CH618602A5

CH618602A5 - Installation for ventilating a patient

Info

Publication number: CH618602A5
Application number: CH1206177A
Authority: CH
Inventors: Michel Demeester
Original assignee: Draegerwerk Ag
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1980-08-15
Also published as: SE7711223L; DE2744327C2; SE432879B; DE2744327A1; GB1581482A

Abstract

The installation comprises a ventilation apparatus (7), a control unit (10) controlling the output magnitudes of the ventilation apparatus (7) and measurement devices (4, 5) measuring the physiological parameters of the patient under ventilation and supplying measurement data to the control unit in order to control the ventilation apparatus (7). A command unit (1) supplies output values to the control unit (10) in order selectively to modify at least one of the output magnitudes of the ventilation apparatus (7). An evaluation unit (2) receives, from the measurement devices (4, 5), the measurement data resulting from the said selective modification, treats them and transmits them to the control unit (10) with a view to adjusting the ventilation apparatus (7). This installation, by the modification caused for an output magnitude of the ventilation apparatus, allows physiologically optimal control of the output magnitudes of the ventilation apparatus. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet une installation de ventilation d'un patient suivant le préambule de la revendication 1. The subject of the present invention is an installation for ventilating a patient according to the preamble of claim 1.

Au moyen d'une telle installation de ventilation, on maintient, pour le patient sous ventilation, l'échange respiratoire, soit prévu, soit souhaité pour lui d'oxygène (O2) et d'anhydride carbonique (C02). A ce sujet, l'adaptation optimale au patient sous ventilation est d'importance capitale. By means of such a ventilation installation, the respiratory exchange, either planned or desired for him, of oxygen (O2) and carbon dioxide (C02) is maintained for the patient under ventilation. In this regard, optimal adaptation to the ventilated patient is of paramount importance.

On connaît une installation de ventilation permettant, au moyen de soupapes asservies commandées et contrôlées électroniquement, de commander et de contrôler les grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation suivant les grandeurs de mesure obtenues du patient sous ventilation. Dans un procédé connu, on fait alors appel, comme variable d'état pour l'action de commande et contrôle (grandeur réglée), à la pression partielle en oxygène du sang artériel du patient sous ventilation. Les tensions admises de manière continue à l'amplificateur de mesure de la pression partielle en oxygène sont transmises à un amplificateur qui compare la valeur de tension momentanée à une valeur de consigne ajustée par l'intermédiaire d'un potentiomètre. L'amplificateur commande, par l'intermédiaire d'un élément de retard en fonction des écarts de tension entre la valeur de consigne prédéterminée et la valeur actuelle mesurée, une grandeur de sortie déterminée de l'appareil de ventilation (grandeur réglante). La réalisation antérieure présente l'inconvénient que la raison de l'écart de la valeur actuelle n'est pas diagnostiquée, de sorte que, le cas échéant, la commande des grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation aurait lieu de manière non physiologique. («Methodik der Beatmung» de V. Schulz, dans «Intensivmedizin», 13, p. 133-147,1976.) A ventilation installation is known which makes it possible, by means of electronically controlled and controlled servo valves, to control and monitor the output quantities of the ventilation device according to the measurement quantities obtained from the patient under ventilation. In a known method, the partial pressure of oxygen in the arterial blood of the patient under ventilation is then used as a state variable for the command and control action (controlled quantity). The voltages admitted continuously to the amplifier for measuring the partial oxygen pressure are transmitted to an amplifier which compares the current voltage value with an adjusted reference value by means of a potentiometer. The amplifier controls, via a delay element as a function of the voltage differences between the predetermined set value and the current measured value, a determined output quantity of the ventilation device (regulating quantity). The previous embodiment has the disadvantage that the reason for the deviation from the current value is not diagnosed, so that, if necessary, the control of the output quantities of the ventilation device would take place in a non-physiological manner. . ("Methodik der Beatmung" by V. Schulz, in "Intensivmedizin", 13, p. 133-147,1976.)

On connaît encore une autre installation de ventilation avec un appareil de ventilation, commandé et contrôlé par les grandeurs du patient sous ventilation, comprenant un instrument de mesure des valeurs de la fonction pulmonaire mesurant au moins la compliance et la résistance des voies aériennes plus d'une fois par phase d'inspiration et d'expiration, et une installation de commande avec une partie de calcul et ime partie de contrôle sélectionnant les valeurs de mesure déterminantes et fournissant, au cours de la partie suivante de la phase d'inspiration ou celle d'expiration, une quantité de gaz respiratoire telle que déterminée par la partie de calcul en fonction des modifications de la partie immédiatement antérieure de la phase d'inspiration ou d'expiration. Yet another ventilation installation is known with a ventilation device, controlled and controlled by the sizes of the patient under ventilation, comprising an instrument for measuring the values of the pulmonary function measuring at least the compliance and the resistance of the airways more once per inspiration and expiration phase, and a control installation with a calculation part and a control part selecting the determining measurement values and supplying, during the next part of the inspiration phase or that expiration, an amount of respiratory gas as determined by the calculation part according to the modifications of the immediately anterior part of the inspiration or expiration phase.

L'installation de ventilation peut encore comprendre un instrument de mesure d'analyses de composants gazeux du sang, également relié à l'appareil de ventilation. L'unité de commande et de contrôle règle la quantité de gaz respiratoire ainsi que la composition de celui-ci. Toutefois, cette installation de ventilation ne permet pas d'incorporer tous les paramètres afin d'assurer avantageusement une adaptation optimale au patient sous ventilation. (Demande de brevet allemande mise à la disposition du public N° 2505670.) The ventilation installation may also include an instrument for measuring analyzes of gaseous components of the blood, also connected to the ventilation device. The command and control unit regulates the quantity of respiratory gas as well as the composition thereof. However, this ventilation installation does not allow all the parameters to be incorporated in order to advantageously ensure optimal adaptation to the patient on ventilation. (German patent application available to the public N ° 2505670.)

D'après une publication, on a indiqué, dans le cadre d'une recherche scientifique, qu'on peut obtenir des informations supplémentaires concernant d'importants paramètres physiologiques à des fins de diagnostic en perturbant de façon délibérée et pendant un temps bref la composition du mélange de gaz inspiré et en mesurant la réponse au niveau du mélange de gaz expiré. On ne peut pas observer ces paramètres physiologiques par des procédés passifs de mesure directe. Ces études théoriques ne fournissent pas d'instructions pour concevoir une installation fiable de commande et de contrôle d'un appareil de ventilation. («A method to estimate pulmonary gas volume, distribution of ventilation and pulmonary capillary bloodflow in intensive care», par M. De-meester et cd., extrait de «Computers in Cardiology», Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.) According to a publication, it has been stated in scientific research that additional information regarding important physiological parameters can be obtained for diagnostic purposes by deliberately and briefly disrupting the composition of the inspired gas mixture and measuring the response at the exhaled gas mixture. These physiological parameters cannot be observed by passive direct measurement methods. These theoretical studies do not provide instructions for designing a reliable installation for command and control of a ventilation device. ("A method to estimate pulmonary gas volume, distribution of ventilation and pulmonary capillary bloodflow in intensive care", by M. De-meester and cd., Extract from "Computers in Cardiology", Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.)

L'invention a pour but de réaliser une installation de ventilation dans laquelle l'incorporation supplémentaire de paramètres dérivés de fonctions de réponse permet un contrôle sans faille avec adaptation physiologique des grandeurs de sortie d'un appareil de ventilation. The object of the invention is to provide a ventilation installation in which the additional incorporation of parameters derived from response functions allows flawless control with physiological adaptation of the output quantities of a ventilation device.

Afin d'atteindre ce but, l'installation de la présente invention comprend les éléments mentionnés dans la partie caractérisante de la revendication 1. In order to achieve this object, the installation of the present invention comprises the elements mentioned in the characterizing part of claim 1.

Cette réalisation offre l'avantage qu'en plus du contrôle de l'appareil de ventilation par les modifications passives des paramètres physiologiques, c'est-à-dire sans que le patient sous ventilation soit soumis à une action quelconque, le contrôle est également réalisé par des modifications actives des variables physiologiques résultant de perturbations voulues répétables des grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation. Cela donne la possibilité de ne pas faire appel, en vue du contrôle, à l'une des grandeurs de sortie qu'on aurait systématiquement liée à un des paramètres This embodiment has the advantage that in addition to controlling the ventilation device by passive changes in physiological parameters, that is to say without the patient under ventilation being subjected to any action, control is also achieved by active modifications of physiological variables resulting from repetitive desired disturbances of the output quantities of the ventilation device. This gives the possibility of not calling, for the purpose of control, one of the output quantities that would have been systematically linked to one of the parameters.

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physiologiques, mais grâce au procédé, de sélectionner parmi les grandeurs de sortie individuellement une ou une combinaison de celles-ci de façon optimale pour le patient sous ventilation et de la ou les modifier en conséquence. physiological, but thanks to the method, to select from the output quantities individually one or a combination of these optimally for the patient under ventilation and to modify them accordingly.

On a représenté au dessin une forme de réalisation de l'installation selon l'invention, sous forme schématique décrite plus en détail ci-après. A cet effet, le dessin représente un schéma-bloc de cette installation de ventilation. Celui-ci comprend un appareil de ventilation 7 constitué par un mélangeur de gaz contrôlable 8 et un dispositif de commande et contrôle 9. Ce dernier, ainsi que le mélangeur de gaz contrôlable 8, sont commandés par une unité de commande maîtresse 10, recevant elle-même ses signaux de commande d'une unité de pilotage 1 de l'exécution du test fonctionnel, ainsi que d'un appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et d'un appareil analysant les composants gazeux du sang 5. Les valeurs de mesure originaires de l'unité de mesure de la fonction pulmonaire 4, ainsi que de l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5, sont transmises à une unité d'évaluation fonctionnelle 2, dont le signal de sortie est également connecté à l'unité de commande maîtresse 10, ainsi qu'à une unité d'affichage 3. L'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 mesure les paramètres de la mécanique pulmonaire du patient sous ventilation 6, tandis que l'appareil 5 analysant les composants gazeux du sang examine le sang pour ses composants d'anhydride carbonique et d'oxygène. The drawing shows an embodiment of the installation according to the invention, in schematic form described in more detail below. To this end, the drawing represents a block diagram of this ventilation installation. This comprises a ventilation device 7 constituted by a controllable gas mixer 8 and a command and control device 9. The latter, as well as the controllable gas mixer 8, are controlled by a master control unit 10, receiving it - even its control signals from a control unit 1 for the execution of the functional test, as well as from a device for measuring the pulmonary function 4 and from a device analyzing the gaseous components of the blood 5. The values of measurement originating from the pulmonary function measurement unit 4, as well as from the apparatus analyzing the gaseous components of the blood 5, are transmitted to a functional evaluation unit 2, the output signal of which is also connected to the master control unit 10, as well as a display unit 3. The pulmonary function measuring device 4 measures the parameters of the patient's pulmonary mechanics under ventilation 6, while the device 5 analyzing the gaseous components some blood examines the blood for its carbon dioxide and oxygen components.

L'installation de ventilation fonctionne comme suit: l'appareil de ventilation 7 alimente le patient sous ventilation 6 en gaz respiratoire. La composition gazeuse est alors fonction des grandeurs d'entrée que l'unité de commande maîtresse 10 envoie au mélangeur de gaz contrôlable 8. Les autres grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation 7 sont fonction des grandeurs d'entrée que le dispositif de commande et de contrôle 9 reçoit de l'unité de commande maîtresse 10. Les valeurs des composants gazeux du sang du patient sous ventilation sont mesurées par l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5 et transmises à titre de signal de commande à l'unité maîtresse 10, ainsi qu'à l'unité d'évaluation fonctionnelle 2. Les paramètres de la mécanique pulmonaire du patient sous ventilation 6 sont de même déterminés par l'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et transmis à titre de signal de commande à l'unité maîtresse 10, ainsi qu'à l'unité d'évaluation fonctionnelle 2. L'unité de pilotage 1 de l'exécution du test fonctionnel déclenche, à intervalles de temps déterminés, tels que toutes les 40 mn, par exemple, par l'intermédiaire de l'unité de commande maîtresse 10, du mélangeur de gaz contrôlable 8 et de l'appareil de ventilation 7, pour une brève période de temps, par exemple une dizaine de cycles respiratoires, une modification de la'composition du gaz respiratoire et/ou de toute autre grandeur de sortie de l'appareil de ventilation 7. Cette modification entraîne, pour le patient ventilé 6, une modification caractéristique des valeurs de ses composants gazeux sanguins que mesure l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5 et dont on dispose à titre de signal pour l'unité d'évaluation fonctionnelle 2. Cela provoque également, chez le patient ventilé, des modifications caractéristiques des gaz expirés qui sont mesurées par l'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 7 et utilisées de manière analogue par l'unité d'évaluation fonctionnelle 2. A partir de ces signaux, obtenus au cours d'une brève modification, déclenchée par l'unité de pilotage 1 de la composition du gaz respiratoire et des autres grandeurs de sortie précitées, l'unité d'évaluation fonctionnelle 2 élabore, indépendamment des signaux de commande et de contrôle présents au cours de la ventilation en régime, provenant de l'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et de l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5, ses propres signaux de commande pour l'unité de commande 10. Celle-ci commande alors, par l'intermédiaire du mélangeur de gaz contrôlable 8 ou, suivant l'état du patient ventilé, également par l'intermédiaire du dispositif de commande The ventilation system operates as follows: the ventilation device 7 supplies the ventilated patient 6 with respiratory gas. The gas composition is then a function of the input quantities that the master control unit 10 sends to the controllable gas mixer 8. The other output quantities of the ventilation device 7 are a function of the input quantities that the device command and control 9 receives from the master control unit 10. The values of the gaseous components of the blood of the patient under ventilation are measured by the apparatus analyzing the gaseous components of the blood 5 and transmitted as a control signal to the master unit 10, as well as the functional evaluation unit 2. The parameters of the pulmonary mechanics of the ventilated patient 6 are likewise determined by the pulmonary function measuring device 4 and transmitted as a signal of command to the master unit 10, as well as to the functional evaluation unit 2. The control unit 1 for the execution of the functional test triggers, at determined time intervals, such as every 40 min, by example, p by means of the master control unit 10, the controllable gas mixer 8 and the ventilation device 7, for a short period of time, for example ten respiratory cycles, a modification of the composition of the respiratory gas and / or any other output quantity of the ventilation device 7. This modification causes, for the ventilated patient 6, a characteristic modification of the values of its gaseous blood components as measured by the device analyzing the gaseous components of the blood 5 and which is available as a signal for the functional evaluation unit 2. This also causes, in the ventilated patient, characteristic modifications of the exhaled gases which are measured by the pulmonary function measuring device 7 and used analogously by the functional evaluation unit 2. On the basis of these signals, obtained during a brief modification, triggered by the control unit 1 of the composition of the respiratory gas. re and the other aforementioned output quantities, the functional evaluation unit 2 develops, independently of the command and control signals present during the ventilation in regime, coming from the apparatus for measuring the pulmonary function 4 and from the apparatus analyzing the gaseous components of the blood 5, its own control signals for the control unit 10. The latter then controls, via the controllable gas mixer 8 or, depending on the state of the ventilated patient, also via the control device

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et de contrôle 9, les paramètres physiologiques de sortie de l'appareil de ventilation 7. and control 9, the physiological parameters of output from the ventilation device 7.

Si des changements considérables de l'état du patient ventilé se produisent, ceux-ci apparaissent sur l'unité d'affichage 3 et le 5 personnel de surveillance peut alors déclencher, à la main, par l'intermédiaire de l'unité de pilotage 1, les modifications temporaires de l'appareil de ventilation 7. If considerable changes in the ventilated patient's condition occur, these appear on the display unit 3 and the monitoring personnel can then trigger, by hand, via the control unit 1, temporary modifications to the ventilation device 7.

Comme grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation dans la 10 présente installation, déterminées comme modifiables au cours des périodes de perturbation (encore appelées tests fonctionnels), peuvent être considérés, par exemple, le volume courant, la fréquence de ventilation, le débit inspiratoire ou expiratoire, la forme du débit, le rapport de la durée d'inspiration à celle d'expi-I5 ration, la durée de la pause inspiratoire, la pression inspiratoire ou expiratoire. As output quantities of the ventilation device in the present installation, determined as modifiable during periods of disturbance (also called functional tests), can be considered, for example, tidal volume, ventilation frequency, flow rate inspiratory or expiratory, the form of the flow, the ratio of the duration of inspiration to that of expi-I5 ration, the duration of the inspiratory pause, the inspiratory or expiratory pressure.

On considère comme particulièrement avantageux qu'une grandeur de sortie de l'appareil de ventilation déterminée comme perturbable soit constituée par la composition du mélange gazeux 20 fourni par l'appareil de ventilation. Un paramètre physiologique important du patient sous ventilation que l'on peut en déduire aisément est la capacité résiduelle fonctionnelle CRF à connaître en vue d'un réglage optimal de la pression en fin d'expiration. It is considered particularly advantageous that an output quantity of the ventilation device determined as being disturbable consists of the composition of the gas mixture 20 supplied by the ventilation device. An important physiological parameter of the ventilated patient which can be deduced easily is the residual functional capacity CRF to be known with a view to optimal adjustment of the pressure at the end of expiration.

L'évolution dans le temps de la modification déterminée d'une 25 grandeur de sortie peut être en principe quelconque, par exemple sinusoïdale, en échelon, en dents de scie, ou triangulaire. The evolution over time of the determined modification of an output quantity can in principle be arbitrary, for example sinusoidal, stepwise, sawtooth, or triangular.

Il est particulièrement avantageux que la perturbation se présente sous forme de bouffées, c'est-à-dire d'une variation 30 brusque et de relativement courte durée. Cela permet d'avoir également accès aux variables physiologiques, réagissant avec une courte constante de temps à la perturbation, en vue de la commande de l'appareil de ventilation. L'un de ces paramètres physiologiques à réaction rapide est l'échange de gaz à l'intérieur des 35 poumons. It is particularly advantageous that the disturbance is in the form of puffs, that is to say an abrupt variation and of relatively short duration. This also gives access to physiological variables, reacting with a short time constant to the disturbance, with a view to controlling the ventilation device. One of these physiological parameters with rapid reaction is the exchange of gases inside the lungs.

Si l'on utilise la composition du mélange respiratoire comme grandeur perturbable, chaque composante du mélange respiratoire, telle qu'entre autres l'azote, l'hélium, l'oxyde de carbone, le xénon, le krypton ou encore le deutérium, peut être utilisée à cet 40 effet. Il est particulièrement avantageux d'utiliser, dans ce but, la composante d'oxygène et celle d'anhydride carbonique, ces deux gaz ne présentant pas d'inconvénients physiologiques et pouvant être aisément décelés. Dans ce cas, ces deux composantes gazeuses peuvent être modifiées soit séparément, soit encore simultané-45 ment. If the composition of the respiratory mixture is used as a disturbable quantity, each component of the respiratory mixture, such as, among others, nitrogen, helium, carbon monoxide, xenon, krypton or even deuterium, can be used for this purpose. It is particularly advantageous to use, for this purpose, the oxygen component and that of carbon dioxide, these two gases having no physiological disadvantages and can be easily detected. In this case, these two gaseous components can be modified either separately or even simultaneously.

La perturbation ou la modification déterminée des grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation doit avoir lieu à des intervalles de temps considérables par rapport à la durée de la perturbation. Il est avantageux que l'intervalle de temps des perturba-50 tions déterminées soit prévu de manière fixe, toutes les 40 mn par exemple, comme décrit. The determined disturbance or modification of the output quantities of the ventilation device must take place at considerable time intervals relative to the duration of the disturbance. It is advantageous for the time interval of the determined disturbances to be fixed, every 40 minutes for example, as described.

Il est particulièrement avantageux que la perturbation déterminée soit aussi déclenchée par l'unité de pilotage 1 et l'unité de 55 commande 10 quand les modifications passives, résultant de l'état du patient sous ventilation, sont situées à l'extérieur d'un domaine de tolérance prédéterminée ou d'une tendance ou évolution prévue. It is particularly advantageous that the determined disturbance is also triggered by the control unit 1 and the control unit 10 when the passive changes, resulting from the state of the patient under ventilation, are located outside a area of predetermined tolerance or expected trend or development.

La commande de l'appareil de ventilation est alors rapidement 60 réglée lors de modifications de l'état du patient sous ventilation. Une telle installation est surtout avantageuse parce que la mesure continue d'ime grandeur physiologique en combinaison avec sa modification provoquée par la perturbation déterminée permet une commande physiologiquement optimale des grandeurs de 65 sortie de l'appareil de ventilation. Ainsi, par exemple, la valeur PEEP (Positive End Expiratory Pressure), pression positive en fin d'expiration, peut être contrôlée et commandée par rapport à la CRF, aux échanges respiratoires et à la perfusion des pou The control of the ventilation device is then quickly adjusted 60 when the state of the patient under ventilation is modified. Such an installation is especially advantageous because the continuous measurement of a physiological quantity in combination with its modification caused by the determined disturbance allows physiologically optimal control of the quantities of output from the ventilation device. Thus, for example, the value PEEP (Positive End Expiratory Pressure), positive pressure at the end of expiration, can be controlled and controlled with respect to CRF, respiratory exchanges and perfusion of lice.

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mons. La présente installation permet encore une commande de la concentration d'oxygène inspiratoire en fonction du besoin véritable à chaque instant du patient sous ventilation, en tenant compte de facteurs perturbants tels que perfusion défectueuse et distribution inégale. mons. The present installation also allows control of the inspiratory oxygen concentration according to the real need at all times of the patient under ventilation, taking into account disturbing factors such as defective perfusion and uneven distribution.

L'installation de ventilation correspondant à l'exemple de réalisation démontre nettement l'avantage de la construction, simplifiant la mise en œuvre et garantissant ainsi une commande et un contrôle physiologiquement adaptés et sûrs des valeurs de s ventilation. The ventilation installation corresponding to the exemplary embodiment clearly demonstrates the advantage of the construction, simplifying the implementation and thus guaranteeing physiologically suitable and reliable command and control of the ventilation values.

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1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

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1. Installation for ventilating a patient, comprising a ventilation device, a control unit connected to the ventilation device and intended to control the output quantities thereof, and measuring devices intended to read the parameters physiological on the patient under ventilation and connected to the control unit to control the ventilation device, characterized by a control unit (1) of a functional test which provides output values to the control unit (10 ) to selectively modify at least one of the output quantities of the ventilation device (7), and by a functional evaluation unit (2) whose input is connected to the measurement devices (4, 5) of the physiological parameters of the patient and the output of which is connected to the input of the control unit (10), in order to record, process and transmit the measurement data, resulting from said selective modification, to the unit control (10).

2. Installation according to claim 1, characterized in that the control unit (1) and the control unit (10) are arranged so as to produce repeated changes in the composition of the respiratory mixture supplied by the breathing apparatus. ventilation (7).

3. Installation according to claim 2, characterized in that the modifications are in the form of puffs extending over a number of respiratory cycles which is small compared to the duration of ventilation and compared to the intervals of repetition of the modifications.

4. Installation according to one of claims 2 or 3, characterized in that the selectively modified output quantity consists of the O2 component of the respiratory mixture of the ventilation device (7).

5. Installation according to one of claims 2 or 3, characterized in that the selectively modified output quantity is constituted by the CO2 component of the respiratory mixture of the ventilation device (7).

6. Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ventilation device (7) comprises a controllable gas mixer (8) and a command and control device (9) acting on d other output quantities of the ventilation unit (7).

7. Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring devices comprise a measuring device (4) of the pulmonary function of the patient and an analysis device (5) of the gaseous components of the blood of the patient.

8. Installation according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a display unit (3) connected to the measuring devices (4, 5) allowing the monitoring of changes in the state of the patient caused by selective modifications of the output quantities of the ventilation device (7).