DE10041005C1 - Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät - Google Patents

Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit einer Frischgasdosiereinheit (14) und einem Drucksensor (17) im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung (1) im Inspirationszweig und einem PEEP/P¶MAX¶-Ventil (7) im Exspirationszweig, wobei die Frischgasdosiereinheit (14), der Drucksensor (17), die Volumenverschiebeeinrichtung (1) und das PEEP/P¶MAX¶-Ventil (7) mit einer Auswerte- und Steuereinmheit (15) verbunden sind. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnelle Konzentrationsänderung des zugeführten Anästhesiemittels oder Frischgases im Atemkreislauf ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand am Anästhesiegerät herbeizuführen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung (1), entweder unter Steuerung der Frischgaszufuhr oder unter Steuerung der Rückfahrgeschwindigkeit der Volumenverschiebeeinrichtung (1). Die Spülung erfolgt simultan zum regulären Beatmungsbetrieb des Anästhesiegeräts, der volumenkontrolliert oder druckkontrolliert erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und 2.

Bei Anästhesiegeräten, die eine Volumenverschiebeeinrichtung als Atemgasfördereinheit für das beim Patienten zu applizierende Tidalvolumen besitzen, tritt das Problem auf, dass insbesondere bei kleinen Atemminutenvolumina, das heißt bei kleinen Volumenverschiebungen pro Minute, abgekürzt AMV, eine Änderung der Anästhesiemittel- oder Frischgaskonzentration nur sehr langsam zum Patienten gelangt. Ursache dafür ist, dass sich das neu zugeführte Anästhesiemittel oder Frischgas nicht sofort gleichmäßig im gesamten Atemkreislauf des Anästhesiegeräts verteilt, sondern sich Gassegmente mit der neuen Konzentration, bestehend aus Anästhesiemittel, Frischgas und einem gewissen Anteil an ausgeatmeten Gas, allmählich mit jedem Inspirationshub durch den Inspirationszweig des Atemkreislaufs zum Patienten bewegen. Die Gassegmente mit der neuen Konzentration bewegen sich dabei mit einer zum Atemminutenvolumen proportionalen Geschwindigkeit zum Patienten. Bei sehr kleinen zu applizierenden Tidalvolumina, wie sie etwa bei der Neonatenbeatmung auftreten, und auch bei fangen Schläuchen kann es mehrere Minuten dauern, bevor die Konzentrationsänderung im Atemkreislauf am Mundstück zum Patienten festgestellt werden kann.

Durch eine Erhöhung der Frischgaszufuhr, worunter im folgenden auch Anästhesiemittel enthaltendes Frischgas verstanden werden soll, lässt sich dieser Vorgang nicht beschleunigen, da Anästhesiegeräte mit Volumenverschiebeeinrichtung in der Regel frischgasentkoppelt arbeiten. Wird die Frischgaszufuhr erhöht, so fließt der das Atemminutenvolumen übersteigende Teil der Frischgaszufuhr ungenutzt über die Narkosegasfortleitung ab, ohne dass es zu einer schnellen Konzentrationsänderung am Mundstück zum Patienten kommt.

In der DE 40 04 034 C2 wird ein Anästhesiebeatmungsgerät mit einem Ventilator als Atemgasfördereinheit beschrieben, mit dem eine geänderte Sollwertvorgabe eines Anästhesiegasbestandteils zeitoptimiert einstellbar ist. Dabei wird der Regelkreis für die Systemparameter des Atemkreislaufs für eine bestimmte Zeitspanne aufgetrennt, während der Atemkreislauf mit dem zu ändernden Anästhesiegas geflutet werden kann. Erst bei Erreichen eines Konzentrationswertes nahe dem einzustellenden neuen Sollwert wird der Regelkreis wieder geschlossen, wodurch der Regler die Dosiereinheit des betreffenden Anästhesiegases zur Einstellung des neuen Sollwerts beeinflusst.

Als Nachteil bei dem bekannten Anästhesiebeatmungsgerät erweist sich, dass eine aufwendige Regelschaltung erforderlich ist, mit deren Hilfe eine geänderte Anästhesiegaskonzentration im Atemkreislauf herbeigeführt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand eine schnelle Konzentrationsänderung des zugeführten Anästhesiemittels oder Frischgases im Atemkreislauf eines Anästhesiegeräts herbeigeführt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass eine Konzentrationsänderung bei der Frischgaszufuhr sehr schnell, das heißt innerhalb von einem bis drei Beatmungszyklen, beim Patienten angelangt, und zwar durch einen Spülvorgang während des regulären Betriebs des Anästhesiegeräts, an das der Patient angeschlossen ist.

Wahlweise kann die Spülung einer Volumenverschiebeeinrichtung, die das zu applizierende Tidalvolumen zum Patienten verschiebt, durch vollständige Frischgasbefüllung entweder unter Steuerung der Frischgaszufuhr gemäß Schritt b) des Patentanspruchs 1 oder unter Steuerung der Geschwindigkeit gemäß Schritt b) des Patentanspruchs 2, mit der die Volumenverschiebeeinrichtung für die Frischgasbefüllung zurückgefahren wird, vorgenommen werden. In beiden Fällen werden Frischgaszufuhr und Rückfahrgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt, dass die Volumenverschiebeeinrichtung vollständig mit Frischgas befüllt wird, wobei möglichst wenig Frischgas über die Narkosegasfortleitung ungenutzt verlorengeht.

Neben der Volumenverschiebeeinrichtung kann auch der Absorber gespült werden. Je nachdem, ob er sich wie die Volumenverschiebeeinrichtung im Inspirationszweig des Atemkreislaufs oder an anderer Stelle im Atemkreislauf befindet, muss er im ersten Fall anschließend nach der Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung gespült werden oder kann im zweiten Fall bereits simultan gespült werden, wodurch das gesamte Verfahren zeitlich verkürzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus vielfältig einsetzbar, nämlich sowohl bei druckkontrollierter als auch bei volumenkontrollierter Beatmung, bei letzterer ist lediglich ein zusätzlicher Verfahrensschritt voranzustellen, in dem der endinspiratorische Druck im Atemkreislauf gemessen und gespeichert wird, damit im letzten Schritt ein Maximaldruck vorgegeben ist, unter dem die Volumenverschiebeeinrichtung vorgefahren wird. Die Verwendungsmöglichkeit erstreckt sich auf Volumenverschiebe­ einrichtungen, die das Volumen sowohl in ihrem vorderen Verfahrbereich als auch in ihrem hinteren Verfahrbereich verschieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Figur zeigt ein Anästhesiegerät, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Eine Volumenverschiebeeinrichtung 1 verschiebt das zu applizierende Tidalvolumen in einen Atemkreislauf mit einem ersten Rückschlagventil 2 zur Frischgasentkopplung und zweiten und dritten Rückschlagventilen 3 und 8 zur Richtungsvorgabe im Atemkreislauf. Das zu einem Patienten 5 verschobene Tidalvolumen wird mit einem ersten Volumenstromsensor 4 gemessen, und das vom Patienten 5 ausgeatmete Volumen an Atemgas wird mit einem zweiten Volumenstromsensor 6 gemessen. Um während der Inspirationsphase den Atemkreislauf nach außen abzudichten und den für die Applikation des Tidalvolumens notwendigen Aufbau des Atemgasdrucks zu erzielen, wird ein PEEP/PMAX Ventil 7 (PEEP als Abkürzung für positive endexpiratory pressure) verwendet, das inspiratorisch einen Stelldruck in Höhe eines vorgegebenen Drucks PMAX und exspiratorisch einen Steildruck in Höhe des PEEP besitzt und somit geschlossen ist, solange der Druck des Atemgases im Atemkreislauf unterhalb des Stelldrucks liegt. PMAX ist dabei ein vom Anwender eingestellter Sicherheitsdruck, der im Nomalbetrieb nicht erreicht wird. Der Atemwegsdruck wird mit einem Drucksensor 17 gemessen. Das Kohlendioxid in dem vom Patienten 5 ausgeatmeten Volumen an Atemgas wird von einem Absorber 12 aus dem Atemkreislauf entfernt, und Frischgas wird über die Frischgasdosiereinheit 14 zugeführt. Die Frischgasdosiereinheit 14, die Volumenverschiebeeinrichtung 1, der Drucksensor 17, das PEEP/PMAX-Ventil 7, die Volumenstromsensoren 4 und 6 und ein Umschaltventil 9 sind mit einer Auswerte- und Steuereinheit 15 verbunden. Das Umschaltventil 9 dient der Umschaltung zwischen automatischer Beatmung einerseits und manueller oder spontaner Beatmung andererseits. Bei der manuellen Beatmung wird der erforderliche Atemgasdruck im Atemkreislauf über einen Handbeatmungsbeutel 13 erzeugt und über ein Druckbegrenzungsventil 10 nach oben beschränkt. Das Druckbegrenzungsventil 10 verfügt über einen integrierten Umschalter, mit dem eine Bypassleitung für die Spontanatmung geschlossen werden kann. Ein viertes Rückschlagventil 11 verhindert, dass bei mangelnder Frischgaszufuhr bei Beatmung über den Handbeatmungsbeutel 13 ober bei Spontanatmung und daraus resultierendem Unterdruck im Atemkreislauf ausgeatmetes Atemgas aus einer Narkosegasfortleitung 16 vom Patienten 5 zurückgesaugt werden kann. Als Volumenverschiebeeinrichtung 1 sind beispielsweise denkbar eine Kolbenpumpe, ein Faltenbalg, ein Beutel oder eine Membrankammer.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird für einen volumenkontrollierten Beatmungszyklus erklärt. Die Anwendung auf druckkontrollierte Beatmung erfolgt analog mit dem einzigen Unterschied, dass ein maximaler Beatmungsdruck bei der druckkontrollierten Beatmung automatisch vorgegeben ist, während er bei der volumenkontrollierten Beatmung in einem gesonderten ersten Schritt eingestellt werden muß.

In einem ersten Schritt wird vom Drucksensor 17 der endinspiratorische Druck im Atemkreislauf gemessen, auch Plateaudruck genannt, den die Auswerte- und Steuereinheit 15 als den oben erwähnten maximalen Beatmungsdruck speichert.

Daraufhin wird der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1 während der Exspirationsphase von seiner normalen Beatmungsposition, die das zu applizierende Tidalvolumen am oberen Ende des Verfahrbereichs der Volumenverschiebeeinrichtung 1 dosiert, vollständig zurückgefahren. Gleichzeitig wird die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit 14 über die Auswerte- und Steuereinheit 15 so erhöht, dass eine vollständige Befüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 mit dem von der Frischgasdosiereinheit 14 zugeführten Frischgas gewährleistet ist. Bei diesem zweiten Schritt handelt es sich um die vollständige Frischgasbefüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 unter Steuerung der Frischgaszufuhr.

Alternativ dazu erfolgt die vollständige Frischgasbefüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 unter Steuerung der Kolbenrückfahrgeschwindigkeit. Dabei wird die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit 14 auf die maximale dosierbare Menge eingestellt und gleichzeitig der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1, gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit 15, mit der sich aus der Frischgaszufuhr ergebenden Geschwindigkeit zurückgefahren. Das bedeutet, dass der Kolben so schnell zurückfährt, dass das gesamte, von der Frischgasdosiereinheit 14 zugeführte Frischgas von der Volumenverschiebeeinrichtung 1 aufgenommen wird, ohne dass Frischgas über die Narkosegasfortleitung 16 ungenutzt abgeht.

In einem dritten Schritt, mit Beginn der Inspirationsphase, wird das PEEP/PMAX-Ventil 7 von der Auswerte- und Steuereinheit 15 auf den im ersten Schritt vom Drucksensor 17 gemessenen und von der Auswerte- und Steuereinheit 15 gespeicherten maximalen Beatmungsdruck (Plateaudruck) eingestellt, und der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1 wird von seiner unteren Endposition, in der die Volumenverschiebeeinrichtung 1 vollständig mit Frischgas gefüllt ist, auf die obere Endposition vorgefahren, in der das gesamte Frischgas aus der Volumenverschiebeeinrichtung 1 herausgeschoben wurde. Dabei wird genau das Volumen an Frischgas zum Patienten 5 verschoben, das dem zu applizierenden Tidalvolumen entspricht. Der Atemwegsdruck im Atemkreislauf wird dabei durch den am PEEP/PMAX-Ventil 7 eingestellten Plateaudruck nach oben begrenzt. Das überschüssige Frischgasvolumen wird über das PEEP/PMAX-Ventil 7 in die Narkosegasfortleitung 16 gedrückt und von dort weggeleitet.

Gleichzeitig wird im dritten Schritt die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit 14, gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit 15, zur Spülung des Absorbers 12, der in etwa ein Gasvolumen von 1,5 Litern aufnehmen kann, gewährleistet. Gegebenenfalls muss die Zeitspanne für den dritten Schritt verlängert werden, damit der Absorber 12 mit dem zugeführten Frischgas vollständig gespült wird.

Wird dieses, aus den drei erläuterten Schritten bestehende Verfahren auf eine Volumenverschiebeeinrichtung 1 angewendet, bei der das Frischgasvolumen nicht im vorderen, sondern im hinteren Verfahrbereich der Volumenverschiebeeinrichtung 1 verschoben wird, so muss vor der Befüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 mit Frischgas diese einmal komplett nach der im dritten Schritt beschriebenen Vorgehensweise geleert werden.

In diesem Fall hat das erfindungsgemäße Verfahren nicht die Dauer von einem Beatmungszyklus, sondern von eineinhalb Beatmungszyklen.

Desweiteren muss bei einem Anästhesiegerät mit einem Atemkreislauf, bei dem sich sowohl die Volumenverschiebeeinrichtung 1 als auch der Absorber 12 im Inspirationszweig befinden, das oben beschriebene Verfahren, zeitlich aufeinanderfolgend, zweimal durchgeführt werden: einmal zur Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 und einmal zur Spülung des Absorbers 12. Denn im Gegensatz zum oben beschriebenen dritten Schritt des Verfahrens kann der Absorber 12 nicht zeitlich simultan zur Entleerung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 gespült werden, wenn er sich ebenfalls im Inspirationszweig befindet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, innerhalb von einem oder zwei, gegebenenfalls verlängerten Beatmungszyklen den Atemkreislauf, umfassend die Volumenverschiebeeinrichtung 1, den Absorber 12 und die Schläuche des Atemkreislaufs, zu spülen, so dass eine Konzentrationsänderung bei den Bestandteilen des Frischgases über das zu applizierende Tidalvolumen sehr schnell zum Patienten 5 gelangt.

Darüber hinaus ist die Menge an Frischgas, die man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Spülen des Atemkreislaufs benötigt, minimal.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgendem Zahlenbeispiel veranschaulicht:

Bei Betrieb eines Anästhesiegeräts mit einem (vergleichsweise geringen) Atemminutenvolumen von 3,75 Litern pro Minute und einer Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit 14 in Höhe von 4 Litern pro Minute dauert es in etwa 250 Sekunden, bis ein Wechsel der Sauerstoffkonzentration von 21% auf 100% im Frischgas zum Patienten 5 gelangt. Wendet man das erfindungsgemäße Verfahren an, wobei die Frischgasdosiereinheit 14 im zweiten Schritt auf die maximal dosierbare Menge von 18 Litern pro Minute eingestellt wird und die Kolbenrückfahrgeschwindigkeit der Volumenverschiebeeinrichtung 1 entsprechend gesteuert wird, so benötigt man für die Frischgasbefüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 im zweiten Schritt 4,7 Sekunden und für das "Ausdrücken" der Volumenverschiebeeinrichtung 1 im sich anschließenden dritten Schritt in etwa 3 Sekunden, für die Durchführung des gesamten Verfahrens also in etwa 8 Sekunden. Selbst wenn man davon ausgeht, dass ein Beatmungszyklus nicht ausreicht, um den Atemkreislauf komplett zu spülen und man sicherheitshalber in drei Beatmungszyklen spült, erreicht man die gewünschte Konzentrationsänderung in ungefähr 24 Sekunden, in weniger als einem Zehntel der herkömmlich benötigten Zeit von 250 Sekunden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit einem Atemkreislauf, bestehend aus einem Inspirationszweig und einem Exspirationszweig, mit einer Frischgasdosiereinheit und einem Drucksensor im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung im Inspirationszweig und einem PEEP/PMAX-Ventil im Exspirationszweig, wobei die Frischgasdosiereinheit, der Drucksensor, die Volumenverschiebeeinrichtung und das PEEP/PMAX-Ventil mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • a) Die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig zurückgefahren, und gleichzeitig wird die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit (14) über die Auswerte- und Steuereinheit (15) so erhöht, dass die Volumenverschiebeeinrichtung (1) vollständig mit dem zugeführten Frischgas befüllt wird,
  • b) die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig vorgefahren, wobei im Atemkreislauf ein am PEEP/PMAX-Ventil (7) vorgegebener, eingestellter Druck nicht überschritten wird.
2. Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit einem Atemkreislauf, bestehend aus einem Inspirationszweig und einem Exspirationszweig, mit einer Frischgasdosiereinheit und einem Drucksensor im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung im Inspirationszweig und einem PEEP/PMAX-Ventil im Exspirations­ zweig,
wobei die Frischgasdosiereinheit, der Drucksensor, die Volumenverschiebeeinrichtung und das PEEP/PMAX-Ventil mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • a) Die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit (14) wird auf die maximal dosierbare Menge eingestellt, und gleichzeitig wird die Volumenverschiebeeinrichtung (1), gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit (15), mit einer Geschwindigkeit zurückgefahren, so dass das gesamte, von der Frischgasdosiereinheit (14) zugeführte Frischgas von der Volumenverschiebeeinrichtung (1) aufgenommen wird,
  • b) die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig vorgefahren, wobei im Atemkreislauf ein am PEEP/PMAX-Ventil (7) vorgegebener, eingestellter Druck nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der am PEEP/PMAX-Ventil (7) eingestellte vorgegebene Druck der zuvor vom Drucksensor (17) im Atemkreislauf gemessene und von der Auswerte- und Steuereinheit (15) gespeicherte endinspiratorische Druck ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Atemkreislauf, aber nicht im Inspirationszweig befindlicher Absorber (12) im zweiten Schritt b) gleichzeitig mit Frischgas von der Frischgasdosiereinheit (14) gespült wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Inspirationszweig befindlicher Absorber (12) in einem zusätzlichen Schritt im Anschluss an den zweiten Schritt b) mit Frischgas von der Frischgasdosiereinheit (14) gespült wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenverschiebeeinrichtung (1) in einem zusätzlichen, vor dem ersten Schritt a) durchzuführenden Schritt vollständig vorgefahren wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Volumenverschiebeeinrichtung (1) eine Kolbenpumpe, ein Faltenbalg, ein Beutel oder eine Membrankammer verwendet wird.
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