DE102006018199B4

DE102006018199B4 - Vorrichtung zur Lungenventilation

Info

Publication number: DE102006018199B4
Application number: DE102006018199.9A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Teschner; Dr. Weismann Dieter
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: US20070246046A1; US8105242B2; US7896814B2; DE102006018199A1; DE102006018198A1; US20070246047A1

Abstract

Vorrichtung zur Lungenventilation mittels einer Kombination aus einem EIT-System (2), einer Recheneinheit (4) und einem Beatmungsgerät (1), wobei – das EIT-System (2) ausgeführt ist, ein Zustandsbild der Lunge aufzunehmen und mittels der Recheneinheit (4) eine Gesamtfläche ventilierter Lungenareale aus allen Bildwerten zu bestimmen, anschließend die Gesamtfläche ventilierter Lungenareale in mindestens zwei Lungenareale zu unterteilen und durch Vergleich der Impedanzänderungen innerhalb dieser Areale das Ausmaß der Homogenität der ventilierten Lungenareale basierend auf dem zeitlichen Verlauf der inspiratorischen Impedanzänderungen zu bestimmen, – das Beatmungsgerät (1) vorbereitet ist, im Falle einer als zu niedrig bewerteten Homogenität die Beatmungsdrücke schrittweise zu erhöhen und mittels des EIT-Systems (2) den Beatmungsdruck zu ermitteln, bei dem sich aus nachfolgend ermittelten Zustandsbildern die größtmögliche Homogenität der ventilierten Lungenareale ergibt, – das Beatmungsgerät (1) anschließend den Beatmungsdruck schrittweise wieder absenkt, bis die Recheneinheit (4) eine Abnahme der Homogenität der ventilierten Lungenareale feststellt, und das Beatmungsgerät (1) den Beatmungsdruck wieder auf den letzten Wert erhöht, bei dem keine Abnahme der Homogenität der ventilierten Lungenareale erfolgte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lungenventilation. Die elektrische Impedanztomographie (EIT) ist ein an sich bekanntes Verfahren, bei dem durch die Einspeisung eines elektrischen Wechselstroms von zum Beispiel 5 mA_eff bei 50 kHz in einen beliebigen elektrisch leitenden Körper, hier vorzugsweise in den menschlichen Körper, und Messung der daraus resultierenden Oberflächenpotentiale an verschiedenen Stellen des Körpers die elektrische Wechselstromimpedanz zwischen Einspeise- und Mess-Stelle berechnet werden kann. Durch sukzessive Rotation der Strom-Einspeiseorte um den Körper bei gleichzeitiger Messung der Oberflächenpotentiale entlang einer Schnittebene lässt sich über geeignete mathematische Rekonstruktionsalgorithmen ein zweidimensionales Schnittbild der elektrischen Impedanzverteilung im betrachteten Körper ermitteln. In der Medizin ist ein solches Schnittbild der Impedanzverteilung des menschlichen Körpers von Interesse, da sich die elektrische Impedanz sowohl mit dem Gehalt an Luft als auch mit dem Gehalt an extrazellulärer Flüssigkeit im Gewebe verändert. Somit lässt sich mit diesem Verfahren insbesondere die Ventilation, das heißt die Belüftung der Lunge, als auch Änderungen des endexpiratorischen Lungenvolumens regional aufgelöst darstellen und überwachen.
Es ist bekannt, dass sich mittels EIT ventilierte Lungenareale und auch deren Änderung über die Zeit darstellen lassen. Hierzu wird auf die Schriften DE 198 57 090 A1 und EP 0 745 402 A1 verwiesen.
Im Patent „METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING ALVEOLAR OPENING AND CLOSING”, EP 1 137 365 B1 werden beispielhaft ausführlich die klinischen Vorteile beschrieben, die aus dem Wiedereröffnen zuvor verschlossener Lungenareale entstehen. Dieses bekannte Patent geht jedoch davon aus, dass man mit Hilfe von EIT das Öffnen und Schließen von Alveolen bestimmen kann und aufgrund dieser Erkenntnisse dann Beatmungsdrücke so einstellen kann, dass am Ende der Exspiration die Alveolen gerade geöffnet bleiben. Bei Intensivpatienten mit schweren Lungenerkrankungen, bei denen ein alveoläres Schließen zu vermuten ist, liegen jedoch typischerweise in der thorakalen Querschnittsebene sehr große Inhomogenitäten bezüglich der Belüftung vor, so dass nicht davon ausgegangen werden kann, dass sich sämtliche Alveolen in dem betrachteten EIT-Voxel („Volumenpixel”) gleich verhalten. Somit erscheint es mehr als fraglich, ob mit dem bekannten vorgeschlagenen Verfahren tatsächlich Impedanzwerte bestimmt werden können, die mit dem alveolären Öffnen und Schließen in einem akzeptablen Maße korrelieren. Im Extremfall bestünde in Grenzbereichen zwischen geöffneten und nicht zu öffnenden Lungenarealen aufgrund der EIT-Voxelgröße sogar die Möglichkeit, dass bereits geöffnete Lungenbereiche überdehnt werden und aufgrund der dadurch resultierenden Zunahme von Impedanzänderungen diese Überdehnung als Eröffnung verschlossener Lungenareale fehlinterpretiert würde.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines mit einem EIT-System verbundenen Beatmungsgerätes zur schonenden Lungenventilation unter Berücksichtigung der limitierten räumlichen Auflösung der EIT anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erhält man für die Vorrichtung mit Hilfe der Merkmale von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 an.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, die schematisch die Hauptkomponenten einer solchen Vorrichtung zeigt.
Das EIT-System 2 enthält hier eine Auswerte- und Anzeigeeinheit 6 und erfasst unter Verwendung eines Elektrodengürtels 3 ein erstes Zustandsbild der Lunge eines Patienten 8.
Das EIT-System 2 ist mit einer Recheneinheit 4 ausgestattet, die alle Bildwerte, deren Impedanzänderungen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs einen bestimmten Schwellwert überschreiten, als ventilierte Lungenareale definiert und somit einen Wert ermittelt, der die Gesamtfläche der ventilierten Lungenareale repräsentiert. Die Recheneinheit 4 kann auch separat außerhalb des EIT-Systems 2 angeordnet sein, beispielsweise zwischen Auswerte- und Anzeigeeinheit 6 und Beatmungsgerät 1. Des Weiteren wäre es technisch denkbar, dass das EIT-System 2 zusammen mit der Recheneinheit 4 und dem Beatmungsgerät 1 in einem integrierten Gesamtsystem angeordnet ist. Die Recheneinheit 4 ist über die Leitung 5 mit der Auswerte- und Anzeigeeinheit 6 verbunden.
Die Recheneinheit 4 ermittelt außerdem die räumliche Verteilung der Ventilation innerhalb einer Anzahl von Regions of Interest (ROI) und berechnet, wie gleichmäßig die Lungenareale, die durch die einzelnen ROIs repräsentiert werden, ventiliert werden.
Die von der Recheneinheit 4 ermittelten Informationen werden an das über eine bidirektionale Datenverbindung 7 verbundene Beatmungsgerät 1 übermittelt. Der Patient 8 wird über ein Patientenanschlussstück 9 über das Beatmungsgerät 1 beatmet.
Während kontinuierlich weitere Zustandsbilder der Lunge erzeugt werden, erhöht das Beatmungsgerät 1 schrittweise die Beatmungsdrücke bzw. die Tidalvolumina und vergleicht kontinuierlich das erste Zustandsbild mit den sich infolge der Erhöhung der Beatmungsdrücke möglicherweise ändernden jeweils aktuellen Zustandsbildern.
Die Erhöhung der Beatmungsdrücke bzw. der Tidalvolumina wird gestoppt, sobald sich die Gesamtfläche des aktuellen Zustandsbilds nicht mehr ändert.
Anschließend werden die Beatmungsdrücke schrittweise wieder soweit abgesenkt, bis die Recheneinheit eine Abnahme der ventilierten Lungenareale erkennt, und das Beatmungsgerät 1 erhöht die Beatmungsdrücke wieder auf den letzten Wert, bei dem noch keine Differenzen ermittelt worden waren oder alternativ, bis die größtmögliche Homogenität zwischen den betrachteten ROIs erzielt wurde. Alternativ appliziert das Beatmungsgerät 1 Beatmungsvolumina, die mit korrespondierenden Beatmungsdrücken einhergehen.

Claims

Vorrichtung zur Lungenventilation mittels einer Kombination aus einem EIT-System (2), einer Recheneinheit (4) und einem Beatmungsgerät (1), wobei – das EIT-System (2) ausgeführt ist, ein Zustandsbild der Lunge aufzunehmen und mittels der Recheneinheit (4) eine Gesamtfläche ventilierter Lungenareale aus allen Bildwerten zu bestimmen, anschließend die Gesamtfläche ventilierter Lungenareale in mindestens zwei Lungenareale zu unterteilen und durch Vergleich der Impedanzänderungen innerhalb dieser Areale das Ausmaß der Homogenität der ventilierten Lungenareale basierend auf dem zeitlichen Verlauf der inspiratorischen Impedanzänderungen zu bestimmen, – das Beatmungsgerät (1) vorbereitet ist, im Falle einer als zu niedrig bewerteten Homogenität die Beatmungsdrücke schrittweise zu erhöhen und mittels des EIT-Systems (2) den Beatmungsdruck zu ermitteln, bei dem sich aus nachfolgend ermittelten Zustandsbildern die größtmögliche Homogenität der ventilierten Lungenareale ergibt, – das Beatmungsgerät (1) anschließend den Beatmungsdruck schrittweise wieder absenkt, bis die Recheneinheit (4) eine Abnahme der Homogenität der ventilierten Lungenareale feststellt, und das Beatmungsgerät (1) den Beatmungsdruck wieder auf den letzten Wert erhöht, bei dem keine Abnahme der Homogenität der ventilierten Lungenareale erfolgte.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das EIT-System (2) und die Recheneinheit (4) derart ausgeführt sind, dass die Bestimmung der Homogenität bei gleichzeitigem Beginn der Inspiration in den einzelnen Lungenarealen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) derart ausgeführt ist, dass die Homogenität aus dem Verhältnis lokaler zeitlicher Impedanzänderungen in den wenigstens zwei Lungenarealen zu globalen zeitlichen Impedanz-, Druck- oder Volumenänderungen in allen ventilierten Lungenarealen bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit derart ausgeführt ist, dass die Homogenität aus dem Vergleich der räumlichen Verteilung der Impedanzänderungen innerhalb der wenigstens zwei Lungenareale bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, in der Recheneinheit (4) ein Expertensystem hinterlegt ist, das basierend auf den ermittelten Homogenitätswerten Beatmungseinstellungen am Beatmungsgerät (1) angibt, welche zu einer homogeneren Ventilation der Lunge führen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schrittweise Erhöhung des Beatmungsdrucks kontinuierlich abnehmend erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) derart ausgeführt ist, dass basierend auf einem Vergleich der ermittelten Homogenitätswerte mit in der Recheneinheit (4) hinterlegten Referenzwerten Abbruchsignale für die schrittweise Erhöhung der Beatmungsdrücke an das Beatmungsgerät (1) ausgebbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das EIT-System (2) und die Recheneinheit (4) derart ausgeführt ist, dass zur Kompensation eines sich über die Zeit ändernden Wassergehalts der Lunge eine Kalibration mit absoluten Impedanzmessungen erfolgt.