DE102006048680B3

DE102006048680B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation

Info

Publication number: DE102006048680B3
Application number: DE102006048680A
Authority: DE
Inventors: Thomas KRÜGER; Tobias Glaw
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2006-10-14
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-10-15
Also published as: US7770580B2; US20080087284A1; GB2442834B; GB2442834A; GB0717662D0

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation, welche wenigstens eine Einrichtung zum Einstellen eines angestrebten Tidalvolumens durch einen Anwender aufweist, und welche wenigstens eine Regeleinrichtung zum Regeln einer Amplitude des Beatmungsdrucks und/oder wenigstens eine Regeleinrichtung zum Regeln der Oszillationsfrequenz auf Basis des ermittelten Tidalvolumens aufweist. Die vorliegende Erfindung gibt ferner ein entsprechendes Verfahren zum Regeln einer Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation und ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Regeln einer Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 sowie Verfahren zum Beatmen eines Patienten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Bei der Hochfrequenzventilation handelt es sich um eine Beatmungstherapie, welche sich speziell bei der Beatmung neonataler Patienten bewährt hat. Bei der Hochfrequenzventilation erfolgt eine Beatmung mit Frequenzen von 5–50 oder mehr Hertz, in der Regel als aktive Unterstützung bei Inspiration und Exspiration und mit einem Beatmungsvolumen, welches kleiner, gleich oder nur geringfügig oberhalb des Totraumvolumens liegt. Die Hochfrequenzbeatmung wird im Wesentlichen durch den Mitteldruck (MAP), die Oszillationsfrequenz und die Amplitude (A) der Druckbeatmung charakterisiert. Diese Kenngrößen sind dem in 1 dargestellten Druck (P)-Zeitdiagramm (t) zu entnehmen.

Zur Erzeugung der zur Hochfrequenzventilation erforderlichen Oszillationsfrequenz sind aus der Praxis unter anderem Kolbenoszillatoren wie in 2 dargestellt bekannt. Sie regen mittels eines sich rasch bewegenden Zylinderkolbens die Luftsäule in den Beatmungsschläuchen an. Die Frischgaszufuhr wird durch ein Bias-Flow-System gewährleistet. Bei Vorrichtungen einer weiteren Bauart werden die Oszillationen mittels Lautsprecher erzeugt. Auch hier wird Frischgas via Bias-Flow zugemischt.

Zu den aus der Praxis bekannten Hochfrequenzgeneratoren zählen auch so genannte Flow-Interrupter. Sie unterbrechen den Gasfluss zum Patienten mit hoher Frequenz und erzeugen auf diese Weise eine „Oszillation". Hierzu kann mit Hilfe eines Ventils oder einer Ventilbank der inspiratorische Gasfluss unterbrochen werden, es kann jedoch auch ein hoher inspiratorischer Konstant-Flow angelegt und die Oszillation durch rasches Öffnen und Schließen des Exspirationsventils erzeugt werden. Ein exspiratorisch wirksames Jet-Venturi-System (Ejektor) gewährleistet eine aktive Ausatmung. Auch mittels eines inspiratorisch getaktetem Flows und einem gegenphasig arbeitenden Exspirationsventils sowie einem Ejektor, der die aktive Exspiration erlaubt, sowie weiterer Verfahren bzw. Vorrichtungen können die erforderlichen „Oszillationen" bewirkt werden.

Eine Beatmungsvorrichtung auf Basis von Hochfrequenzventilation ist aus der US 5,555,880 A bekannt. Der Bediener der dort offenbarten Vorrichtung beziehungsweise der zuständige Arzt kann die Oszillationsfrequenz und die Amplitude des Beatmungsdrucks derart einstellen, dass das gewünschte Tidalvolumen näherungsweise appliziert wird und damit eine für den Patienten angestrebte Ventilation erfolgt. Die eingestellten Werte bzw. das sich hieraus indirekt einstellende Tidalvolumen werden bei Abweichungen der Blutgase aus Zielbereichen vom zuständigen Arzt manuell angepasst.

Nachteilig an diesem bekannten System ist, dass bereits bei geringfügigen Änderungen der Systemeigenschaften, wie Änderungen der Resistance und Compliance der Atemwege und Lunge des Patienten, bei Sekretansammlung in den Atemwegen, bei Änderungen der Compliance des Schlauchsystems oder dergleichen, eine Nachregelung der eingestellten Parameter erforderlich ist. Eine ständige Überwachung des Tidalvolumens durch den zuständigen Arzt ist daher unbedingt erforderlich.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung der US 5,555,880 A zudem, dass ein Tidalvolumen an der Vorrichtung nicht direkt einstellbar ist, sondern lediglich über die Kombination anderer Einstellwerte wie Oszillationsfrequenz und Druckamplitude indirekt festgelegt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Vermeidung oder Verringerung zumindest einiger der oben genannten Nachteile eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation zu schaffen. Es ist ferner Ziel der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben. Zudem soll ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten angegeben werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1.

So weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation wenigstens einen Hochfrequenzgenerator zum Applizieren eines Tidalvolumens unter einem Beatmungsdruck und mit einer Oszillationsfrequenz auf. Der Hochfrequenzgenerator kann hierbei ein Generator eines der oben genannten Typen oder jedes anderen Typs sein.

Die Vorrichtung weist ferner wenigstens eine Einrichtung zum Ermitteln eines dem Patienten applizierten Tidalvolumens auf. Diese Einrichtung kann als ein ausreichend schneller Flow-Sensor ausgestaltet sein, der den Flow, welcher dem Patienten appliziert wird, misst. Zum Ermitteln des während einer Oszillation applizierten Tidalvolumens kann der mittels dieses Flow-Sensors ermittelte Flowmesswert integriert werden. Ein eventuell auftretender Leckage-Flow kann ebenfalls bei der Ermittlung des Tidalvolumens berücksichtigt werden.

Die Vorrichtung weist ferner wenigstens eine Einrichtung zum Einstellen eines angestrebten Tidalvolumens durch den Anwender bzw. zuständigen Arzt auf. Dieses angestrebte Tidalvolumen entspricht somit einem vom Arzt gewünschten Sollwert des Tidalvolumens. Anders als beim Stand der Technik kann daher das angestrebte Tidalvolumen mittels der Einrichtung zum Einstellen direkt an der Vorrichtung eingestellt werden. Es ist deshalb nicht erforderlich, eine nur indirekte und daher mit Unsicherheiten behaftete Einstellung des Tidalvolumens durch Einstellen von Druckamplitude und Oszillationsfrequenz vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiter eine Regeleinrichtung zum Regeln einer Amplitude des Beatmungsdrucks und/oder wenigstens eine Regeleinrichtung zum Regeln der Oszillationsfrequenz auf Basis des ermittelten Tidalvolumens auf. Erfindungsgemäß ist es somit vorteilhaft möglich, automatisiert und somit ohne erforderliches Zutun des Arztes bei einer Abweichung von ermitteltem – d. h. dem Patienten applizierten Tidalvolumen – und eingestelltem – d. h. angestrebtem Tidalvolumen – die Druckamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz derart geeignet zu regeln, dass sich das applizierte Tidalvolumen in Richtung auf den Wert des angestrebten Tidalvolumens erhöht oder senkt.

Bei einem Abweichen des ermittelten Tidalvolumens vom angestrebten Tidalvolumen kann eine Festsetzung eines neuen Wertes für die zu ändernde Amplitude beispielsweise mittels einer einfachen linearen Verhältnisrechnung

erfolgen.

Aus der oben dargestellten einfachen linearen Verhältnisberechnung (1) zwischen Amplitude bzw. Druckamplitude und Tidalvolumen geht hervor, dass je größer die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem angestrebten Tidalvolumen ist, desto größer auch die Änderung der Druckamplitude ist.

Wird vom Arzt die initiale Frequenz als unveränderliche Frequenz eingestellt, so findet keine automatische Anpassung der Frequenz statt. Auch dies kann in jeder beliebigen erfindungsgemäßen Ausführungsform ungeachtet der weiteren Merkmale einer solchen Ausführungsform vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß ist es daher anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nicht erforderlich, dass der Arzt bzw. Betreuer des beatmeten Patienten die Höhe des applizierten Tidalvolumens überwacht. Hierdurch verringert sich bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Aufwand für die Überwachung der Beatmung durch den Arzt, wodurch Zeit und Kosten vorteilhaft eingespart werden können.

Zudem reagiert die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels der Einrichtung zum Regeln von Amplitude und/oder Oszillationsfrequenz selbsttätig auf die Änderungen im System, wie sie oben beschrieben sind und welche ohne Regelung zu ungewollten Änderungen des applizierten Tidalvolumens führen würden. Auch dies trägt zu einer Verringerung des Aufwands für die Überwachung der Beatmung durch den Arzt bei, wodurch Zeit und Kosten vorteilhaft eingespart werden können.

Ein weiterer Vorteil besteht bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der hierdurch ermöglichten präziseren und rascheren Einstellung, Überwachung und Korrektur des applizierten Tidalvolumens gemessen am bisher bekannten, oben diskutierten Vorgehen. Durch das hierdurch erfindungsgemäß erstmals ermöglichte Bereitstellen und Beibehalten eines konstanten Tidalvolumens ist erstmals auch eine konstantere Ventilation unter Vermeidung von nachteiligen Druckspitzen durch verspätetes Nachjustieren von Beatmungsparametern möglich. Zudem ermöglicht die Beatmung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Erzielung und Bereitstellung stabilerer Blutgase des Patienten und trägt zur Vermeidung von Unter- und Überventilation des Patienten mit entsprechenden negativen klinischen Auswirkungen vorteilhaft bei.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

So ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass mittels der Regeleinrichtung zum Regeln der Oszillationsfrequenz das angestrebte Tidalvolumen derart festsetzbar ist, dass das Produkt aus quadriertem Tidalvolumen und der Oszillationsfrequenz konstant bleibt. Bei dem vorgenannten Produkt handelt es sich um einen Transportkoeffizienten, welcher direkt proportional zum CO₂-Partialdruck ist und welcher Rückschlüsse auf eine Erhöhung oder Verringerung der Menge an Kohlendioxid (CO₂) zuläßt, welche aus der Lunge pro Zeiteinheit der Beatmung exspiriert wird, beziehungsweise die Lunge verlässt. Anders ausgedrückt heißt dies, dass bei einem Absenken einer initialen Oszillationsfrequenz f_init auf eine neue, niedrigere Oszillationsfrequenz f_neu das korrigierte Tidalvolumen VT_neu sich zu dem eingestellten, Tidalvolumen VT_init vor Frequenzänderung wie folgt verhalten soll:

Die bei einem als zu niedrig ermittelten Tidalvolumen vorgenommene Absenkung der Oszillationsfrequenz von f_init auf f_neu ermöglicht eine höhere Diffusionszeit für den im Beatmungsgas vorhandenen Sauerstoff und trägt zu einer besseren Beatmung des Patienten bei. Zudem steht mehr Zeit für die Inspiration zur Verfügung, weshalb mehr Atemgas in die Lunge eingebracht werden kann. Eine verbesserte CO₂-Ausatmung wird ebenfalls erzielt. Erfindungsgemäß wird diese Anpassung vorteilhaft mittels der Regeleinrichtung für die Oszillationsfrequenz der Beatmungsvorrichtung vorgenommen. Es wird angemerkt, daß der Transportkoeffizient für CO₂, welcher sich aus dem Quadrat des Tidalvolumens multipliziert mit der Oszillationsfrequenz ergibt, nicht streng konstant bleiben muss. Erfindungsgemäß genügt eine näherungsweise Konstanthaltung dieses Transportkoeffizienten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Einstellen eines maximalen Wertes für die Druckamplitude der Beatmung auf, wobei eine Regelung der Oszillationsfrequenz erst nach Anheben der Amplitude auf den eingestellten maximalen Wert erfolgt. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt eine Anpassung der Oszillationsfrequenz zum Korrigieren eines vom angestrebten Tidalvolumen abweichenden Tidalvolumens daher erst dann, wenn eine Anpassung der Amplitude des Beatmungsdrucks zum selben Zweck bereits erfolgt ist – wobei hier vorgesehen ist, dass der eingestellte maximale Wert für die Druckamplitude eingestellt und ggf. bereits auch schon erreicht wurde – und noch immer Bedarf zum Regeln des Tidalvolumens besteht.

Es ist erfindungsgemäß möglich, dass durch eine Änderung der Oszillationsfrequenz und der hiermit ebenfalls erforderlichen Änderung des sich neu einstellenden Tidalvolumens zum Konstanthalten des CO₂-Transportkoeffizienten das Tidalvolumen zumindest vorübergehend über dem vom Arzt eingestellten – angestrebten – Wert liegt. In diesem Fall kann ein entsprechender Alarm bzw. Hinweis ausgegeben werden. Ein Alarm kann des weiteren ausgelöst werden, wenn das angestrebte Tidalvolumen nicht appliziert bzw. erreicht werden kann, weil die maximal zulässige Amplitude bereits erreicht ist (zumindest für eine gewisse Zeitdauer) und die Frequenz nicht verändert werden darf oder die minimal erforderliche Frequenz eingestellt ist.

In einer wiederum weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach jeder Änderung entweder der Oszillationsfrequenz oder der Druckamplitude eine ausreichende Zeitdauer abgewartet wird, bevor weitere Änderungen durchgeführt werden. Diese Zeitdauer kann beispielsweise eine komplette Oszillation – das heißt mindestens eine Schwingung der Druckkurve – oder ein Vielfaches hiervon sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das System möglichst schwingungsarm arbeitet und Werte wie das Tidalvolumen vorteilhaft mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden können.

Bei einer weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Regeln der Oszillationsfrequenz und/oder der Amplitude des Beatmungsdrucks auf, mittels welcher eine Änderungsgeschwindigkeit bei der Änderung der Oszillationsfrequenz und/oder der Amplitude des Beatmungsdrucks begrenzbar ist.

Diese Ausführungsform zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass etwa eine Artefaktbildung, welche beispielsweise die genaue Bestimmung des Tidalvolumens beeinträchtigen könnte, verringert wird. Zudem wird die Wirkung eines Artefakts, der beispielsweise durch das Husten des Patienten zustande kommt, bei welchem ein besonders hohes, aber kurzfristiges Tidalvolumen vorliegt, verringert. Das System erhält bei dieser Ausführungsform sicher die erforderliche Zeit, um nach ersten Änderungen erneut in ein Gleichgewicht oder steady-state zurückzukehren, bevor ggf. weiter erforderliche Änderungen vorgenommen werden.

In einer wiederum weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Überprüfen auf, seit wann der eingestellte maximale Wert für die Amplitude eingestellt ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass nicht bei jedem Erreichen der Drucklimitierung eine Frequenzänderung durchgeführt wird, sondern erst dann, wenn durch Überprüfung erkannt wurde, dass die Drucklimitierung seit einer ausreichend langen Zeitdauer wirksam ist und dadurch sichergestellt ist, dass das angestrebte Tidalvolumen bei der aktuell eingestellten Oszillationsfrequenz nicht erreichbar ist. Es kann daher einer möglichen Erzeugung von Schwingungen aufgrund nur vorübergehender Drucklimitierungen wirkungsvoll entgegengewirkt werden. Es kann des weiteren eine unnötige Frequenzverringerung verhindert werden. Eine Frequenzverringerung wird in dieser Ausführungsform nur durchgeführt, wenn dies tatsächlich erforderlich ist.

In einer weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Flow-Sensor ungeachtet der weiteren Merkmale dieser Ausführungsform patientenseitig des Y-Stücks oder in anderer Weise benachbart zu diesem vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch die Merkmalskombination des Verfahrens nach Anspruch 6 sowie durch das Verfahren zum Beatmen eines Patienten nach Anspruch 11. Da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 6 sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 11 ungeschmälert dieselben Vorteile wie oben beschrieben erzielt werden, wird zur Vermeidung von Wiederholung an dieser Stelle ausdrücklich auf ihre oben erfolgte Diskussion verwiesen.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnung im Folgenden weiter erläutert. In der Zeichnung gilt:
1 zeigt Kenngrößen der Hochfrequenzbeatmung im dargestellten Druck-Zeitdiagramm;
2 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hochfrequenzschwingungen zur Beatmung eines Patienten;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
4 zeigt ein schematisiertes Ablaufdiagramm bei Änderung der Druckamplitude;
5 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Ablaufs einer kombinierten Amplituden- und Oszillationsfrequenzänderung; und
6 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Beatmungsvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
1 zeigt ein Druck-Zeitdiagramm mit charakteristischen Kenngrößen der Hochfrequenzbeatmung, nämlich dem mittleren Atemwegsdruck MAP, und die Amplitude A und die anhand der Anzahl der Schwingungen des Druckverlaufs über der Zeit aus 1 entnehmbare Beatmungsfrequenz.
2 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Hochfrequenzschwingungen zur Beatmung eines Patienten, welche zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden kann. In 2 ist die Lunge 3 eines Patienten dargestellt, welche über eine Atemgasleitung 5 mit Atemgas unter einer Hochfrequenzbeatmung belüftet beziehungsweise ventiliert wird. Die Hochfrequenzventilation erfolgt maßgeblich durch einen oszillierenden Kolben 7. In 2 ist ferner eine Frischgaszufuhr zur Atemleitung 5 mittels eines Bias-Flows 9 dargestellt.
3 zeigt wiederum schematisch vereinfacht den Aufbau einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 1, welche einen Druck- und Flowregler 11 und einen Hochfrequenzgenerator 13 aufweist. Am Hochfrequenzgenerator 13 kann vom Arzt eine Frequenz f sowie ein mittlerer Druck MAP als Sollwerte festgelegt werden. Diese Sollwerte werden dem Druck- und Flowregler 11 zugeführt, welcher daraufhin geeignete Stellwerte an eine in der Vorrichtung 1 vorhandene Flowquelle 15 mit Inspirationsventil und an ein ebenfalls in der Vorrichtung 1 vorhandenes Exspirationsventil 17 mit Ejektor ausgibt. Über einen Inspirationsschlauch 19 und einen Exspirationsschlauch 21 sind sowohl die Flowquelle 15 als auch das Exspirationsventil 17 mit einem Y-Stück 23 der Vorrichtung 1 verbunden. Dem Y-Stück 23 benachbart ist in der Vorrichtung 1 ein Flow-Sensor 25 vorgesehen, durch welchen ein Inspirations- und Exspirationsgas strömt, welches von der Vorrichtung 1 einem Patienten Pa zugeführt wird. Der vom Flow-Sensor 25 gemessene Flowmesswert wird einem Volumenintegrator 27 zugeführt, welcher einen Istwert des Tidalvolumens beziehungsweise das applizierte Tidalvolumen berechnet und das Ergebnis dieser Berechnung an einen progammierten Volumengarantie-Algorithmus 29 beziehungsweise die entsprechende Regeleinrichtung abgibt. Der Algorithmus 29, mittels welchem ein garantiertes Volumen bei der Hochfrequenzventilation sichergestellt wird, wirkt auf den Hochfrequenzgenerator 13 dahingehend ein, dass die vom Hochfrequenzgenerator 13 erzeugte Druckamplitude A entsprechend einer Differenz zwischen angestrebtem Tidalvolumen und mittels Flow-Sensor 25 beziehungsweise Volumenintegrator 27 ermittelten Tidalvolumen geändert wird.
Wie 3 ferner zu entnehmen ist, kann am Algorithmus 29 ein Sollwert für ein angestrebtes Tidalvolumen VT sowie ein zulässiger Druckbereich p_[pmax,pmin] vom Arzt oder herstellerseitig festgesetzt werden. Ebenso kann für die Frequenz ein Maximal- und Minimalwert eingestellt sein, die vom Arzt oder vom Hersteller des Gerätes festgesetzt werden.
4 zeigt schematisch vereinfacht in einem Ablaufdiagramm die zu durchlaufenden Schritte in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bei Änderung der Druckamplitude A. Nach Starten. des in 4 dargestellten Algorithmus zum Zeitpunkt t = 0 erfolgt im Schritt S1 eine Initialisierung der Vorrichtung 1 mit einer beispielsweise voreingestellten oder aktuell eingestellten Amplitude als Startwert. Im sich anschließenden Schritt S2 wird die Amplitude ausgegeben. S3 steht für einen Schritt, in welchem gewartet wird, bis die Amplitude wirksam an der Vorrichtung 1 anliegt und ein neuer Messwert für das applizierte Tidalvolumen vorliegt. In S4 wird eine neue Amplitude berechnet, welche bei Bedarf gegebenenfalls in S5 geklemmt beziehungsweise gekappt wird, d. h. auf einen Wert nicht oberhalb eines Maximalwertes für die Druckamplitude und nicht unterhalb eines Minimalwertes festgesetzt wird. Hierbei kann auch die Änderungsgeschwindigkeit auf ein Limit begrenzt werden. Im Schritt S6 wird die neue Amplitude ausgegeben und durch Rückkehr zum Schritt S3 erneut gewartet, bis die neue Amplitude wirksam ist und ein neuer VT-Messwert vorliegt.
Mittels des in 4 gezeigten Algorithmus und insbesondere durch den Schritt S5 der 4 wird sichergestellt, dass die Änderungsgeschwindigkeit für eine Änderung der Amplitude begrenzt bleibt oder wird, und das System nicht zum Schwingen angeregt wird bzw. ein Schwingen vorteilhaft hierdurch vermieden wird. Die Änderungsgeschwindigkeit kann außerdem durch die Zeitkonstante, welche die Dauer des Schritts S3 bedingt, eingestellt oder begrenzt werden.
Eine weitere Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit kann in jeder Ausführungsform ferner dadurch erfolgen, dass die berechnete Differenz zwischen dem Sollwert für VT und dem Istwert für VT gefiltert wird. Anschließend wird die Differenz dann auf die zulässige Schrittweite geklemmt/gekappt. Erst dann wird der resultierende Wert benutzt, um die Amplitude um diesen Wert zu erhöhen oder zu verringern. Es ist alternativ auch möglich, nur zu filtern oder nur die Schrittweite zu begrenzen.
Der in 4 dargestellte Algorithmus und insbesondere die Schritte S3 bis S6 werden jedes Mal durchlaufen, wenn ein neues Tidalvolumen VT bestimmt wurde, auch wenn die Druckamplitude A sich nicht geändert hat.
5 zeigt den Fall einer weiter bevorzugten Ausführungsform, in welchem der Beatmungsdruck aufgrund der eingestellten maximal zulässigen Amplitude geklemmt ist oder ein höherer Beatmungsdruck unter den aktuellen Einstellungen (diese können die Zeitdauern für Inspiration und Exspiration sein) mit der gegebenen Pneumatik und den aktuellen Patienteneigenschaften (Resistance und Compliance) nicht erreicht werden kann und die Oszillationsfrequenz (beispielsweise um jeweils ein Hertz) verringert wird. Gemäß der oben angegebenen Formel (2) wird der Sollwert beziehungsweise der angestrebte Wert für das Tidalvolumen VT erhöht, um nach wie vor das für eine konstante CO₂-Elimination erforderliche Oszillationsvolumen mittels der Vorrichtung 1 zu erzielen. Nach der Frequenz- und Tidalvolumen-Verstellung muss erneut abgewartet werden, bis die bewirkten Änderungen sich im System durchgesetzt haben, bevor ein neuer Tidalvolumen-Messwert ermittelt werden kann. Anschließend kann der Algorithmus zum Garantieren des Beatmungsvolumens beziehungsweise zum Verstellen der Amplitude, wie er in 4 dargestellt ist, wieder normal ausgeführt werden. Läuft der Algorithmus erneut in die Druckbegrenzung, so wird die Frequenz weiter schrittweise vermindert und zwar so lange, bis die minimal zulässige Frequenz oder das vorgegebene Tidalvolumen erreicht worden ist. Die Frequenzverringerung soll außerdem nicht sofort bei Erreichen der Drucklimitierung ausgeführt werden, sondern erst, wenn die Drucklimitierung eine zeitlang wirksam ist und dadurch sichergestellt ist, dass das vorgegebene Tidalvolumen bei der aktuellen Frequenz tatsächlich nicht erreichbar ist. Vorübergehende Drucklimitierungen sollen möglichst nicht zu Änderungen der Frequenz führen.
Diesem Zweck dient der in 5 dargestellte Algorithmus. Neben den aus 4 bereits bekannten Schritten S1 bis S6 wird im Algorithmus der 5 im Schritt S3 abgefragt, ob die Drucklimitierung seit einer ausreichenden Zeit wirksam ist oder nicht. Ist die Zeitdauer T_pmax, seit welcher die Drucklimitierung besteht, größer als eine bestimmte Zeitdauer T_x, so geht der Algorithmus zu einem Schritt S7 über, in welchem die Frequenz verringert und ein neuer Tidalvolumen-Sollwert berechnet wird. Vom Schritt S7 geht es über in den Schritt S8, in welchem die Frequenz geklemmt beziehungsweise gekappt wird, woraufhin im Schritt S9 gewartet wird, bis die Frequenz wirksam ist und ein neuer Tidalvolumen-Messwert vorliegt. Anschließend wird eine neue Amplitude berechnet. Zu diesem Zweck geht der Algorithmus vom Schritt S9 in den Schritt S4 über.
Liegt keine Drucklimitierung vor oder gilt diese erst seit kurzer Zeit (d. h. wenn gilt: T_pmax < T_x), so geht der Algorithmus wie aus 4 bekannt vom Schritt S3 zum Schritt S4 über.
6 zeigt schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Anordnung als inhaltliche Abstraktion von und Grundlage zu 3 mit einer Inspirationsquelle 31, einem Inspirationsventil 33, einem Flow-Sensor 25 sowie einem Exspirationsventil 35 mit Ejektor.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit erstmals eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation, welche wenigstens eine Einrichtung zum Einstellen eines angestrebten Tidalvolumens durch einen Anwender aufweist, und welche wenigstens eine Regeleinrichtung zum Regeln einer Amplitude des Beatmungsdrucks und/oder wenigstens eine Regeleinrichtung zum Regeln der Oszillationsfrequenz auf Basis des ermittelten Tidalvolumens aufweist. Die vorliegende Erfindung gibt ferner ein entsprechendes Verfahren zum Regeln einer Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mittels Hochfrequenzventilation und ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten an.

Claims

Vorrichtung (1) zum Beatmen eines Patienten (Pa) mittels Hochfrequenzventilation, welche wenigstens einen Hochfrequenzgenerator (13) zum Applizieren eines Tidalvolumens (VT) mit einem Beatmungsdruck und einer Oszillationsfrequenz (f), und wenigstens eine Einrichtung (25) zum Ermitteln eines dem Patienten (Pa) applizierten Tidalvolumens (VT) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Einrichtung (29) zum Einstellen eines angestrebten Tidalvolumens (VT) durch einen Anwender aufweist, und dass sie wenigstens eine Regeleinrichtung (11) zum Regeln einer Amplitude (A) des Beatmungsdrucks und/oder wenigstens eine Regeleinrichtung (11) zum Regeln der Oszillationsfrequenz (f) auf Basis des ermittelten Tidalvolumens (VT) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regeleinrichtung (11) zum Regeln der Oszillationsfrequenz (f) das angestrebte Tidalvolumen (VT) derart festsetzbar ist, dass das Produkt aus quadriertem Tidalvolumen (VT) und der Oszillationsfrequenz (f) konstant bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Einrichtung zum Einstellen eines maximalen Wertes für die Amplitude (A) des Beatmungsdrucks aufweist, und dass eine Regelung der Oszillationsfrequenz (f) zeitlich nach Anheben der Amplitude (A) auf den eingestellten maximalen Wert erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Einrichtung zum Überprüfen hat, mittels welcher vor Einstellen der Oszillationsfrequenz (f) abprüfbar ist, ob der eingestellte maximale Wert für die Amplitude (A) seit mindestens einer vorbestimmbaren Zeitdauer (T_x) eingestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Einrichtung (11) zum Regeln der Oszillationsfrequenz und/oder der Amplitude (A) des Beatmungsdrucks aufweist, mittels welcher eine Änderungsgeschwindigkeit bei Änderung der Oszillationsfrequenz (f) und/oder der Amplitude (A) begrenzbar ist.
Verfahren zum Regeln einer Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten (Pa) mittels Hochfrequenzventilation, gekennzeichnet durch die Schritte: – Vorbestimmen eines angestrebten Tidalvolumens (VT); – wenigstens einmaliges Ermitteln des dem Patienten (Pa) applizierten Tidalvolumens (VT); und – Regeln der Amplitude (A) und/oder Regeln der Oszillationsfrequenz (f) auf Basis des ermittelten Tidalvolumens (VT).
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt: – Festsetzen des angestrebten Tidalvolumens (VT) bei Regelung der Oszillationsfrequenz (f) derart, dass das Produkt aus quadriertem Tidalvolumen (VT) und der Oszillationsfrequenz (f) konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die Schritte: – Einstellen eines maximalen Wertes für die Amplitude (A) des Beatmungsdrucks; und – Festsetzen des angestrebten Tidalvolumens (VT) derart, dass eine Regelung der Oszillationsfrequenz (f) zeitlich nach Anheben der Amplitude (A) auf den eingestellten maximalen Wert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch den Schritt: – Prüfen vor einer Änderungen der Oszillationsfrequenz (f), ob das Einstellen des maximalen Wertes für die Amplitude (A) des Beatmungsdrucks vor einer Zeitdauer (T_x) erfolgt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt: – Begrenzen der Änderungsgeschwindigkeit bei Änderungen der Oszillationsfrequenz (f) und/oder der Amplitude (A).
Verfahren zum Beatmen eines Patienten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 verwendet wird.