DE102004039711B3 - Verfahren zur automatischen Aufnahme von Druck-Volumen-Kurven bei der künstlichen Beatmung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur automatischen Aufnahme von Druck-Volumen-Kurven bei der künstlichen Beatmung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Aufnahme von Druck-Volumen-Kurven bei der künstlichen Beatmung mit einem Beatmungsgerät, bei dem unter Steuerung einer Steuereinheit der Inspirationsdruck bei Zuführung eines Atemgasvolumenstroms erhöht wird, der resultierende Atemgasvolumenstrom erfasst und aus dem Letzteren das Volumen durch Integration bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinheit den erfassten Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase mit einem vorgewählten Sollwert vergleicht und bei Abweichung von dem Sollwert durch einen Regler auf ein Exspirationsventil (12) in der Exspirationsleitung (8) einwirkt, um den Atemgasvolumenstrom auf den Sollwert zurückzuführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Aufnahme von Druck-Volumen-Kurven bei der künstlichen Beatmung mit einem Beatmungsgerät, bei dem unter Steuerung einer Steuereinheit der Inspirationsdruck bei Zuführung eines Atemgasvolumenstroms erhöht wird, der resultierende Atemgasvolumenstrom erfasst und aus dem Letzteren das Volumen durch Integration bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Das Durchfahren einer PV-Kurve (PV Loop) wird bei der künstlichen Beatmung von nicht spontan atmenden intubierten Patienten durchgeführt und dient der Vermessung der Lunge. Dabei wird z.B. ein Volumen appliziert, das meistens wesentlich größer als das normalerweise in der laufenden Beatmung applizierte Maximalvolumen ist. Dieses Volumen wird anschließend wieder exspiriert. Während der Inspiration und Exspiration dieses Volumens werden Volumen und Druck in einer X-Y Darstellung (Kurve) aufgezeichnet. Aus dieser Kurve lassen sich dann die sogenannten Inflection Points (Öffnungs- und Schließpunkte) der Lunge, die sogenannte Lungen-Compliance bei verschiedenen Drücken und andere Messgrößen entnehmen, um dann die Beatmungsdrücke der laufenden Beatmung zu optimieren.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist z.B. aus der Druckschrift WO 03/037413 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird vor dem PV-Manöver eine verlängerte Exspirationsphase ausgeführt, um den Druck auf einen vorgegebenen Minimalwert abzusenken, was der sogenannte positive, endexspiratorische Druck (Positive EndExspiratory Pressure – PEEP) ist. Daraufhin wird der Inspirationsdruck auf einer Druckrampe kontinuierlich bis zu einem vorgegebenen Spitzendruck erhöht und gleichzeitig das Volumen bestimmt, was z.B. durch Erfassung des Atemgasvolumenstroms und dessen Integration möglich ist. Nach dem beschriebenen Manöver wird eine passive Exspiration auf den Enddruck durchgeführt. Der Druckverlauf kann dann als zweidimensionale Kurve gegen das Volumen aufgetragen werden. Danach kann die PV-Kurve in bekannter Weise analysiert werden, und die normalen Beatmungszyklen mit dem Beatmungsgerät fortgesetzt werden. Es ist ferner die Möglichkeit angesprochen, den Druck von dem vorgegebenen Maximalwert aus kontrolliert über eine Druckrampe auf den gewünschten Minimalwert abfallen zu lassen. Auf Grund des nichtlinearen Strömungsverhaltens der Lunge ergibt sich hierbei ein mehr oder weniger stark schwankender Atemgasvolumenstrom mit Spitzen.
  • Ein Problem bei den bekannten PV-Messmanövern besteht darin, dass diese vernachlässigen, dass durch Strömungswiderstände des Atemgases in den Atemwegen und in der Lunge auch ein Druckabfall bewirkt wird. Diese strömungswiderstandsbedingten Einflüsse auf die erhaltene PV-Kurve können aber bei höheren Atemgasvolumenströmen nicht mehr vernachlässigt werden. Dieses Problem ließe sich zwar dadurch vermeiden, dass eine langsame Druckanstiegsrampe und ein entsprechend langsamer Exspirationsverlauf durchgefahren wird, was jedoch eine zu lange Messdauer in Anspruch nehmen und den Patienten übermäßig belasten würde.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme von PV-Kurven bei künstlicher Beatmung mit einem Beatmungsgerät zu schaffen, mit dem die PV-Kurve der Lunge mit größerer Genauigkeit und für den Patienten schonend aufgenommen werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens einschließlich einer Vorrichtung zu dessen Durchführung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase erfasst wird und in der Steuereinheit mit einem vorgewählten Sollwert verglichen wird. Weicht der erfasste Atemgasvolumenstrom von dem vorgewählten Sollwert ab, wirkt ein in der Steuereinheit implementierter Regler auf ein Ventil stromabwärts in der Exspirationsleitung ein, um den Atemgasvolumenstrom auf den Sollwert zurückzuführen. Der Atemgasvolumenstrom wird auch als "Flow" bezeichnet.
  • Auf diese Weise können Volumenstromspitzen verhindert werden, bei denen die strömungswiderstandsbedingten Anteile am Druck nicht vernachlässigbar sind, und es kann auf diese Weise eine genauere PV-Kurve erhalten werden.
  • Dadurch, dass es dem medizinischen Personal ermöglicht wird, den Sollwert des Atemgasvolumenstroms in der Exspirationsphase vorzugeben, kann das Personal wählen, ob (bei eher niedriger Einstellung des Sollwertes) eine hohe Messgenauigkeit gegenüber einer längeren Exspirationsphase bevorzugt wird oder ob einer etwas geringeren Genauigkeit gegenüber einer kürzeren Exspirationsphase der Vorzug gegeben wird. So kann das Personal für jeden Patienten das am besten geeignete PV-Manöver durchfahren.
  • Nach der Durchführung des PV-Messmanövers und der Aufnahme der PV-Kurve wird daraus in üblicher Weise eine Vielzahl von Parametern bestimmt, wobei diese Auswertung auch automatisch Parametern bestimmt, wobei diese Auswertung auch automatisch in der Steuereinheit ausgeführt werden kann. Nach einer solchen Aufnahme der PV-Kurve wird mit den normalen Beatmungszyklen fortgefahren, wobei die Steuereinheit dabei die bei der Auswertung der PV-Kurve ermittelten Kurvenparameter berücksichtigen kann.
  • Die Aufnahme der PV-Kurve kann vom Personal manuell gestartet werden. Die für die Aufnahme einer PV-Kurve erforderlichen Beatmungsparameter können auch von einem Expertensystem vorgeschlagen werden, welches Daten vorangegangener Messungen oder Messwerte der laufenden Beatmung auswertet.
  • Der Regler, der den. Messwert für den Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsleitung aufnimmt und regelnd auf ein Ventil in der Exspirationsleitung einwirkt, kann in der Steuereinheit durch Programmierung vorgesehen sein. Ein solcher Regler kann z.B. ein sogenannter Proportional-Integralregler (PI-Regler) sein.
  • Falls das Ventil in der Exspirationsleitung empfindlich gegenüber Schwingungen ist, was eine zu schnell reagierende Regelung verbietet, kann es bevorzugt sein, während der Inspiration mit im Wesentlichen konstantem Atemgasvolumenstrom Druckmesswerte zu speichern und in der Exspirationsphase die so ermittelte Druckkurve als Vorsteuerung für den Regler zu verwenden.
  • Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist in der Exspirationsleitung (8) stromaufwärts eines Atemgasvolumenstromsensors (10) zur Erfassung des Atemgasvolumenstroms ein als Membranventil ausgebildetes Exspirationsventil (12) vorgesehen, das von der Steuereinheit elektropneumatisch gesteuert wird.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Beatmungsgerätes zeigt;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ventils in der Exspirationsleitung des Beatmungsgerätes aus 1 zeigt;
  • 3 den Verlauf von Druck, Atemgasvolumenstrom und Volumen während eines PV-Manövers zeigt, bei dem in herkömmlicher Weise in der Exspirationsphase der Druck im Wesentlichen linear abgesenkt wird; und
  • 4 die entsprechenden Verläufe bei einem erfindungsgemäßen PV-Manöver zeigt, bei der der Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase im Wesentlichen auf konstanten Volumenstrom geregelt wird.
  • 1 zeigt schematisch ein Beatmungsgerät, wobei nur die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutsamen Komponenten schematisch dargestellt sind. Das Beatmungsgerät ist mit einer Atemgasquelle 1 verbunden, die mit einer gut einstellbaren Quelle 2 für einen Atemgasvolumenstrom verbunden ist. An die Quelle 2 für den Atemgasvolumenstrom schließt sich eine Inspirationsleitung 4 an, die über ein Y-Stück 6 mit dem Patienten und einer Exspirationsleitung 8 verbunden ist. Die Lunge des Patienten ist mit 11 bezeichnet.
  • Die Exspirationsleitung 8 ist mit einem Exspirationsventil 12 verbunden, von dem aus der abfließende Atemgasvolumenstrom durch einen Atemgasvolumenstromsensor 10 fließt.
  • In dem Beatmungsgerät ist ferner eine Steuereinheit (nicht dargestellt) vorhanden, die als programmierbare Prozessoreinheit ausgeführt sein kann. Diese Steuereinheit kann neben der Ausführung der normalen Beatmungszyklen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorbereitet sein, um ein PV-Manöver zur Aufnahme der PV-Kurve der Lunge 11 durchzuführen. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit mit dem Atemgasvolumenstromsensor 10 verbunden und mit einer Reglerfunktion programmiert. Diese Reglerfunktion wirkt auf das Exspirationsventil 12 ein, um während der Exspirationsphase den Atemgasvolumenstrom im Wesentlichen auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten. Dieser Sollwert kann von einem Benutzer an dem Beatmungsgerät eingestellt werden.
  • Eine Ausführungsform des Exspirationsventils 12 ist schematisch in 2 dargestellt. Die Exspirationsleitung 8 mündet in ein Gehäuse eines Exspirationsventils 12, das als Membranventil ausgestaltet ist. Die Membran 16 des Ventils unterteilt das Gehäuse, wobei eine Ventilkammer über eine Leitung 14 mit Steuerdruck versorgt wird, der von der Steuereinheit des Beatmungsgeräts vorgegeben wird. Die gegenüberliegende Kammer des Ventilgehäuses wird in der Exspirationsphase. von dem Atemgasvolumenstrom durchflossen. Durch Erhöhen des Steuerdrucks auf die Membran 16 wird der Strömungswiderstand für den abfließenden Atemgasvolumenstrom erhöht und dieser Atemgasvolumenstrom dadurch reduziert. Am Ausgang des Exspirationsventils 12 ist ein Atemgasvolumenstromsensor 10 angeschlossen, der mit der Steuereinheit des Beatmungsgeräts gekoppelt ist.
  • In der Steuereinheit ist ein Regler implementiert, der das Ausgangssignal des Atemgasvolumenstromsensors 10 aufnimmt und ein Regelsignal abgibt, das zur Regelung des Exspirationsventils 12 in der Weise dient, dass der abfließende Atemgasvolumenstrom ("Flow") möglichst nahe an dem eingestellten Sollwert gehalten wird. Der Regler kann z.B. als Proportional-Integralregler (PI-Regler) ausgeführt sein. Um mögliche Schwingungen in dem Exspirationsflow zu vermeiden, können Dämpfungen vorgesehen sein oder bei der Inspirationsphase, die vorzugsweise bei konstanter Zufuhr eines Atemgasvolumenstroms durchgeführt wird, die Druckmesswerte aufgezeichnet werden und diese Druckverlaufskurve verwendet werden, um eine Vorsteuerung für den Regler zu schaffen.
  • In 3 sind zunächst die Verläufe von Druck ("Paw"), Atemgasvolumenstrom ("Flow") und Volumen für ein PV-Manöver dargestellt, bei dem der Druck in der Exspirationsphase über eine Druckrampe im Wesentlichen linear abgesenkt wird. Wie der mittleren Darstellung des Atemgasvolumenstroms zu entnehmen ist, steigt dieser Atemgasvolumenstrom gegen Ende der Exspirationsphase stark an, und. es kommt hier auf Grund der Strömungswiderstände zu einer Verfälschung der Messung der PV-Kurve.
  • Demgegenüber sind die entsprechenden Verläufe in 4 für ein erfindungsgemäßes PV-Manöver gezeigt, bei dem der abfließende Atemgasvolumenstrom erfasst und dieser Messwert auf die Steuereinheit gekoppelt wird, um den Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase im Wesentlichen konstant zu halten. Wie der mittleren Darstellung zu entnehmen ist, bleibt der Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase im Wesentlichen auf dem Sollwert von zum Beispiel 6,0 l/min, ohne am Ende die unerwünschten Atemgasvolumenspitzen zu zeigen.
  • In 4 ist anschließend an die Exspirationsphase des PV-Manövers der nächste normale Beatmungszyklus zu sehen, der einen wesentlich kleineren PV-Bereich überstreicht als das vorhergehende PV-Manöver zur Aufnahme der PV-Kurve.
  • Wie sich dem mittleren Verlauf in 4 entnehmen lässt, wird das erfindungsgemäße PV-Manöver vorzugsweise so durchgeführt, dass die Quelle 2 für den Atemgasvolumenstrom von der Steuereinheit so gesteuert wird, dass sie einen konstanten Atemgasvolumenstrom in der Inspirationsphase liefert. Dies kann durch geeignete Steuerung eines Ventils in der Quelle 2 für den Atemgasvolumenstrom durch die Steuereinheit geschehen.

Claims (9)

  1. Verfahren zur automatischen Aufnahme von Druck-Volumen-Kurven bei der künstlichen Beatmung mit einem Beatmungsgerät, bei dem unter Steuerung einer Steuereinheit der Inspirationsdruck bei Zuführung eines Atemgasvolumenstroms erhöht wird, der resultierende Atemgasvolumenstrom erfasst und aus dem Letzteren das Volumen durch Integration bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den erfassten Atemgasvolumenstrom in der Exspirationsphase mit einem vorgewählten Sollwert vergleicht und bei Abweichung von dem Sollwert durch einen Regler auf ein Exspirationsventil (12) in der Exspirationsleitung (8) einwirkt, um den Atemgasvolumenstrom auf den Sollwert zurückzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelfunktion der Steuereinheit ein PI-Regler verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Inspirationsphase im Wesentlichen ein konstanter Atemgasvolumenstrom zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Inspirationsphase Druckmesswerte gespeichert werden und die so bestimmte Druckkurve in der Exspirationsphase zur Vorsteuerung für den Regler verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme der PV-Kurve mittels der Steuereinheit mit Hilfe eines Expertensystems erfolgt, welches die für die Aufnahme der PV-Kurve erforderlichen Beatmungsparameter vorschlägt, wobei insbesondere Daten vorangegangener Messungen oder Messwerte der laufenden Beatmung ausgewertet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme der PV-Kurve manuell gestartet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit nach Aufnahme der PV-Kurve automatisch eine Auswertung der PV-Kurve ausführt, um Kurvenparameter zu ermitteln, und anschließend automatisch mit Beatmungszyklen unter Berücksichtigung der ermittelten Kurvenparameter fortfährt.
  8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der 'vorhergehenden Ansprüche.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der in der Exspirationsleitung (8) stromaufwärts eines Atemgasvolumenstromsensors (10) zur Erfassung des Atemgasvolumenstroms ein als Membranventil ausgebildetes Exspirationsventil (12) vorgesehen ist, das von der Steuereinheit pneumatisch gesteuert wird.
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