DE102008058968A1

DE102008058968A1 - Vorrichtung zum Prognostizieren einer Körpertemperatur eines Patienten

Info

Publication number: DE102008058968A1
Application number: DE102008058968A
Authority: DE
Inventors: Jochim Dr. Koch; Maral Haar; Susanne Dr. Stahlkopf
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2008-06-21
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US20090319009A1; US8808343B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung (5) zum Prognostizieren oder Simulieren einer Körpertemperatur eines Patienten (P) zu einem in der Zukunft gelegenen Zeitpunkt vor, mit einer Einrichtung zum Bestimmen von Parameterwerten den Patienten (P) und/oder seine Umgebung betreffend; und mit einer Recheneinrichtung zum Simulieren einer Körpertemperatur des Patienten (P). Sie gibt ferner ein Verfahren und einen Arbeitsplatz an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prognostizieren einer Körpertemperatur eines Patienten gemäß dem Anspruch 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren gemäß dem Anspruch 8 und einen Arbeitsplatz gemäß dem Anspruch 16.
Im Regelfall sind Operationsräume auf etwa 20°C temperiert. Der Patient ist während des Eingriffs unbekleidet und nur teilweise durch eine leichte Operationsdecke zugedeckt. Im Bereich des eigentlichen Operationsfeldes liegt der Patient dabei vollständig frei. Bei größeren Bauchoperationen können zusätzliche Wärmeverluste durch die vergrößerte Fläche und durch die Verdunstungswärme der exponierten Organe entstehen. Daher kühlen Patienten ohne geeignete Gegenmaßnahmen während der Operation aus, und zwar überschläglich um jeweils 1°C in den ersten drei Stunden. Die Auskühlung beginnt bereits, wenn die Patienten das wärmende Bett verlassen und auf die Operation vorbereitet werden.
Um eine Auskühlung und vor allem eine Unterkühlung (Hypothermie) des Patienten zu verhindern, werden Wärmetherapiemaßnahmen eingesetzt, welche die Körpertemperatur auf einem vorgegebenen Niveau halten bzw. auf ein solches bringen sollen. Aufgrund mangelnden Problembewusstseins werden bis heute nur wenige Patienten während der Operation durch zusätzliche Wärmetherapiegeräte warm gehalten, was häufig mit einer ungeplanten Auskühlung verbunden ist und zu erheblichen gesundheitlichen Folgen für den Patienten und wirtschaftlichen Einbußen für das Krankenhaus führen kann.
Unbekannt ist bei alledem, in welchem Umfang der jeweilige Patient Temperatur verliert, und wie intensiv dem entgegenwirkende Maßnahmen der Wärmezufuhr sein müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Prognostizieren einer Körpertemperatur eines Patienten zu einem in der Zukunft gelegenen Zeitpunkt anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1.
Die Vorrichtung weist somit wenigstens eine Einrichtung zum Bestimmen von Parameterwerten den Patienten und/oder seine Umgebung betreffend auf. Sie weist ferner eine Recheneinrichtung zum Simulieren einer Körpertemperatur des Patienten auf.
Unter einem „Parameterwert” des Patienten wird erfindungsgemäß beispielsweise das Alter des Patienten, sein Geschlecht, seine Größe sowie sein Gewicht verstanden. Diese Werte gehen zum Teil aus den – oft auch in elektronischer Form – vorliegenden Patientenkarteien hervor. Weitere Parameter können den Metabolismus des Patienten, eine physiologische Funktion der Blutflussregelung zwischen zentralen Organen und der Peripherie, die Körperausgangstemperatur zu Beginn der Betrachtung – unabhängig von der Art ihrer Messung – und dergleichen betreffen.
Unter Parameterwerten, welche die Umgebung des Patienten betreffen, wird erfindungsgemäß beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Umgebungsfeuchte, ein Infusionsflow im Falle einer Infusion, die Temperatur des infundierten Mittels, das eingestellte Atemminutenvolumen, die Atemtemperatur, der Einfluss von Narkosemedikamenten, die Operationsdauer und dergleichen verstanden. Manche dieser Daten sind bereits vor Beginn einer Operation bekannt. Zu ihnen zählt beispielsweise die mittlere Operationsdauer bei Standardeingriffen. Weitere Parameter sind das Maß der Abdeckung der Körperoberfläche durch Tücher oder die Wärmeleistung von Therapiegeräten.
Unter einem „Bestimmen” von Parameterwerten wird erfindungsgemäß sowohl das Ablesen, Messen, Errechnen, Berechnen, Abschätzen und dergleichen von Parameterwerten verstanden. Auch eine Eingabe mittels einer Eingabevorrichtung in die erfindungsgemäße Vorrichtung oder die Einrichtung zum Bestimmen von Parameterwerten wird erfindungsgemäß als ein „Bestimmen” verstanden.
Unter dem „Simulieren” einer Körpertemperatur des Patienten wird insbesondere eine Simulation basierend auf den bestimmten Parameterwerten des Patienten und/oder seiner Umgebung verstanden. Die Simulationswerte können vergangene Zeitpunkte und/oder zukünftige Zeitpunkte betreffen. Dabei können die zuvor genannten Zeitpunkte fest vorgegeben sein, sie können aber auch variabel sein. Die Abstände zwischen einzelnen Zeitpunkten können insbesondere von Ereignissen, wie z. B. einer erkannten Abweichung eines simulierten Temperaturwerts von einem Temperaturreferenzwert, abhängen.
Mittels des in der Recheneinrichtung verwendeten Simulationsprogramms ist es möglich, die Körpertemperatur eines individuellen Patienten zu simulieren. Damit kann der verantwortliche Betreuer des Patienten vorteilhaft u. a. in die Lage versetzt werden, bereits vor Beginn der Operation abzuschätzen, wie weit die Körpertemperatur während des geplanten Eingriffs ohne Gegenmaßnahme oder bei möglichen Gegenmaßnahmen abfallen wird. Das rechtzeitige Erkennen des Auftretens ungewünschter Körpertemperaturen und ein Ergreifen geeigneter Wärmemaßnahmen werden hierdurch vorteilhaft ermöglicht. Dem Verantwortlichen ist es bei Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, die Operation hinsichtlich Zeitdauer und Temperaturprofil des Patienten für diesen besser verträglich zu planen. Ferner ist es möglich, den Einsatz der zur Verfügung stehenden Wärmetherapiemaßnahmen zu optimieren. Folgeerscheinungen eines Abkühlens des Patienten während der Operation, wie eine verzögerte Wundheilung, die Gefahr von Blutungen, der verlängerte Krankenhausaufhalt sowie – bei ausgeprägter Abkühlung – das für den Patienten unangenehme und oftmals auch schmerzhafte Kältezittern lassen sich antizipieren und damit im voraus vermeiden oder zumindest reduzieren. Letzteres geht mit einer erheblichen Kosteneinsparung für die Krankenanstalt einher, in welcher der Eingriff durchgeführt wird, und der Möglichkeit einer besseren Ressourcenverteilung im Gesundheitswesen. Ingesamt lässt sich die Rekonvaleszenz des Patienten postoperativ schneller verbessern, und die Operation bleibt dem Patienten in besserer Erinnerung.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es damit möglich, in ihrer Anwendung als einem Planungstool den Verlauf der erwarteten Körpertemperatur bereits vor der Operation zu kennen und geeignete Wärmemaßnahmen vorzubereiten oder bereits ins Auge gefasste Maßnahmen zu überprüfen.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung außerhalb des Operationssaals oder vergleichbaren Orten bzw. außerhalb der Patientenbehandlung ist es ferner möglich, medizinischem Personal wie Ärzten und Pflegefachkräften ein Prognosetool zur Verfügung zu stellen, mittels welchem diese ein gesteigertes Bewusstsein für eine Abkühlung des Patienten entwickeln und das Ergreifen geeigneter Maßnahmen üben können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher als Simulationstool vorteilhaft für die Ausbildung und das Training von Pflegepersonal und Ärzten eingesetzt werden. Es führt aber auch bei seinem Einsatz bei der eigentlichen Operation sozusagen nebenbei zu einer Bewusstseinsbildung hinsichtlich des Problems der perioperativen Hypothermie.
Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Anwendungen als solche im oder zeitlich vor oder nach einem Aufenthalt im Operationssaal vorteilhaft geeignet. Es sich eignet zu den oben genannten Zwecken beispielsweise auch für einen Einsatz im Aufwachraum oder auf einer Intensivstation (ICU) sowie stets dann, wenn es um Fragen der Erwärmung, Abkühlung oder erneute Erwärmung des Patienten geht. Dabei ist auch die Planung und überwachende Begleitung eines gezielten Abkühlens im Sinne einer beabsichtigten Hypothermie – welchen Grades auch immer – mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft möglich.
Die Simulation kann mittels eines entsprechenden Softwareprogramms erfolgen, welches geschaffen wurde, um die Körpertemperatur zeitlich beispielsweise anhand physikalischer und physiologischer Algorithmen zu simulieren.
Das Softwareprogramm kann dabei beispielsweise aus einem PC (Personal Computer) ausführbar sein. Dieser PC kann ein herkömmlicher Desktop-PC beispielsweise zur Planung der Operation sein. Zum Einsatz am Patienten können jedoch auch bereits vorhandene Geräte auf PC-Basis (wie sie beispielsweise im Aufwachraum, im Operationssaal oder auf der Intensivstation im Einsatz sind) kommen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft auch als Planungstool für die Fragestellung der post-operativen Wiedererwärmung oder Temperaturerhaltung genutzt werden. Dabei lassen sich die oben genannten Vorteile ungeschmälert erzielen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
So wird in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgeschlagen, die Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Erfassen der Körpertemperatur des Patienten auszugestalten. Die Einrichtung zum Erfassen oder Bestimmen der Körpertemperatur kann dabei eine Einrichtung zum Messen der axillären Temperatur, der rektalen Temperatur, der Temperatur innerhalb eines Blutgefäßes, der am Trommelfell gemessenen Temperatur und dergleichen sein.
Die Körpertemperaturen können online durch invasive oder nicht invasive Temperatursensoren gemessen werden, sie können kontinuierlich oder intermittierend gemessen werden. Auch eine Messung durch das Personal kommt erfindungsgemäß in Frage. Beim automatisierten Messen der Temperaturen geschieht dies üblicherweise mit einem Patientenmonitor. Dieser weist regelmäßig zwei oder mehr Temperaturkanäle auf.
Durch Ermitteln der realen Temperatur des Patienten ist es erfindungsgemäß möglich, eine einen tatsächlichen, ggf. ebenfalls in die Simulation einfließenden Temperaturwert bei der weiteren Simulation zum Wohle des Patienten vorzunehmen.
In einer wiederum weiter bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Vergleichen der erfassten Körpertemperatur mit der simulierten Körpertemperatur auf.
Es ist damit möglich, die gemessene – reale – Körpertemperatur online mit den simulierten Temperaturwerten laufend zu vergleichen, wobei unerwartete Abweichungen schnellstens angezeigt werden können, bevor der Patient tatsächlich diese Temperaturabweichung bzw. -abfall erfährt. Eine Einbettung in laufende Alarme ist erfindungsgemäß möglich. Ebenso können Hinweise ausgegeben werden, wann gemäß dem simulierten Verlauf – gegebenenfalls gemessen an den realen Werten – die aktuellen Wärmemaßnahmen nicht mehr ausreichen. Es ist möglich, diese Angaben und Hinweise zu Beginn einer Operation in Form einer Übersicht anzuzeigen. Aus der Anzeige kann hervorgehen, welche Maßnahmen es für verschiedene Operationsdauern geeignet sind. Außerdem können während der Operation Hinweise ausgegeben werden, wann die Temperatur abzusinken droht. Ein schneller Eingriff durch das Personal und/oder vorrichtungsseitig ist hiermit möglich.
Bei einer wiederum weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wenigstens eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Ereignissen der Bestimmung und/oder der Simulation und/oder des Vergleichs der simulierten Daten mit den realen Daten auf. Mittels dieser Ausgabeeinrichtung lassen sich Empfehlungen anzeigen, Alarme ausgeben oder Sollwerte für Wärmetherapiegeräte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit einer erhöhten Sicherheit, sie nimmt dem Verantwortlichen Entscheidungsprozesse ab und kann die Möglichkeit von Entscheidungsfehlern der Menschen begrenzen. Sie kann dem Verantwortlichen Sollwerte vorgeben, mittels welcher die angeschlossenen Wärmetherapiegeräte betrieben werden können.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Steuern und/Regeln von Wärmeeinrichtungen basierend auf den simulierten Körpertemperaturwerten oder den Sollwertvorgaben und/oder Kennwerten auf. Es ist somit möglich, eine Closed-Loop-Steuerung für die Wärmeeinrichtungen zu nutzen. Dies entlastet wiederum den behandelnden Arzt oder Pfleger und kann – insbesondere in Stressmomenten – die Sicherheit des Patienten intraoperativ sowie dessen postoperative Genesung erhöhen beziehungsweise begünstigen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch einen Arbeitsplatz mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Da hiermit die oben genannten Vorteile ungeschmälert erzielbar sind, wird zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle ausdrücklich auf ihre oben stehende Diskussion Bezug genommen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung detaillierter erläutert.
In der Zeichnung gilt:
1 zeigt schematisch vereinfacht einen Anästhesiearbeitsplatz mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 zeigt einen möglichen Ablauf bei Einbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Temperaturmanagement eines Patienten und
3 zeigt eine schematische Modelldarstellung bei einer intakten Thermoregulation.
1 zeigt einen auf einem Operationstisch 1 liegenden Patienten P. Der Patient P ist mittels einer Temperaturmessleitung 3 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 zum Prognostizieren einer Körpertemperatur verbunden. Die Vorrichtung 5 umfasst eine nicht dargestellte Einrichtung zum Bestimmen von Parameterwerten des Patienten P, in welche beispielsweise mittels der Temperaturmessleitung 3 übertragene Temperaturmesssignale einfließen können. Sie umfasst ferner einen Monitor 7 zur Darstellung der Simulationsergebnisse. Die Ergebnisse der Simulation werden mittels einer Datenleitung 9 an eine Wärmeeinrichtung 11 übermittelt.
2 zeigt die Einbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Ablauf eines Wärmemanagements einen für in 2 nicht dargestellten Patienten. Dabei werden in einem ersten Schritt S1 die für eine Simulation erforderlichen Daten und Parameterwerte mittels einer Eingabevorrichtung eingegeben oder automatisch vom System eingelesen.
In einem sich anschließenden Schritt S2 erfolgt eine Simulation der Körpertemperatur zu zukünftigen Zeitpunkten. Dabei werden in einer Datenbank 13 hinterlegte Algorithmen und Informationen über physiologische Modelle der Thermoregulation berücksichtigt.
In dem sich anschließenden Schritt S3 wird entschieden, ob eine Wärmetherapie (eine Erhöhung oder Absenkung der Temperatur) erforderlich ist. Kommt es hierbei zu dem Ergebnis, dass eine Temperaturregulierung erforderlich ist (der Fall „J”), so wird eine Empfehlung ausgegeben oder eine direkte Geräteansteuerung vorgenommen. Die Ansteuerung der Geräte kann mittels eines Reglers 15 erfolgen, welches beispielsweise eine Wärmeeinrichtung 11 steuert oder regelt. Das Ergebnis einer Temperaturmessung mittels Temperaturmesseinrichtungen 17 wird auf dem Monitor 7 dargestellt, und das ausgegebene Temperatursignal kann mittels der Datenleitung 19 dem Regler 15 zugeführt werden. Der Regler 15 führt Vergleiche zwischen dem im Schritt S3 angestrebten Temperaturwerten und den mittels der Temperaturmesseinrichtung 17 gemessenen, realen Temperaturwerten durch. Ein Ausgleich der Differenz dieser Werte wird mittels der Wärmeeinrichtung 11 angestrebt.
In einem nachgelagerten Schritt S4 wird entschieden, ob eine Trendanalyse, welche mit einer Plausibilitätskontrolle bspw. in der Datenbank 13 hinterlegt sein kann, ergibt, dass der Patient schneller oder stärker auskühlt als erwartet. Im positiven Fall „J” wird ein Alarm mittels einer Alarmeinrichtung 21 ausgegeben und dieser mittels einer Dokumentationseinrichtung 23 dokumentiert.
Die in 2 dargestellte Regelung stellt ein Beispiel einer Closed-Loop-Regelung dar. Anstelle einer solchen Regelung kann natürlich auch ein manuelles Regeln durch den verantwortlichen Betreuer vorgesehen sein.
Zur Simulation der Körpertemperatur eignet sich exemplarisch folgendes Vorgehen, welches von der Anmelderin erfolgreich ausgeführt wurde.
Im Folgenden werden unterschiedliche Formeln für die radiativen, konvektiven, konduktiven und evaporativen Wärmeabgaben beschrieben. Die Verdunstung von Desinfektionsmitteln auf der Haut und die Wärmeverluste über offene Wunden werden ebenfalls erklärt. Zur Darstellung von Bruchteilen wird in den Gleichungen der Punkt verwendet.
Wärmestrahlung
Die Wärmeabgabe von warmen zu kalten Körpern über langwellige Infrarotstrahlung wird mit der Gleichung 1 beschrieben: Pradiation = σ·A·e·(T4S – T4A ), (1) wobei gilt:

Pradiation: [W],: Strahlungsverluste
σ = 5.67·10^–8[Wm^–2K⁴],: Stefan-Boltzmann-Konstante,
A: [m²],: Gesamtoberfläche der Haut,
e = 1,: Strahlungskoeffizient des Körpers,
T_S: [K],: Temperatur der Haut,
T_A: [K],: Temperatur der Umgebung.

Das Stefan-Boltzmann-Gesetz (Gleichung 1) kann für die Verwendung in einem Simulationsprogramm noch weiter spezialisiert werden:
Da sich das betrachtete physiologische Modell Simulationsprogramm in Kern und Peripherie (Extremitäten) aufteilt, kann es zwei unterschiedliche Gleichungen für die Wärmeabgabe durch Strahlung geben.
Zusätzlich kann beachtet werden, dass die Wärmeabgabe an die Umgebung sich nach Abgabe zur Wand (40%) und zur Decke (60%) unterscheidet. Zum Schluss kann noch ein Faktor für den Anteil des Körpers, der über Strahlung, Konvektion und transepidermale Wasserverluste Wärme verliert, in die Gleichung eingebracht werden.
Die umgeänderte Gleichung 1 für die Strahlungsverluste über den Körperkern lautet dann bspw. folgendermaßen: PradiationKern = aKonv·aKern·A·σ· (0.4·((Tkcloth + 273.15)4 – (Twand + 273.15)4) + 0.6·((Tkcloth + 273.15)4 – (Tdecke + 273.15)4)) (2)wobei gilt:

PradiationKern: [W],: Strahlungsverluste über den Kern
aKonv:,: Anteil des Körpers, der Wärme über Konvektion, Radiation und transepidermale Wasserverluste abgibt, meist 70%,
aKern:,: Anteil Masse des Körperkernes, meist 60%,
aPeri:,: Anteil Masse der Körperperipherie/-extremitäten,
Tkcloth: [°C],: kernnahe Hauttemperatur für die oben liegende Körperfläche (gibt Wärme über Konvektion ab),
Tpcloth: [°C],: extremitätennahe Hauttemperatur für die oben liegende Körperoberfläche,
Twand: [°C],: Temperatur der Raumwand,
Tdecke: [°C],: Temperatur der Raumdecke.

Für die Peripherie lässt sich eine ähnliche Gleichung aufstellen. Mit diesen abgeänderten Gleichungen des Stefan-Boltzmann-Gesetzes kann nun in einem Simulationsprogramm zur Thermoregulation die Wärmeabgabe durch Strahlung berechnet werden.
Konvektion
Die Wärmeabgabe durch Konvektion ist abhängig von der Differenz der Haut- und der Umgebungstemperatur, sowie von der am Austausch teilnehmenden Körperoberfläche und lautet folgendermaßen: Pkonvektion = hc·(TS – TA)·A (3)
Der für Gleichung 3 erforderliche Konvektionskoeffizient h_c ist von der Luftbewegung abhängig und wird nachstehend berechnet: hc = 7.9·FLR0.5 (4) wobei FLR die Luftbewegung in Meter pro Sekunde ist.
Auch hier muss, genau wie bei den Strahlungsverlusten, zwischen Kern und Peripherie bzw. Extremitäten unterschieden werden, so dass Gleichung 3 in den Kernanteil (aKern) und Peripherieanteil (aPeri) aufgeteilt werden muss. Da der Patient im Operationssaal auf einem Operationstisch liegt, wird zusätzlich der Faktor aKonv in Gleichung 3 mit eingesetzt. Um für alle zu berechnenden Wärmeverluste die gleiche Einheit [W] zu bekommen, wird abschließend durch 0.86 dividiert. Der endgültige Berechnungsansatz lautet dann folgendermaßen:
Konduktion
Die Wärmeabgabe durch Leitung an anliegende, kalte Materialien am Körper, ist vom Kontaktmaterial und seiner Leitfähigkeit sowie von der Größe der Kontaktfläche abhängig: Pkonduktion = hk·(TS – TOb)·AK (6)
Hierbei ist T_Ob[°C] die Temperatur des anliegenden Materials, h_k[W/m²°C] stellt die Leitfähigkeit des Kontaktmaterials dar und A_K[m²] ist der Teil der Körperoberfläche, der durch Leitung Wärme abgibt.
Da im Simulationsprogramm der Kern und die Peripherie getrennt betrachtet werden, muss der obige Ansatz für das Rechenprogramm in zwei Gleichungen aufgeteilt werden. Für die in Formel 6 verwendete Variable A wird der Term (A·aKond) eingesetzt, wobei aKond: [%] den Teil der Oberfläche darstellt, der am Wärmeaustausch über Konduktion beteiligt ist. So sind für den Kern- und Peripherieverlust folgende Gleichungen im Programm integriert: PkonduktionKern = hk·(Tkern – TOb)·A·aKond·aKern und PkonduktionPeri = hk·(Tperi – TOb)·A·aKond·aPeri (7)wobei Tkern: [°C] die Kern- und Tperi: [°C] die Peripher- bzw. die Extremitätentemperatur ist.
Evaporation
Für die insensiblen transepidermalen Wasserverluste Ptwl: [W] lautet der Rechenansatz folgendermaßen:
Die Variable k [g/(h·m²·kPa)] ist der Durchlässigkeitskoeffizient der Haut und berechnet sich hier für Kinder in Abhängigkeit von ihrem Gestationsalter [Wochen] und ihrem postnatalen Alter (age: [Monate]). Die Formel für diesen Faktor lautet:
In der Variable k01 ist die Abhängigkeit vom Gestationsalter des Säuglings enthalten. Ist die Anzahl der Schwangerschaftswochen größer als 35, so ist k01 = 1.3. Sobald der Wert des Gestationsalters kleiner 35 ist, berechnet sich der Wert nachstehend: k01 = 24000·e–0.281·Gestationsalter (10)
Für Erwachsene beträgt der Wert für den Durchlässigkeitskoeffizienten 6.1·10^–4 [kg/(h·m²·mmHg)] bzw. 4.575 [g/(h·m²·kPa)].
Der Faktor aKonv ist auch in der Gleichung 8 vorhanden, da nur von der Fläche Wasser abgegeben wird, die nicht auf dem Operationstisch aufliegt.
Die Variablen ps und pa aus Gleichung 8 sind die Wasserdampfdrücke der Haut (ps) und der Luft (pa) in [kPa] und lassen sich wie folgt berechnen:
Der Faktor TrF in Formel 8 ist die relative Feuchtigkeit der Umgebung in Prozent.
Die Gesamtwärmeabgabe der respiratorischen Wärmeverluste ist hierbei abhängig vom Stoffwechsel, vom Atemminutenvolumen, den Partialdrücken (im Körper und in der Umgebung), sowie von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung. Um den Wasserverbrauch zu bestimmen, werden die Verluste über den konvektiven (Pkonvresp: [W]) und den evaporativen (Pevaresp: [W]) Weg in der Lunge berechnet.
Die Kühlleistung durch die Konvektion wird folgendermaßen berechnet: Pkonvresp = AMVmeta·ρ50·cair·(TLunge – TA) (13)
Dabei setzt sich AMVmeta: [l/min] aus dem Anteil, der am Gasaustausch in der Lunge teilnimmt, und der Luftmenge, die bei der Einatmung im gasleitenden System bleibt und ohne am Gasaustausch teilgenommen zu haben ausgeatmet wird (Totraumventilation), zusammen.
Für die Berechnung der Menge, die eingeatmet wird und in den Alveolen am Gasaustausch teilnimmt, benötigt man zusätzlich den vom Stoffwechsel abhängigen Sauerstoffverbrauch.
Es ist bekannt, dass 1 Liter O₂-Verbrauch 20 kJ Wärmeabgabe des Körpers entsprechen. Bei einer Energieproduktion (Pmeta) von ungefähr 83,3 Watt (Stoffwechsel entspricht einem 30-jährigen Mann mit 73 kg Körpergewicht und einer Größe von 1,79 m) beträgt der Sauerstoffverbrauch dann, nach Gleichung 15, 0,25 Liter in der Minute.
Für das Atemminutenvolumen (AMV: [l/min), ohne Betrachtung der Totraumatmung, erhält man nach Gleichung 15 eine Ventilation von 5 l/min.
Um nun die vollständigen Wärmeverluste über den Respirationstrakt zu ermitteln, muss die Totraumatmung mit einbezogen werden. Für die Bestimmung der Menge kann man das Totraumvolumen auch explizit bestimmen.
Für die zuvor beschriebene Person beträgt das Volumen nach einer Schätzregel: 2 ml pro kg des Körpergewichtes entsprechen 150 ml Totraumventilation. Zusätzlich wird hier die Atemfrequenz für die Berechnung betrachtet. Bei dem Erwachsenen mit einer Frequenz von 15 Atemzügen pro Minute erhält man dann ein Gesamtatemminutenvolumen von etwa 7,25 Liter/min.
Mit dem ermittelten AMVmeta kann man nun die konvektiv-respiratorischen Wärmeverluste durch Gleichung 13 bestimmen. Mit folgenden Parametern:
AMVmeta = 7.25: [l/min] Atemminutenvolumen (mit Totraum),
ρ50 = 1.057: [kg/m³] Dichte von Luft bei 50°C,
cair = 0.310: [kcal/(kg·K)] spezifische Wärme der Luft,
T_Lunge = 37: [°C] Temperatur in der Lunge (Kernnah),
T_A = 23: [°C] Temperatur der Umgebung,
erhält man 1,662 Watt.
Der evaporative Wärmeverlustanteil wird aus der Verdampfungswärme für Wasser in der Lunge (q_Lunge: [kJ/kg]) und aus der verdunsteten Wassermenge [W·kg/l], das heißt aus der Differenz zwischen absoluter Ein- (md_Luft) und Ausatmungsfeuchte (md_Lunge) berechnet: Pevarresp = (mdLunge – mdLuft)·qlung (16)
Die totalen Atmungsfeuchten und die Verdampfungswärme in der Lunge werden nachstehend in Gleichung 17, 18 und 19 berechnet:
Die in Gleichung 19 vorkommenden Konstanten sind die Verdampfungswärme bei 0°C: q0 = 604: [kcal/kg] und bei 100°C: q100 = 538: [kcal/kg].
Die unbekannten Faktoren in Formel 17 (p_Lunge) bzw. 18 (p_Luft) sind die Partialdrücke der Lunge bzw. der Luft. Die Konstante puat ist der vorherrschende Umgebungsdruck. Der Partialdruck in der Lunge (p_Lunge: [atm]) ist durch folgenden Rechenansatz angegeben:
wobei gilt:

rF_Lunge = 100: [%]: Feuchte der Ausatemluft,
po = 0.03: [atm]: Druck bei dem Temperaturreferenzwert vorliegt,

To = 23.772: [°C]: Temperaturreferenzwert aus Dampftafel,
Rd = 47.06: [(kp·m)/(kg·K)]: Gaskonstante für Dampf.

Um den Partialdruck der Luft zu bestimmen, muss in Gleichung 20 die Feuchte der Ausatemluft (rF_Lunge) durch die Einatemfeuchte (rF_Luft = 50: [%]), sowie die Temperatur in der Lunge (T_Lunge) mit der Temperatur in der Umgebung (T_A) ersetzt werden.
Ebenfalls muss die Verdampfungswärme in der Lunge (q_Lunge) mit der Verdampfungswärme in der Luft (q_Luft) ausgetauscht werden. Die veränderte Formel für die Berechnung des Partialdruckes lautet dann:
Mit den zuvor aufgeführten Gleichungen kann man nun die evaporativrespiratorischen Wärmeverluste berechnen. Für die Ermittlung werden dieselben Parameter wie für die Berechnung der konvektiv-respiratorischen Verluste verwendet. Somit erhält man ungefähr 10,8 Watt.
Für den Gesamtwärmeverlust über die Atemwege ergeben sich durch die Rechnungen dann etwa 13,1 Watt.
Von den berechneten Werten Pkonvresp und Pevaresp muss nun aber noch ein Anteil Wärme, der bei der Spontanatmung – in der Stations-, Einleitungs- und Aufwachphase – in den oberen Atemwegen gespeichert wird, abgezogen werden. Im Hals-Rachenraum wirkt nämlich der Wärme und Feuchteaustausch.
Schätzungsweise wird durch die Nase und den Mund mit 30°C ausgeatmet. Im Rachenraum hat diese Luft noch eine Temperatur von knapp 34°C, in der Lunge beträgt sie ungefähr 37°C. Somit wird deutlich, dass auf dem Weg von der Lunge bis zur Umgebung Wärme gespeichert wird.
Bei 30°C Ausatemtemperatur reduziert sich die absolute Feuchte von 41 g Wasser pro kg_Luft auf 30 g_Wasser pro kg_Luft, so dass ungefähr 25% weniger Luftmenge befeuchtet werden muss. Zieht man von dem errechneten Wärmeverlust nun diese 25% ab, ergibt sich ein Verlust von 9,825 Watt, was dann einer Wasserabgabe von 353 ml entspricht.
Für die Berechnung der respiratorischen Wasserabgabe werden im Simulationsprogramm die analytischen und physikalischen Gleichungen genutzt.
Schwitzen
Das Perspiratio sensibilis ist eine zusätzliche Funktion der Wärmeabgabemechanismen. Es tritt ein, wenn die anderen Methoden (Konvektion, Konduktion, Strahlung und Evaporation) nicht mehr ausreichen, die erhöhte Temperatur auf den Normalwert zurück zu regulieren.
Bei dieser Art der Wasserabgabe wird in thermisches und emotionales Schwitzen unterschieden. Bei starker psychischer Anspannung, z. B. durch Stress, kommt es zu der paradoxen Situation einer ausgeprägten kutanen Vasokonstriktion im Bereich der Hände und Füße (mit entsprechender Abkühlung), bei gleichzeitiger Schweißsekretion an den Palmar- und Plantarflächen. Damit kann auch verstärktes Schwitzen der apokrinen Schweißdrüsen (z. B. Achselhöhlen) verbunden sein. Beim thermischen Schwitzen, was im Simulationsprogramm nur berücksichtigt wird, geht dagegen wie erwartet die Sekretion mit Gefäßerweiterung einher.
Bekannter Weise verliert ein Mensch mindestens 100 ml Schweiß pro Tag und maximal 10 bis 12 Liter pro Tag. Daher sind in der Simulation auch nur zwei Verlustwerte und eine Regelgrenze integriert worden.
So lange die aktuelle Kerntemperatur unter der eingestellten Solltemperatur liegt, verliert der Patient ungefähr 2,8 Watt. Sobald die Solltemperatur um 0,2°C überschritten wurde, kann man nun bis maximal 335 Watt verlieren.
Um auf diese Transpirationswerte zu kommen, muss man die Schweißrate mit der Verdunstungswärme (λ = 575: [kcal/kg_Wasser]) multiplizieren und mit dem Umrechnungsfaktor 0,86 (von kcal/h in Watt) dividieren.
Verdunstung von Desinfektionsmittel auf der Haut
Bei Operationen werden Patienten mit Flüssigkeiten (Alkohol oder Jod) desinfiziert. Durch das Auftragen dieser Desinfektionsmittel ist die Oberfläche der Haut befeuchtet. Beim Verdunsten dieser Flüssigkeiten wird dem Körper dann zusätzlich Wärme entzogen.
Da die desinfizierte Oberfläche aber nicht all zu groß ist und die Desinfektionsmittel nicht literweise auf den Patienten aufgetragen werden, sondern nur etwa 1 bis 2 Gramm, sind die Verdunstungszeiten sehr gering und man kann die hier entstandenen Wärmeverluste vernachlässigen.
Durch folgende Berechnung: P = mDesinfektion·λDesinfektion/t (23)mit:

m_Desinfektion: [g]: Desinfektionsmenge,
λ_Desinfektion:[kcal/kg]: Verdunstungswärme
t: [sec]: Verdunstungszeit,

Wärmeabgabe über Wunden
Neben den stetig vorhandenen Wärmeverlusten durch Strahlung, Konvektion, Konduktion und Evaporation, sowie der zusätzlichen Wärmeabgabe durch Verdunstung von Desinfektionsmitteln, gibt der Körper bei Operationen mit offenen Wunden über die Schleimhäute weitere Wärme ab.
Mit Hilfe der Gleichung 8 (Berechnung der transepidermalen Evaporationsverluste), können die Abgaben bei offenen Wunden ermittelt werden.
Für den Durchlässigkeitskoeffizienten darf man hier aber nicht den Wert der Haut einsetzen. Um den Verlustwert zu berechnen, muss dieser Koeffizient sehr hoch angesetzt werden. Da die schützende, isolierende Haut während der Operation nicht mehr vorhanden ist und nun direkt die Schleimhäute die Wärme abgeben, wird hier ein Transportkoeffizient von 20 g/(h m² kPa) angesetzt. Mit schützender Haut, ist dieser Wert 4.575 g/(h m² kPa). Ein Grund, diese Art der Wärmeverluste vernachlässigen zu können, sind die meistens geringen Flächen der offenen Wunden. Heutzutage gibt es nur noch wenige Eingriffe, wobei die Haut großflächig geöffnet wird.
Für eine Wunde von 400 cm² Größe (Awunde) und dem zuvor genannten hohen Hautdurchlässigkeitskoeffizienten, erhält man bei einer Umgebungstemperatur von 23°C, bei einer Hauttemperatur von 33°C und bei einer Luftfeuchtigkeit von 50% nach:
einen Wärmeverlust von 1,9 Watt.
Im Vergleich zu den stetigen Abgaben ist dieser Wert zu gering, um die Körperkerntemperatur bei Erwachsenen extrem zu verändern und wird somit im Simulationsprogramm vernachlässigt.
Wärmeverluste durch kalte Infusionen
Bei Operationen ist es üblich, dass Patienten einen venösen Zugang bekommen. Über diesen werden nicht nur die Narkosemittel verabreicht. Während der gesamten Operationsphase wird dem Patienten darüber auch eine oder mehrere Elektrolytlösungen oder aber Blutkonserven zugeführt. Dieser Zugang hat zudem eine Schutzfunktion: durch die kontinuierliche Injektion der Infusionen werden die Venen „offen” gehalten, worüber man im Notfall schnellstmöglich wichtige Medikamente spritzen könnte. Bei einem möglichen Schock während der Operation können die Venen nämlich nur schwer – eventuell auch gar nicht punktiert werden, so dass der Patient sterben könnte.
Die zugeführten Narkosemittel, die meistens bei einer Temperatur von 7°C aufbewahrt werden, rufen kaum Temperaturveränderungen im Körper hervor, da sie nur in kleinen Mengen in den Körper gelangen.
Anders sieht es da bei den Elektrolytlösungen und Blutkonserven aus. Da sie in größeren Mengen, je nach Operation und Dauer bis zu 2 l/h kristalloide Flüssigkeiten oder bis 6 l/h Blut, injiziert werden, kann es bei kalten Infusionen zu spürbaren Wärmeverlusten kommen. Die entstehenden Abgaben, sind mit der Kenntnis folgender Daten leicht zu berechnen, so dass sich somit auch ihr Beitrag zu einer Hypothermie verringern lässt. Aufgrund der spezifischen Wärme von Wasser (cinf_Wasser = 1: [cal/g°C]) erfordert die Erwärmung von 1000 ml Infusionslösung um 1°C etwa 1 kcal. Die Infusion dieser Menge bei einer Temperatur von 20°C führt demnach zu einem Wärmeverlust von 17 kcal, unter der Vorraussetzung, dass sich die Flüssigkeit auf 37°C erwärmt. Die Erwärmung von 1 Liter Blut von 8°C auf Körpertemperatur erfordert ca. 39 kcal. Da der menschliche Körper eine spezifische Wärme (cinf_Blut) von 0.83 cal/g°C besitzt, lässt sich errechnen, dass ein intraoperativer Wärmeverluste von 60 kcal bei einem 70 kg schweren Patienten die mittlere Körpertemperatur um 1°C senkt: zu diesem Verlust führt bereits die Infusion von 3,5 Liter bei Raumtemperatur. Die infusionsbedingten Wärmeverluste lassen sich aus folgender Formel berechnen:
wobei gilt:

T_end: [°C],: Patiententemperatur nach Infusion,
T_start: [°C],: Patiententemperatur vor Infusion,
T_inf u: [°C],: Temperatur der Infusion,
m_Infu: [ml],: Infusionsmenge,
m_Pat: [kg],: Gewicht des Patienten.

Da im Simulationsprogramm alle Wärmeabgaben in der Einheit Watt angegeben sind, werden die Verluste durch kalte Infusion (Pinfu: [W]) hier folgendermaßen berechnet:
Die Dichte des Blutes (ρ_Blut) hat den Wert 1055 g/l. Die. Infusionsmenge wird hier in Liter pro Stunde angegeben.
Hat der Patient eine Körpertemperatur von circa 36°C und werden ihm in einer Stunde 2 Liter Elektrolytlösungen von 23°C (Raumtemperatur) infundiert, so verliert er ungefähr 26 Watt Wärme.
Beschreibung des physiologischen Modells
Im Folgenden wird ein Modell und dessen Reaktion in einem Simulationsprogramm auf Temperaturänderungen beschrieben. In der 3 sind der schematischen Aufbau des Modells, der Blutfluss und die temperaturabhängige Stoffwechselproduktion schematisch dargestellt. In der oberen Darstellung der 3 ist der Blutfluss 20 und in der unteren Darstellung der Stoffwechsel 22 darstellt ist. Die horizontale Achse gibt eine Abweichung von der Körperkerntemperatur (Tkern) in°C an. In dem Simulationsprogramm wird genauer auf den Blutfluss und die Stoffwechselproduktion eingegangen, also auf die Stellgrößen zur Regulation des Temperaturhaushaltes.
Das im Simulationsprogramm verwendete Modell besteht aus einem Körperkern, einer Körperperipherie und den dazugehörigen Körperschalen. Zum Körperkern, zu dem 60% der Gesamtkörpermasse zählen, gehören hier der Kopf und der Oberkörper. Die Peripherie setzt sich aus den vier Extremitäten zusammen.
Im Oberkörper und Kopf werden 94% der Wärme für den Körper hauptsächlich durch den Stoffwechsel produziert. Die restlichen 6% stellt die Peripherie her. Da dieser geringe Anteil aber nicht ausreicht, die normale Extremitätentemperatur von ungefähr 32°C selbständig aufrecht zu halten, fließt vom Körperkern permanent warmes Blut in die Peripherie. Im Simulationsprogramm ist der dauerhafte, normale Blutfluss durch BF0 beschrieben. Liegt die Körpertemperatur im Bereich der Solltemperatur, fließen ungefähr 20 Milliliter erwärmtes Blut pro 1000 Gramm des Körpergewichts (KGs) pro Minute in die Extremitäten. Sobald die Körperkerntemperatur aber steigt oder durch Narkosemittel die Vasodilatation einsetzt, nimmt der Blutfluss im Modell zu. Dieser erhöht sich bis auf maximal 100 Milliliter warmes Blut pro 1000 Gramm des Körpergewichtes pro Minute (BFmax). Er wird erreicht, sobald die aktuelle Körperkerntemperatur um 0,3°C größer als der Sollwert ist, oder wenn die Narkosewirkung eingesetzt hat.
Sinkt die Körpertemperatur durch vermehrte Wärmeabgabe bzw. durch reduzierte Wärmeproduktion, zentralisiert sich der Blutkreislauf auf den Oberkörper, und das warme Blut wird vermehrt im Kern gehalten. Bei einem Temperaturabfall um 0,3°C des Sollwertes, bei intakter Thermoregulation, fließen dann nur noch 10 Milliliter Blut (BFmin) zur Versorgung mit Sauerstoff in die Arme und Beine, die somit langsam auskühlen. Bei ausgeschalteter Temperaturregulation, während der Narkose, setzt bei einer bestimmten Körperkerntemperatur Vasokonstriktion wieder ein, so dass auch hier das erwärmte Blut im Thorax und Kopf gehalten und nur wenig an die Peripherie abgegeben wird.
Die angegebenen Werte für die Mengen des transportierten Blutes können evtl. durch Messungen mittels Ultraschall-Doppler-Effekt an der Arterie Femoralis neu bestimmt und im Simulationsprogramm verändert werden.
Aus dem Diagramm für den Blutfluss wurden nun Gleichungen für das Simulationsprogramm abgeleitet.
Solange die Körperkerntemperatur kleiner oder gleich der Solltemperatur (T_ksoll = 36.7: [°C]) minus dem Regelbereich (hier 0,3°C) ist, fließt die minimale Blutmenge. Befindet sich die Körpertemperatur im Bereich zwischen – 0,3 bis 0 in der obigen Darstellung (Solltemperatur – Regelbereich < Körperkerntemperatur < Solltemperatur), so berechnet sich der Blutfluss (BF) folgendermaßen:
Für den Abschnitt: Tksoll ≤ Tk < Tksoll + Regelbereich lässt sich der Blutfluss so ermitteln:
Sobald die Körperkerntemperatur den Sollwert plus Regelbereich erreicht und überschritten hat, fließt die maximale Menge Blut (BFmax) vom Kern in die Peripherie.
Um im Simulationsprogramm Werte für die temperaturabhängige Wärmeproduktion zu erhalten, wurden verschiedene Gleichungen aufgestellt.
Für den Fall, dass die Thermoregulation intakt ist (der Patient befindet sich nicht in einer Narkose) wurden fünf unterschiedliche Funktionen aufgestellt.
So lange Tksoll – 12 ≤ Tkern < Tksoll – 3 gilt für die Produktion (Pprod):
Für Tksoll – 3 ≤ Tkern < Tksoll – 1 berechnet sich der momentane Stoffwechsel folgendermaßen: Pprod = –10·(Tkern – Tksoll – 2)2 + 98 + Pmeta (30)
Im Bereich Tksoll –1 ≤ Tkern < Tksoll – 0.5 lässt sich Pprod wie folgt ermitteln: Pprod = –30·Tkern + 1.168·103 + 30·(Tksoll – 37) + Pmeta (31)
Für den vierten Abschnitt, Tksoll –0.5 ≤ Tkern < Tksoll, lautet die Gleichung: Pprod = –146·Tkern + 5.402·103 + 146·(Tksoll – 37) + Pmeta (32)
Wenn die Körperkerntemperatur gleich bzw. größer als die angegebene Solltemperatur ist, dann produziert der Körper nur noch seinen Grundumsatz. Pmeta.
Bei ausgeschalteter Produktion, dass heißt wenn der Patient narkotisiert ist, fällt die Produktion bis auf etwa 70% des Ruheumsatzes zurück. Es gilt dann: Pprod = 0.7·Pmeta (33)
Der Ruheumsatz (Pmeta), der für die Berechnung des Stoffwechselumsatzes wichtig ist, lässt sich für Kinder, Frauen und Männer unterschiedlich berechnen. Zur Bestimmung der Stoffwechselproduktion für Kinder gibt es eine gewichts- und altersabhängige Formel. Zur Bestimmung der RMR (Resting Metabolic Rate) für Erwachsene stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. „Man muss sich jedoch darüber klar sein, dass es sich dabei weitgehend um Schätzungen mit einer gewissen Fehlerbreite handelt. Exakte Werte erhält man letztlich nur durch eine kaloriemetrische Bestimmung des Grundumsatzes. Trotzdem liefern die Ergebnisse der üblichen Schätzverfahren durchaus brauchbare Werte. Für Männer lässt sich der Grundumsatz damit folgendermaßen bestimmen:
Bei Frauen ist der Ruheumsatz ungefähr 10% geringer, als die RMR bei den Männern. Die Gleichung hierfür lautet:
wobei G das Körpergewicht in Kilogramm, H die Körpergröße in cm² und age das Alter in Jahren darstellt.
Nach einer genaueren Untersuchung der Gleichung zur Bestimmung des Stoffwechsels für Kinder bemerkt man, dass diese Formel nur für Frühgeborene bis zu einem Alter von ungefähr 30 Tagen angewendet werden darf. Bei älteren Kindern, mit einem normalen Gewicht, sind die Ergebnisse sehr fehlerhaft. Berechnet man mit folgenden Parametern: 6 Kilogramm Körpergewicht, Alter 10 Monate, die Wärmeproduktion, so würde das Kind einen Grundumsatz von ungefähr 33 Watt haben.
Da im Simulationsprogramm nicht speziell auf Frühgeborene eingegangen werden soll und Ergebnisse für Säuglinge älter als 1 Monat eindeutig zu hoch sind, wird im späteren Programm der Stoffwechsel für Kinder nach der Formel für Frauen, mit Berücksichtigung des entsprechenden Alters, ermittelt. Die Formel lautet demzufolge:
Das Alter wird hier nur zusätzlich durch 12 dividiert, da die Alterseingaben bei Kindern in Monaten und bei Erwachsenen in Jahren erfolgt.
In den vorherigen Überlegungen wurden somit die Wärmeproduktion und – abgaben in Gleichungen gefasst. Betrachtet man nun die Formeln für die Wärmeverluste noch einmal genauer, fällt auf, dass die meisten Energieverluste (Pradiation, Pkonvection, Ptwl) von Tkcloth bzw. Tpcloth, also den Schalentemperaturen, abhängig sind.
Als Schalentemperatur ist hier nicht immer die Hauttemperatur zu verstehen. So bald der Patient unbekleidet ist, kann der Wert für Tkcloth und Tpcloth aber als Hauttemperatur betrachtet werden.
Wenn der Patient bekleidet ist oder unterschiedliche Therapiemaßnahmen angewendet werden, sind diese Angaben Außentemperaturen der verwendeten Materialien, welche dann die noch vorhandene Wärme an die Umgebung geben.
Um diese Schalentemperaturen zu ermitteln, benötigt man die Leitfähigkeit des Hautgewebes und der verwendeten Isolierungsmaterialen, die Kern- und Peripherietemperatur, sowie die Werte von den drei genannten Wärmeabgaben.
Die Leitfähigkeit der Haut K_Tissue beträgt 45 W/(m² K). Für die zusätzliche Isolierung wird der Wärmeleitwert aus dem eingetragenen „clo” – Wert [(m² K)/W] berechnet.
Die Gleichung für die Bestimmung des Leitwertes K: [W/m²K] lautet:
Angaben zu einzelnen Isolierungswerten sind in der ISO-Norm 7730 zu finden. Werte für spezielle Operationstücher müssten vorab durch Messungen ermittelt werden. Für allgemeine Arbeiten mit dem Simulationsprogramm reichen die Werte aus der genannten Norm.
Für die Ermittlung der Schalenwerte benötigt man nun noch die Temperaturen vom Kern (Tkern) und der Extremitäten (Tperi ).
Den Wert für den Thorax und Kopf erhält man, wenn von 94% der produzierten Gesamtwärme alle Wärmeverluste über den Kern hinzugefügt werden, der Wärmetransport vom Kern in die Peripherie abgezogen, mit dem Kehrwert der spezifischen Wärme des Kernes multipliziert und der Wert von Tkern_n–1 addiert wird.
Die Temperaturen für die Arme und Beine lassen sich nach folgender Gleichung berechnen:
Hierbei werden die Wärmeverluste über die Peripherie von 6 Prozent der Wärme abgezogen. Die aus dem Kern abtransportierte Wärme über das Blut wird in dieser Formel den Extremitäten gutgeschrieben.
Mit den zuvor berechneten Werten wird nun die Schalentemperatur des Kernes (Tkcloth) und der Peripherie (Tpcloth) ermittelt:
In den Gleichungen sieht man, dass von den Wärmeverlusten über die Evaporation der respiratorische Anteil fehlt. Zusätzlich ist die Abgabe durch Konduktion nicht in den Gleichungen integriert. Wie aber bereits erläutert wurde, findet der Wärmeaustausch über Konvektion und Strahlung sowie die Wasserverluste über die Haut nur an den Körperregionen statt, mit welcher der Patient nicht auf dem Operationstisch aufliegt. Für den anderen Anteil muss ein weiterer Wärmeleitwert ermittelt werden. Er setzt sich aus dem Leitwert der Haut und dem Isolierungswert der Operationsmatratze zusammen.
Für das Simulationsprogramm wird angenommen, dass die Betten auf Station und im Aufwachraum einen Wärmeleitwert von 1 W/(m² K) besitzen. Liegt der Patient im Einleitungsraum auf einem Operationstisch mit integrierter Matratzenheizung und wird diese auch genutzt, so geht man davon aus, dass sich zusätzlich eine Gelunterlage mit einer sehr hohen Leitfähigkeit von 14 W/(m² K) unter dem Patienten befindet. Ist die konduktive Wärmezufuhr (Matratzenheizung) nicht in Betrieb, so ist der Wärmeleitwert für die Schaumstoffmatratze 0,05 W/(m² K).

P: Patienten
1: Operationstisch
3: Temperaturmessleitung
5: Vorrichtung zum Prognostizieren einer Körpertemperatur
7: Monitor
9: Datenleitung
11: Wärmeeinrichtung
13: Datenbank
15: Regler
17: Temperaturmesseinrichtung
19: Datenleitung
20: Blutfluss
22: Stoffwechsel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO-Norm 7730 [0127]

Claims

Vorrichtung (5) zum Prognostizieren oder Simulieren einer Körpertemperatur eines Patienten (P) zu einem in der Zukunft gelegenen Zeitpunkt, mit – einer Einrichtung zum Bestimmen von Parameterwerten den Patienten (P) und/oder seine Umgebung betreffend; und – einer Recheneinrichtung zum Simulieren einer Körpertemperatur des Patienten (P).
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung (3) zum Erfassen einer Körpertemperatur des Patienten.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Einrichtung zum Vergleichen der erfassten Körpertemperatur mit der prognostizierten Körpertemperatur.
Vorrichtung (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Ausgabeeinrichtung (7) zum Ausgeben von Ergebnissen der Bestimmung und/oder der Simulation und/oder des Vergleichs.
Vorrichtung (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Einrichtung zum Ermitteln von Sollwertvorgaben für Wärmeeinrichtungen (11) zum Wärmen des Patienten (P).
Vorrichtung (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Kennwerten eine Wiedererwärmung betreffend.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 5 oder 6, mit einer Einrichtung (15) zum Steuern oder Regeln von Wärmeeinrichtungen (11) basierend auf den Sollwertvorgaben und/oder Kennwerten.
Verfahren zum Prognostizieren oder Simulieren einer Körpertemperatur eines Patienten (P) mit den Schritten: – Bestimmen von Parameterwerten den Patienten und/oder seine Umgebung betreffend; und – Simulieren einer Körpertemperatur des Patienten (P).
Verfahren nach Anspruch 8, mit dem Schritt: Aufnehmen von Operationsdaten, insbesondere der Dauer des Eingriffs und Wärmeverlusten aufgrund des Eingriffs.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, mit dem Schritt: Verwenden von in einer Wissensbasis hinterlegten Regeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, mit dem Schritt: Bestimmen der Ist-Temperatur des Patienten (P).
Verfahren nach Anspruch 11, mit dem Schritt: Vergleichen der Ist-Temperatur mit der simulierten Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, mit dem Schritt: Regeln oder Steuern, insbesondere zeitlich gezieltes Regeln oder. Steuern, der von einer Wärmeeinrichtung (11) abgegebenen Wärme- oder Kälteleistung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit dem Schritt: Ausgeben eines Alarms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, mit dem Schritt: Bestimmen von Umgebungsbedingungen oder -parameter.
Arbeitsplatz zur Behandlung eines Patienten mit wenigstens einer Vorrichtung (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.