine verbesserte Sauerstoffaufnahme erreicht werden kann.With the invention, successful self-directed, non-invasive intensive treatment (self-directed intensive respiratory care or SDIRC) can be carried out for the first time in combination with a ventilation pressure generated independently of oxygen. This intensive breathing therapy can even be carried out in cases of severe lung damage, without having to be carried out in an intensive care unit or hospital. This is achieved by the fact that the airway or ventilation pressure is generated exclusively by turbines using the ambient air, as with a NIV device. The stabilizing effect of increased airway pressure can preserve gas exchange area during spontaneous breathing. Collapsed areas of the lung can be reopened by taking deep breaths (“Open Lung Concept”). A sufficiently and persistently available gas exchange surface in the ventilated lung is the prerequisite for actually achieving improved oxygen absorption with an increased oxygen supply during inhalation.
Im Gegensatz zu Intensivrespiratoren oder CPAP- bzw. NIV-Geräten erfolgt aber mit der hier vorgestellten Methode die Sauerstoffzufuhr getrennt und unabhängig vom turbinengetriebenen Gasstrom, der den CPAP- bzw. den Beatmungsdruck erzeugt. Diese unabhängige Sauerstoffzufuhr ist so effektiv, dass praktisch die gesamte Sauerstoffmenge aufgenommen werden kann. So muss auch nur soviel Sauerstoff gegeben werden, wie tatsächlich gebraucht wird. Nur 30 - 50 ml Sauerstoff werden atemsynchron zu Beginn der Einatmung zugeführt. Durch die nachfolgende Atemluft gelangt diese geringe Sauerstoffmenge gleichmäßig in alle Lungenbereiche und sofort bis in den Bereich der Lungenbläschen, wo der Sauerstoff über die geöffnete Gasaustauschfläche direkt in die Lungenstrombahn und in den Kreislauf aufgenommen werden kann. Diese exakt synchronisierte Sauerstoffgabe ist also so effizient, dass selbst bei ausgeprägter Lungenschädigung in Kombination mit CPAP weniger als ein Liter Sauerstoff pro Minute benötigt wird.In contrast to intensive care ventilators or CPAP or NIV devices, with the method presented here, the oxygen supply occurs separately and independently of the turbine-driven gas flow that generates the CPAP or ventilation pressure. This independent oxygen supply is so effective that practically the entire amount of oxygen can be absorbed. This means that you only have to give as much oxygen as is actually needed. Only 30 - 50 ml of oxygen are supplied synchronously with breathing at the beginning of inhalation. Through the subsequent breathing air, this small amount of oxygen reaches all areas of the lungs evenly and immediately into the area of the alveoli, where the oxygen can be absorbed directly into the pulmonary circulation and the circulation via the open gas exchange surface. This precisely synchronized oxygen administration is so efficient that even with severe lung damage, in combination with CPAP, less than one liter of oxygen is required per minute.
Zwar ist es grundsätzlich bekannt, Sauerstoff getrennt und in zeitlicher Relation zum Beginn einer Einatemphase einem Atemgas hinzuzudosieren, wie z.B. in der
Die Effizienz dieser speziellen Form der atemsynchronen Sauerstoffgabe kann durch konventionelle CPAP- oder Beatmungstherapie nur durch eine sehr hohe Sauerstoffkonzentration beim Einatmen von 60 bis 70% erzielt werden. Bei einer Studie bei COVID-19 Patienten mit ausgeprägter Lungenschädigung wurde im Übrigen meistens weniger als 60% Sauerstoff beim Einatmen zugeführt. Eine ausreichende Sauerstoffversorgung selbst dieser Patienten wäre also mit dem SDIRC-Konzept problemlos möglich.The efficiency of this special form of breathing-synchronous oxygen administration can only be achieved by conventional CPAP or ventilation therapy through a very high oxygen concentration of 60 to 70% when inhaling. In a study of COVID-19 patients with severe lung damage, less than 60% oxygen was usually supplied during inhalation. Adequate oxygen supply even to these patients would be easily possible with the SDIRC concept.
Allerdings entfallen mit der neuen Methode die ausgeprägten Nebenwirkungen und Komplikationen, die bei der Standardtherapie mit sehr hohen Sauerstoffkonzentrationen auftreten: Wie oben unter „Grundlagen der Beatmung“ erwähnt, wirken anhaltend hohe Sauerstoffkonzentrationen nicht nur toxisch auf die Lunge, sondern begünstigen über einen Druckabfall auch Resorptionsatelektasen, also den Kollaps von Lungenbereichen, die von der Beatmung weniger erreicht werden.However, the new method eliminates the pronounced side effects and complications that occur with standard therapy with very high oxygen concentrations: As mentioned above under “Fundamentals of ventilation”, sustained high oxygen concentrations not only have a toxic effect on the lungs, but also promote resorption atelectasis due to a drop in pressure , i.e. the collapse of areas of the lung that are less reached by ventilation.
Bei der aktuell genutzten Therapie wird 90% des verabreichten Sauerstoffs in die Umgebung abgegeben und geht somit verloren. Anders ausgedrückt, können mit der gleichen Menge Sauerstoff 10 Mal mehr Patienten behandelt werden. Außerdem eröffnet die hohe Effizienz neue dezentrale Behandlungsoptionen, da jetzt so eine geringe Sauerstoffmenge problemlos auch selbst hergestellt werden kann. Sauerstoffkonzentratoren gehören schon sehr lange zur Standardtherapie und werden insbesondere bei der Behandlung chronischer Lungenerkrankungen eingesetzt. Es gibt sogar batteriebetriebene mobile Geräte, die in der Lage sind, aus der Umgebungsluft mindestens einen Liter Sauerstoff pro Minute zu gewinnen. Somit besteht technisch die Möglichkeit, selbst bei fehlenden Intensivkapazitäten oder bei Sauerstoffmangel mit einfachster Technik noch eine sinnvolle, intensive Atemtherapie selbst bei ausgeprägter Lungenschädigung durchzuführen. Selbst bei fehlendem, qualifizierten Fachpersonal kann diese Therapie noch erfolgversprechend angewendet werden. Standardparameter wie die periphere Sauerstoffsättigung und die Atemfrequenz werden erfasst. Entsprechend der Messwerte können nach vorheriger Einweisung und Training und/oder algorithmengesteuert und/oder telemetrisch begleitet die Patienten sich selbst mit einer intensiven Atemtherapie effizient behandeln. Diese selbstgesteuerte, nicht-invasive, intensive Atemtherapie kann somit eine wichtige Versorgungslücke schließen, die zurzeit nicht nur in Entwicklungs- und Schwellenländer besteht.With the therapy currently used, 90% of the oxygen administered is released into the environment and is therefore lost. In other words, the same amount of oxygen can treat 10 times more patients. In addition, the high efficiency opens up new decentralized treatment options, as such a small amount of oxygen can now be easily produced yourself. Oxygen concentrators have been part of standard therapy for a very long time and are used particularly in the treatment of chronic lung diseases. There are even battery-powered mobile devices that are capable of extracting at least one liter of oxygen per minute from the surrounding air. This means that it is technically possible to carry out sensible, intensive breathing therapy using the simplest technology, even if there is no intensive care capacity or a lack of oxygen, even if there is severe lung damage. Even if there is a lack of qualified specialist staff, this therapy can still be used successfully. Standard parameters such as peripheral oxygen saturation and respiratory rate are recorded. According to the measured values, after prior instruction and training and/or algorithm-controlled and/or telemetric support, patients can treat themselves efficiently with intensive breathing therapy. This self-controlled, non-invasive, intensive breathing therapy can close an important gap in care that currently exists not only in developing and emerging countries.
Durch das SDIRC-Konzept können nicht-invasive Behandlungsstrategien selbst bei ausgeprägter Lungenschädigung bereits in einem sehr frühen Erkrankungsstadium erfolgreich angewendet werden. Bei erhaltener Spontanatmung können auch die sehr schwerwiegenden Komplikationen der invasiven Beatmungstherapie mit zusätzlicher Lungenschädigung abgewendet werden: Durch eine frühe und effektive Stabilisierung der Lunge wird auch die Atemmuskulatur entlastet und einer zusätzlichen, selbstzugefügten Lungenschädigung durch gesteigerten Atemantrieb entgegenwirkt. Entscheidend ist der rechtzeitige Einsatz des SDIRC-Konzeptes - bevor ein sehr fortgeschrittenes Stadium der Lungenschädigung erreicht wird. Verschlechtert sich der Zustand dann trotzdem, kann dann immer noch bei vorhandenen Ressourcen und Kapazitäten eine invasivere Therapie erfolgen.The SDIRC concept allows non-invasive treatment strategies to be successfully applied at a very early stage of the disease, even in cases of severe lung damage. If spontaneous breathing is maintained, the very serious complications of invasive ventilation therapy with additional lung damage can also be averted: early and effective stabilization of the lungs also relieves the respiratory muscles and counteracts additional, self-inflicted lung damage through increased respiratory drive. What is crucial is the timely use of the SDIRC concept - before a very advanced stage of lung damage is reached. If the condition worsens anyway, more invasive therapy can still be carried out if resources and capacities are available.
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Dosereinrichtung ist, dass diese sowohl als Zusatzgerät mit jedem vorhandenen nicht-geschlossenen Beatmungssystem eingesetzt, als auch in ein Beatmungsgerät integriert oder mit einem Sauerstoffkonzentrator zusammengebaut werden kann.Another particular advantage of the dosing device according to the invention is that it can be used as an additional device with any existing non-closed ventilation system, as well as being integrated into a ventilator or assembled with an oxygen concentrator.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die wenigstens eine Sensoreinrichtung einen elektrischen Sensor zur Aufnahme von neuronalen Signalen. Bei erhaltener Spontanatmung kann so besonders genau der Beginn einer Einatemphase detektiert werden.In a preferred embodiment of the invention, the at least one sensor device comprises an electrical sensor for recording neuronal signals. If spontaneous breathing is maintained, the beginning of an inhalation phase can be detected particularly precisely.
Alternativ oder ergänzend umfasst die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung einen elektrischen Sensor zur Erfassung einer Dehnung des Brustkorbs eines Patienten. Auch über die Erfassung der Dehnung des Brustkorbs kann der Beginn einer Einatemphase gut erfasst werden, jedoch ist eine Erfassung nicht davon abhängig, ob der Patient spontan atmet. Eine Kombination beider Sensortechniken bietet sich an, um ein redundantes Signal zu erhalten. Dadurch ist es nicht nur möglich, durch Vergleich der Signale der Beiden Sensoriken einen Ausfall der Spontanatmung zu erkennen, sondern auch einen Ausfall eines der Sensoren oder einer Verbindung mit diesem. So kann z.B. einfach eine abgefallene Elektrode oder ein gerissenes Kabel erkannt werden.Alternatively or additionally, the dosing device according to the invention comprises an electrical sensor for detecting an expansion of a patient's chest. The beginning of an inhalation phase can also be easily detected by detecting the expansion of the chest, but detection does not depend on whether the patient is breathing spontaneously. A combination of both sensor technologies is recommended to obtain a redundant signal. This makes it possible not only to detect a failure of spontaneous breathing by comparing the signals from the two sensors, but also a failure of one of the sensors or a connection to it. For example, a fallen electrode or a broken cable can be easily detected.
Vorzugsweise umfasst die Gasstromsteuereinrichtung ein Wegeventil, insbesondere ein 3/2-Wegeventil. Dadurch kann eine besonders kompakte und auch kostengünstige Bauweise einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung erreicht werden.The gas flow control device preferably comprises a directional valve, in particular a 3/2-way valve. This allows a particularly compact and cost-effective design of a metering device according to the invention to be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Abgabe eines Signals zur elektrischen oder elektromagnetischen Stimulation des Nervus phrenicus vorgesehen. Dadurch kann auch bei fehlender oder unzuverlässiger Spontanatmung die Muskelarbeit für die eigene Atmung des Patienten ausgelöst werden. Gegenüber einer rein maschinellen Beatmung besteht dabei der große Vorteil, dass die Atemmuskulatur nicht durch Untätigkeit degeneriert. Somit wird eine der größten Nebenwirkungen der künstlichen Beatmung verhindert. Durch die körpereigene Atemarbeit des Patienten sind die Anforderungen an eine Atemwegssicherung geringer und auch an die Dichtigkeit. Eine Intubierung wird so häufig vermieden werden können. Das Signal kann bereits geräteintern auf den wenigstens einen Anschluss für die zumindest eine Sensoreinrichtung rückgekoppelt werden, da durch das Signal zwangsläufig der Beginn einer Einatemphase bestimmt ist.In a further preferred embodiment of the invention there is also a device for emitting a signal for electrical or electromagnetic stimulation of the phrenic nerve seen. This can trigger muscle work for the patient's own breathing, even if spontaneous breathing is absent or unreliable. Compared to purely mechanical ventilation, the major advantage is that the respiratory muscles do not degenerate due to inactivity. This prevents one of the biggest side effects of artificial ventilation. Due to the patient's own breathing work, the requirements for securing the airway and also for tightness are lower. Intubation can often be avoided. The signal can already be fed back within the device to the at least one connection for the at least one sensor device, since the start of an inhalation phase is inevitably determined by the signal.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zumessung einer bestimmten Menge der wenigstens einen pharmazeutisch wirksamen Substanz zu dem Atemgas zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Erfassen eines vorbestimmten Wertes für den wenigstens einen Parameter erfolgt. alternativ die Zumessung einer bestimmten Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz zu einem bestimmten Zeitpunkt in Bezug auf den Beginn einer Einatemphase oder einer elektrischen oder elektromagnetischen Stimulation erfolgt. Dadurch kann die Effektivität der Zugabe einer pharmazeutisch wirksamen Substanz verbessert werden, wie weiter oben bereits beschrieben.Preferably, the method according to the invention is further characterized in that the metering of a certain amount of the at least one pharmaceutically active substance to the breathing gas takes place at a predetermined time after detecting a predetermined value for the at least one parameter. alternatively, the metering of a certain amount of pharmaceutically active substance takes place at a certain point in time in relation to the beginning of an inhalation phase or an electrical or electromagnetic stimulation. This allows the effectiveness of the addition of a pharmaceutically active substance to be improved, as already described above.
Zweckmäßig erfolgt das Ansteuern eines ersten Dosierventils zur Zumessung einer bestimmten Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz für eine vorbestimmte Zeitdauer. Dadurch kann das Ansteuern direkt aus einem digitalen Signal der Steuerung der Dosiereinrichtung erfolgen ohne die Notwendigkeit einer vorherigen Digital-/Analogwandlung und einer separaten analogen Treiberschaltung für das wenigstens eine Dosierventil.A first metering valve is expediently controlled to meter out a certain amount of pharmaceutically active substance for a predetermined period of time. As a result, the control can take place directly from a digital signal from the control of the metering device without the need for a previous digital/analog conversion and a separate analog driver circuit for the at least one metering valve.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zumessung einer bestimmten Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz in einem oder mehreren Pulsen erfolgt, insbesondere, wenn bei jedem Puls eine vorbestimmte Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz zudosiert wird. Durch die gepulste Zumessung der pharmazeutisch wirksamen Substanz kann die Zugabemenge einfach durch Dauer und Anzahl der Pulse eingestellt werden. Wenn bei jedem Puls eine vorbestimmte Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz zudosiert, kann die Dosierung einfach über die Zahl der Pulse schrittweise erfolgen entsprechend der Vorgabe durch den Behandler.It is particularly advantageous if the metering of a certain amount of pharmaceutically active substance takes place in one or more pulses, in particular if a predetermined amount of pharmaceutically active substance is metered in with each pulse. Thanks to the pulsed metering of the pharmaceutically active substance, the amount added can be easily adjusted by the duration and number of pulses. If a predetermined amount of pharmaceutically active substance is added with each pulse, the dosage can simply be carried out step by step over the number of pulses according to the instructions given by the practitioner.
Insbesondere bei Verwendung einer Quelle für die pharmazeutisch wirksamen Substanz mit unsteter Substanzkonzentration kann es weiter vorteilhaft sein, wenn das Ansteuern eines ersten Dosierventils zur Zumessung einer bestimmten Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz und das Ansteuern einer Gasstromsteuereinrichtung für das Atemgas in Abhängigkeit von der Konzentration der pharmazeutisch wirksamen Substanz und/oder in Abhängigkeit von dem Volumenstrom stromabwärts von dem Dosierventil geregelt wird.In particular when using a source for the pharmaceutically active substance with an unsteady substance concentration, it can be further advantageous if the control of a first metering valve for metering a certain amount of pharmaceutically active substance and the control of a gas flow control device for the breathing gas depending on the concentration of the pharmaceutically active substance Substance and / or depending on the volume flow downstream of the metering valve is regulated.
Die Erfindung lässt sich besonders gut umsetzen in Form eines Beatmungsgerätes mit einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention can be implemented particularly well in the form of a ventilator with a metering device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines gebläsebetriebenen Beatmungsgeräts mit einer Zudosierung von Sauerstoff, nach dem Stand der Technik; und -
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines gebläsebetriebenen Beatmungsgeräts mit einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
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1 a schematic representation of an arrangement of a fan-operated ventilator with an addition of oxygen, according to the prior art; and -
2 a schematic representation of an arrangement of a fan-operated ventilator with a metering device according to the invention.
Weiter ist das Mischventil 3 mit einer Patientenleitung 6 verbunden, an deren patientenseitigem Ende sich eine Beatmungseinrichtung, hier eine Beatmungsmaske 7, befindet. In die Patientenleitung 6 ist ein Durchflussmesser 8 eingeschleift. Dieser ist elektrisch mit einer Steuerung 9 verbunden. Durch Differenzbildung des Messwertes von dem Durchflussmesser 8 und dem in das CPAP Beatmungsgerät 2 integrierten Durchflussmesser wird in der Steuerung 9 der Istwert für eine Regelung der Zugabe von Sauerstoff zur Ansteuerung des Mischventils 3 gebildet.Furthermore, the mixing
In
Das CPAP Beatmungsgerät 2 ist über eine Zulaufleitung 14 mit einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung 10 verbunden. Die Dosiereinrichtung 10 weist wenigstens ein Dosierventil 11 und wenigstens eine Gasstromsteuereinrichtung, hier in Form eines 3/2-Wegeventils 12, auf. Ferner umfasst die Dosiereinrichtung 10 noch eine Steuerung 13 zur Ansteuerung des wenigstens einen Dosierventils 11 und des Wegeventils 12.The
Das Wegeventil 12 weist einen Zulaufanschluss zur Verbindung mit dem CPAP Beatmungsgerät 2 über die Zulaufleitung 14 auf. Weiter weist das Wegeventil 12 einen patientenseitigen Abgang zum Anschluss einer Zwischenleitung 15 zur Verbindung mit dem Dosierventil 11 auf. Das Wegeventil 12 weist noch einen Entlüftungsabgang 20 auf, über den ein Teil des über die Zulaufleitung 14 geförderten Gasstroms in die Umgebung entlüftet werden kann. An dem Entlüftungsabgang 20 ist vorzugsweise ein Schalldämpfer 19 oder Filter angeordnet zur Reduzierung der Abblasgeräusche beim Entlüftungsvorgang. Weiter kann über ein integriertes Filtermaterial verhindert werden, dass keine Erreger aus der Umgebungsluft über den Entlüftungsabgang 20 in die Atemluft führenden Strömungswege (CPAP Beatmungsgerät 2, Zulaufleitung 14, Wegeventil 12, Zwischenleitung 15, Dosierventil 11, Patientenleitung 6, Beatmungsmaske 7) eindringen kann.The
An das Dosierventil 11 ist bei der dargestellten Ausführungsform eine herkömmliche Patientenleitung 6 angeschlossen, über die ein Patient mittels der Beatmungsmaske 7 beatmet werden kann. Das Dosierventil 11 kann zweckmäßig mit dem Wegeventil 12 zusammengebaut sein, um die Dosiereinrichtung 10 kompakter zu gestalten, so dass eine separate Zwischenleitung 15 entfallen kann. Das Dosierventil 11 ist ferner mit der Patientenleitung 6 verbunden, an deren patientenseitigem Ende sich eine Beatmungseinrichtung, hier eine Beatmungsmaske 7, befindet. In die Patientenleitung 6 kann ein herkömmlicher Durchflussmesser 8 eingeschleift sein, z.B. falls aus regulatorischen Gründen der an den Patienten abgegebene Gasstrom gesondert überwacht werden muss. Anstelle oder zusätzlich zu dem Durchflussmesser 8 kann auch eine Messeinrichtung 21 für die Konzentration einer pharmazeutisch wirksamen Substanz, z.B. der Sauerstoffkonzentration, angeordnet sein.In the embodiment shown, a conventional
Das Dosierventil 11 ist ferner mit einer Quelle einer pharmazeutisch wirksamen Substanz verbunden, hier einem Sauerstoffkonzentrator 16. Gasförmiger Sauerstoff wird der häufigste Anwendungsfall einer pharmazeutisch wirksamen Substanz bei der Anwendung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung 10 sein. Die pharmazeutisch wirksame Substanz kann auch alternativ oder zusätzlich insbesondere Surfactant und/oder ein Arzneimittel enthalten. Für die Applikation von Surfactant oder einem Arzneimittel kann das Dosierventil 11 ferner einen eingebauten Vernebler aufweisen, um z.B. ein Medikament in Form eines Aerosols dem an den Patienten abzugebendem Atemgas zuzudosieren, z. B. zusammen mit dem Sauerstoff.The
Die Steuerung 13 weist wenigstens einen Anschluss für zumindest eine Sensoreinrichtung 17 auf. Die Sensoreinrichtung 17 kann beispielsweise ein handelüblicher Dehnungssensor zur Erkennung einer Dehnung des Brustkorbs eines Patienten sein und/oder ein Sensor zur Aufnahme von neuronalen Signalen. Beide Sensorarten eignen sich zur Erfassung des Beginns einer Einatemphase des Patienten, wobei ein Dehnungssensor auch eine durch das Beatmungsgerät erzwungene Einatmung erfasst. Eine Kombination von Sensoren hat Vorteile bezüglich der Redundanz bei der Erkennung des Beginns der Einatemphase und ermöglicht zudem eine Ausfallerkennung hinsichtlich eines Sensors oder der Spontanatmung eines Patienten.The
Weiter umfasst die Steuerung 13 eine Einrichtung zur Abgabe eines Signals zur elektrischen oder elektromagnetischen Stimulation des Nervus phrenicus in Form eines Stimulators 18. Dieser kann eine Einstichelektrode sein zur elektrischen Stimulation des Nervs oder vorzugsweise eine Spulenanordnung, z.B. in Form einer Halsmanschette, zur elektromagnetischen Stimulation des Nervs. Dadurch ist es möglich, auch bei ausbleibender Spontanatmung eine Atemtätigkeit über die Atempumpe auszulösen, wodurch die Atemmuskulatur des Patienten aktiv bleibt. Ferner kann dabei auch bei aussetzender Spontanatmung in der Regel auf eine mit erheblichen Nebenwirkungen belastende Intubierung zur Atemwegssicherung verzichtet werden.The
Zweckmäßigerweise wird das an den Stimulator 18 abgegebene Signal zur Stimulation des Nervs auf einen Anschluss für eine Sensoreinrichtung zurückgekoppelt, da das Signal zugleich den Beginn einer Einatemphase des Patienten markiert.The signal sent to the
Die Steuerung 13 ist über Verbindungsleitungen zum Erhalt von Mess- oder Zustandswerten, Betriebsparametern und/oder zur Abgabe von Ansteuersignalen mit dem Stimulator 18, Sensoreinrichtung 17, Durchflussmesser 8, falls vorhanden, Konzentrationssensor 21, zweckmäßig dem Sauerstoffkonzentrator 16, Dosierventil 11 und Wegeventil 12 verbunden. Falls vorhanden, kann auch eine Schnittstellenanbindung an das CPAP Beatmungsgerät 2 vorgesehen sein.The
Der Betrieb eine erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung 10 kann mittels wiederaufladbarer Batterien erfolgen, geeignete Netzstromversorgungen und/oder Bordnetzversorgungen für den Gebrauch in Fahr- und Flugzeugen oder Schiffen können vorgesehen sein.A
Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung 10 zur Zugabe wenigstens einer pharmazeutisch wirksamen Substanz zu einem extrakorporal bereitgestellten Atemgas umfasst folgende Schritte: Erfassen zumindest eines Messsignals von wenigstens einer Sensoreinrichtung 17, Umsetzen des wenigstens einen Messsignals in wenigstens einen Parameterwert, vorzugsweise den Beginn einer Einatemphase des Patienten, Ansteuern eines ersten Dosierventils 11 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Erfassen einer vorbestimmten Größe für einen Parameterwert, hier den Beginn einer Einatemphase, so dass die Zumessung einer bestimmten Menge der wenigstens einen pharmazeutisch wirksamen Substanz erfolgt, und Ansteuern der Gasstromsteuereinrichtung (Wegeventil 12) für das Atemgas zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Ansteuerung des ersten Dosierventils 11, so dass eine der Menge des durch das erste Dosierventil 11 zu dem Atemgas zudosierten Gasmenge mit der pharmazeutisch wirksamen Substanz entsprechende Gasmenge in die Umgebung entlüftet wird.The operation of a
Vorzugsweise erfolgt dabei das Ansteuern eines ersten Dosierventils 11 zur Zumessung einer bestimmten Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz für eine vorbestimmte Zeitdauer. Über die Dauer eines solchen Pulses kann die Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz eingestellt werden. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn bei jedem Puls eine feste vorbestimmte Menge an pharmazeutisch wirksamer Substanz zudosiert wird und die zudosierte Gesamtmenge über die Anzahl der Pulse eingestellt wird. Hierdurch lässt sich der Kalibrieraufwand für einen zuverlässigen Betrieb der Dosiereinrichtung 10 minimieren bei gleichzeitig großer Anwendungsbandbreite für den Behandler.Preferably, a
Da beispielsweise batteriebetriebene handelsübliche Sauerstoffkonzentratoren 16 bei nachlassender Batterieladung und/oder schwankenden Umgebungstemperaturen einen Gasstrom mit nicht konstanter Sauerstoffkonzentration liefern, ist es weiter zweckmäßig, die Zugabe des sauerstoffangereicherten Gasstroms durch das Dosierventil 11 und entsprechend die von dem Wegeventil 12 in die Umgebung entlüfteten Gassmenge in Abhängigkeit von der mittels des Konzentrationssensors 21 erfassten Konzentration der pharmazeutisch wirksamen Substanz und/oder in Abhängigkeit von dem durch den Durchflussmesser 8 erfassten Volumenstrom stromabwärts von dem Dosierventil in der Patientenleitung 6 geregelt wird. Gleiches gilt natürlich auch für die Zugabe von anderen pharmazeutisch wirksamen Substanzen entsprechend.Since, for example, battery-operated, commercially
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