DD251706A1

DD251706A1 - METHOD FOR COMPUTER-CONTROLLED VENTILATION MONITORING

Info

Publication number: DD251706A1
Application number: DD29308586A
Authority: DD
Inventors: Ute Morgenstern; Beate Boehme; Stefan Woschech; Siegfried Kaiser
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1987-11-25

Abstract

Das Verfahren zur rechnergestuetzten Beatmungsueberwachung wird in der Medizintechnik bei der maschinellen Beatmung von Patienten angewendet. Es hat das Ziel, nach Erfassung der geraeteseitigen und patientenseitigen Parameter, bei der maschinellen Beatmung den Arzt in die Lage zu versetzen, bei Aenderung der Parameter auf diese durch Aenderung der Ventilatoreinstellung zu reagieren, ohne den Patienten zusaetzlich zu belasten. Erfindungsgemaess werden dazu aus den Geraeteparametern und Parametern der Geraeteelemente Geraeteteilmodelle gebildet und fuer den Patienten nach Identifikationsmerkmalen ein Patiententeilmodell definiert. Geraeteteilmodelle und Patiententeilmodelle werden in einem rechentechnischen Teil des Beatmungsarbeitsplatzes gespeichert. Entsprechend der Art der Beatmungsaufgabe werden sie von dort abgerufen und zu einem Gesamtmodell zusammengesetzt. Aendern sich waehrend der Beatmung Parameter, so werden durch Simulation des Patienten-Geraete-Systems am Gesamtmodell notwendige Aenderungen der Ventilatoreinstellung ermittelt, ohne den Patienten zu belasten oder zu schaedigen.The method for computer-aided ventilation monitoring is used in medical technology in the mechanical ventilation of patients. The aim, after detection of the device-side and patient-side parameters, for mechanical ventilation, is to enable the physician to react to the parameters by changing the parameters without changing the patient's load. According to the invention, device submodels are formed from the device parameters and parameters of the device elements, and a patient submodel is defined for the patient according to identification features. Device models and patient submodels are stored in a computational part of the ventilation workstation. Depending on the type of ventilation task, they are retrieved from there and assembled into an overall model. If parameters change during ventilation, simulations of the ventilator settings will be performed on the whole model by simulating the patient-device-system without burdening or damaging the patient.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung und Kontrolle der maschinellen Beatmung von Patienten.The invention relates to a method for planning and controlling the mechanical ventilation of patients.

Characteristic of the known technical solutions

Es;ist bekannt, mit Hilfe gespeicherter Programme die Antwort zu simulieren, die man bei Änderung der aktuellen Parameter der maschinellen Beatmung in den klinischenVariablen des Patienten erhalten würde/1/. Bei einem bekannten Gerät wird diese Antwort mit Hilfe der beiden Parameter R und C simuliert. Der Einfluß der bei der Beatmung an den Patienten angekoppelten Geräte wird dabei vernachlässigt. Die Simulation bleibt auf einem im Programm auf Grund bestimmter Patientenparameter festgelegten Algorithmus beschränkt, so daß die für eine situationsangepaßte Beachtung notwendige Genauigkeit und Differenzierbarkeit nicht erreicht wird. Außerdem lassen sich verfahrensbedingt die für die Parameterbestimmung verwendeten Meßkurven nicht reproduzieren/2/It is known to simulate, with the help of stored programs, the response that would be obtained by changing the current parameters of mechanical ventilation in the clinical variables of the patient / 1 /. In a known device, this response is simulated using the two parameters R and C. The influence of the coupled to the patient during ventilation devices is neglected. The simulation remains limited to an algorithm defined in the program on the basis of certain patient parameters, so that the accuracy and differentiability required for a situation-adapted observation is not achieved. In addition, due to the process, the measured curves used for the parameter determination can not be reproduced / 2 /

/1/ QS DE 31 33697 / 1 / QS DE 31 33697

A'61 M/0/6/000 /27, Cäburos MetalicosA'61 M / 0/6/000/27, Cäburos Metalicos

Pulmosystem S/11Pulmosystem S / 11

FirmenschriftFirmenschrift

Carburos Metalicos, Medical Division, BarcelonaCarburos Metalicos, Medical Division, Barcelona

Object of the invention

Esist Ziel der Erfindung, die Simulationsgenauigkeit zu erhöhen und dem Arzt dadurch die Möglichkeit zu geben, den Einfluß der Änderung von Ventilatoreinstellungen am Modell zu untersuchen, Meßgrößen synchron mit Patientengrößen_; die meßtechnisch nicht erfaßbar sind, darzustellen, sowie Einflußuntersuchungen getrennt für Geräte- und Patientenseite durchzuführen. Die Wahl einer günstigen Beatmungsform wird unterstützt und eine individuellere Betreuung des Patienten während der Beatmung mit nur einer Grundeinstellung des Beatmungsgerätes ermöglicht.It is an object of the invention to increase the simulation accuracy and thereby give the physician the opportunity to examine the influence of the change of fan settings on the model, measured quantities in synchronism with patient sizes _; the metrologically are not detectable, represent, as well as influence examinations carried out separately for device and patient side. The choice of a favorable form of ventilation is supported and allows a more personalized care of the patient during ventilation with only one basic setting of the ventilator.

Explanation of the essence of the invention

Dem. Verfahren zur rechnergestützten Beatmungsüberwachung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl den Einfluß der zur Beatmung verwendeten Geräte als auch die Patientenparameter in die Bestimmung des zu verwendenden Beatmungsmodells einzubeziehen und durch Simulation am Modell ohne Patientenbelastung eine Aussage über die Wirkung von Beatmungsparameteränderungen zu erhalten. Damit erhöhen sich Sicherheit und Effektivität des Beatmungsprozesses. Erfindungsgemäß ergibt sich die Struktur des auf den Patienten und die Geräteanordnung zugeschnittenen spezifischen Modells aus.bekannten Patienten- und Geräteteilmodellen, die in einem, an sich bekannten rechentechnischen Teil des Beatmungsarbeitsplatzes gespeichert werden.The method for computer-assisted ventilation monitoring is based on the object of including the influence of the devices used for ventilation as well as the patient parameters in the determination of the ventilation model to be used and to obtain a statement about the effect of ventilation parameter changes by simulation on the model without patient load. This increases the safety and effectiveness of the ventilation process. According to the invention, the structure of the specific model tailored to the patient and the device arrangement results from known patient and device submodels which are stored in a computation part of the ventilation workstation which is known per se.

Vom Gerätebediener werden die Teilmodelle aus dem gespeicherten Vorrat gewählt und zum Gesamtmodell zusammengesetzt. Dabei wird das Geräteteilmodell aus Elementen für einzelne Geräte bzw. Baugruppen nach der Anordnung der am Patienten angewandelten Geräte und deren Verbindungen, die vom Anwender vorgegeben werden, zusammengestellt. Das Patiententeilmodell wird nach den Kriterien der geforderten Simulationsgenauigkeit und der speziellen Untersuchungsaufgabe ausgewählt.The device operator selects the submodels from the stored stock and assembles them into the overall model. The device sub-model is composed of elements for individual devices or assemblies according to the arrangement of the devices applied to the patient and their connections, which are specified by the user. The patient sub-model is selected according to the criteria of the required simulation accuracy and the specific examination task.

Die Modellparameter der Elemente des Geräteteils werden nach Eingabe der Gerätemodellstruktu raus dem Speicher abgerufen. Die Parameter des Modells des respiratorischen Systems des Patienten werden nach abgespeicherten Identifikationsalgorithmen, die der jeweiligen gewählten Struktur des Patientenmodells zugeordnet sind, anhand der während der Beatmung im System gemessenen Größen berechnet.The model parameters of the elements of the device part are retrieved from the memory after entering the device model structure. The parameters of the model of the respiratory system of the patient are calculated according to stored identification algorithms, which are assigned to the respective selected structure of the patient model, based on the variables measured during ventilation in the system.

Aus der Modellstruktur des Gesamtsystems und den ermittelten Werten der Modellparameter besteht das SimulationsmodelL Eine vorgesehene Änderung der Beatmungsparameter am Ventilator kann nun während der Beatmung des Patienten vorerst am Modell überprüft werden. Durch Simulation des Verhaltens des Patienten-Geräte-Systems am Modell kann somit eine für den Patienten günstige Beatmungsform gefunden werden, ohne den Patienten durch unangepaßte Beatmung zu belasten oder zu schädigen.From the model structure of the entire system and the determined values of the model parameters there is the simulation model. A planned change of the ventilation parameters on the ventilator can now be checked on the model during the ventilation of the patient. By simulating the behavior of the patient-device system on the model can thus be found a favorable form of ventilation for the patient, without burdening the patient by unadjusted ventilation or damage.

Durch Simulation der Änderung der Beatmungsparameter oder der Geräteanordnung am Modell können verschiedene Einflüsse und deren Wirkungen auf das respiratorische System des Patienten simuliert werden und somit können gegebenenfalls schädigende Einflüsse bei der Beatmung ausgeschlossen werden.By simulating the change of the ventilation parameters or the device arrangement on the model, various influences and their effects on the respiratory system of the patient can be simulated and thus potentially damaging influences during ventilation can be excluded.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein zu beatmender Patient wird vorerst mit einer vom Arzt gewählten Grundeinstellung eines Beatmungsgerätes versorgt, um den lebensnotwendigen Gasaustausch zu gewährleisten. Um eine für den Patienten günstige Ventilatoreinstellung zu finden und die Reaktion des Systems Patient—Geräte vorher zu bestimmen, wird an einem auf die spezielle Patienten-Geräte-Anordnung zugeschnittenen Modell der Mechanik und der Gasdynamik des respiratorischen Systems und der Geräte eine Simulation durchgeführt.For the time being, a patient to be ventilated is supplied with a physician-selected basic setting of a ventilator in order to ensure the vital gas exchange. In order to find a favorable fan setting for the patient and predetermine the response of the patient-device system, a simulation of the mechanics and gas dynamics of the respiratory system and devices is performed on a model tailored to the particular patient-device arrangement.

Dazu wird das Simulätionsmodell aus einem Geräteteilmodell und einem Patiententeilmodell gebildet. Die Struktur des Geräteteilmodells wird nach der Geräteanordnung, die am Patienten zum Einsatz kommt, zusammengestellt. In den Modellelementen z. B. Resistance, Compliance, nichtlineare Elemente werden die Geräte z. B. Ventilator, Faltenschläuche, Ventile, Tuben abgebildet. Die Parameter der Modellelemente für die gewählte Geräteanordnung, die der Literatur entnommen bzw. ausgemessen wurden, sind abgespeichert. Die Struktur des Patientenmodells wählt der Arzt aus einem gespeicherten Vorrat an bekannten Modellen der Ventilationsmechanik. Die Werte der Modellparameter werden aus den während der Beatmung gemessenen Größen Druck und Flow nach einem Identifikationsalgorithmus ermittelt. Dieser Algorithmus ist der gewählten Modellstruktur zugeordnet, beispielsweise Ermittlung der z-Übertragungsfunktion aus den diskret abgetasteten Ein- und Ausgangssignalen des Systems. Mit Hilfe der Simulation kann nun das mechanisch/gasdynamische Verhatten des Systems am Modell nachgebildet werden.For this purpose, the simulation model is formed from a device submodel and a patient submodel. The structure of the device part model is assembled according to the device arrangement that is used on the patient. In the model elements z. As resistance, compliance, non-linear elements, the devices z. As fan, bellows tubes, valves, tubes shown. The parameters of the model elements for the selected device arrangement, which were taken from the literature or measured, are stored. The physician selects the structure of the patient model from a stored supply of known models of ventilation mechanics. The values of the model parameters are determined from the variables pressure and flow measured during ventilation according to an identification algorithm. This algorithm is associated with the selected model structure, such as determining the z-transfer function from the discretely sampled input and output signals of the system. With the help of the simulation, the mechanical / gas-dynamic disturbance of the system can now be modeled on the model.

Eine durch die Simulation gefundene, spezielle, günstige Beatmungsform kann nun, nach Erprobung ohne Patientenbelastung, am Patienten angewandt werden, wobei die Beschränkung des Modells auf Mechanik und Gasdynamik zu beachten ist.A special, favorable ventilation form found by the simulation can now be applied to the patient after trial without patient loading, whereby the restriction of the model to mechanics and gas dynamics must be taken into account.

Claims

Method for computer - assisted ventilation monitoring, characterized in that the ventilator workstation has various per se known patient model models and device submodels which, according to the current condition of the patient and the necessary overall structure, are combined to form an overall model and then the simulation of the patient Behavior of the overall model is performed according to stored algorithms.

2. Method for computer-assisted ventilation monitoring according to item 1, characterized in that the model structures for the device side result from the arrangement of these devices in connection with the patient and the model structures for the patient side are selected according to the required accuracy and special examination tasks according to certain stored criteria ,

3; Method for computer-aided ventilation monitoring according to item 1 and 2, characterized in that the model parameters for the device side from the predetermined parameters

.. The device parts are assembled and determined for the patient side according to stored identification algorithms according to the selected structures from the measured variables.