DE102008060799B3 - Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung - Google Patents

Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontroller (1) für Beatmungsgeräte (8) zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung, die auf der Variabilität eines respiratorischen Systems (2) beruht, wobei dabei das respiratorische System (2) in Form eines Subjekts (Pi) mit der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens (VT) und einer Atemfrequenz versehen ist, enthaltend Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und die Beatmungsarbeit. Die Lösung besteht darin, dass der Kontroller (1) in der Lage ist, die Variabilität in Form von Schwankungen (DeltaVT) des Atemhubvolumens (VT) bezogen auf einen Mittelwert (VTM) und den zugehörigen Mittelwert (VTM) zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO-VTU) zu führen, während ein Druckunterstützungswert (PASB) anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO-VTU) gemäß den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und der Variabilität des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) zu erreichen, wobei der Kontroller (1) aus folgenden Bestandteilen besteht: - einer Auswertungseinheit (4) zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116), - einer Vergleichseinheit (5) zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen (VTO, VTU) innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches (VTO-VTU) in Bezug auf einen Mittelwert (VTM) oder einer mittleren Standardabweichung (RF) des Atemhubvolumens (VT), - einer ...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung.
  • Ein Atemmuster von Patienten, deren Atmung durch ein Beatmungsgerät unterstützt wird, zeichnet sich durch eine Regelmäßigkeit oder eine niedrige Veränderung – Variabilität – von Atemhubvolumina und Atemfrequenz aus. Dies ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, wobei als Variabilität die Schwankungsbreite des Atemhubvolumens und der Atemfrequenz um einen Mittelwert defi niert wird. Zum Einen wird die unterstützte Spontanatmung unter Analgosedierung durchgeführt, was zu einer Senkung der Atemvariabilität führt. Zum Zweiten kann die zugrunde liegende Erkrankung des Patienten zu einer Reduktion der Variabilität des Atemmusters führen. Zum Dritten basieren die meisten herkömmlichen Beatmungsformen auf einer starren Unterstützung der Atmung ohne Beachtung der eigenen intrinsischen Variabilität des Patienten.
  • Eine Anpassung der Beatmung oder der adaptiven assistierten Spontanatmung – ASB – anhand respiratorischer Parameter ist bereits mehrfach in Druckschriften beschrieben. Die adaptiven assistierten Spontanatmung ASB als Beatmungsform ist in der Druckschrift Laubscher et al.: An adaptive lung ventilation controller, IEEE Trans. Biomed. Eng., 41: 51–59, 1994, beschrieben und zielt darauf ab, dass bei beatmeten Patienten die Beatmungsarbeit des Beatmungsgerätes an die Atmung des Patienten angepasst wird. Dabei werden die Parameter Atemfrequenz und Atemhubvolumina durch einen im Beatmungsgerät befindlichen Kontroller justiert, so dass ein vom Bediener angegebenes Luftvolumen pro Minute (Minutenvolumen) gewährleistet wird, wobei die Kombination der Parameter zu einer Minimierung der Beatmungsarbeit führen kann. Der Kontroller besteht aus einer zum Beatmungsgerät internen bzw. externen Recheneinheit, welche die Atemfrequenz und das mittlere Atemhubvolumen über eine Überwachungszeit erfasst. Durch einen Algorithmus zur Minimierung der Beatmungsarbeit wird die Atemfrequenz festgelegt und der adaptiv angepasste Unterstützungsdruckwert PASB berechnet, der das resultierende Atemhubvolumen ermöglicht. Wenn die Atemfrequenz des Patienten zu niedrig ist, werden vom Beatmungsgerät in kontrollierter Weise Atemzüge generiert, d. h. es werden Beatmungszyklen initiiert, um die angepasste Atemfrequenz zu erreichen. Ein Problem des Verfahrens ist es, dass die spontane Variabilität des Atemmusters nicht nachgebildet wird und das Beatmungsgerät sich nicht an die Variabilität – den Schwankungen des Atemhubvolumens um einen vorgesehenen Mittelwert VTM – anpassen kann. Ein anderes Problem ist die Störung der Synchronie zwischen Beatmungsgerät und Patienten, wenn das Beatmungsgerät unabhängig von der inspiratorischen Anstrengung des Patienten einen Beatmungszyklus erzeugt.
  • Eine proportional unterstützte Beatmung (engl. Proportional Assist Ventilation – PAV) als Beatmungsform ist in der Druckschrift: Proportional assist ventilation, a new approach to ventilatory support, Theory, Am. Rev. Respir. Dis., 145, S. 114–120, 1992, beschrieben, bei der der Unterstützungsdruck proportional zu Atemgasfluss und Atemhubvolumen variiert. Das Ziel besteht hierbei darin, dass die durch Widerstand und Elastizität des Beatmungsgerätes erhöhte Beatmungsarbeit kompensiert und die Beatmung an den Bedarf des Patienten angepasst wird.
  • In 1a ist der Verlauf VT(t) eines Atemhubvolumens 11 über die Zeit t – über eine festgelegte Überwachungszeit tÜZ von etwa zwanzig Minuten – unter PAV-Bedingungen gemäß dem Stand der Technik abgebildet. Der Mittelwert VTM(t) befindet sich zunächst in dem Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU, vergrößert sich aber bei Zunahme der Überwachungszeit t über die Obergrenze VTO des Arbeitshubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU hinaus, ohne dass das Beatmungsgerät dieser Entwicklung gegensteuert, wobei VTU die Untergrenze des mittleren Atemhubvolumens ist. Die Variabilität der Werte des Atemhubvolumens VT resultiert allein aus der Variabilität der inspiratorischen Anstrengung und ist in diesem Fall niedriger als die Variabilität, welche zu einer Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften führen kann.
  • Das Hauptproblem der proportional unterstützten Beatmung – PAV – besteht darin, dass die Steuerung der Druckunterstützung von der Genauigkeit der Messung von Widerstand und Elastizität der Atmung des Patienten abhängig ist. Demnach kann bei einer Fehlschätzung der Parameter eine Über- bzw. Unterkompensation der Beatmungsarbeit erzeugt werden und somit zu niedrigen oder zu hohen Atemhubvolumina führen, ohne dass das Beatmungsgerät gegen eine solche Entwicklung steuert. Ein anderes Problem dieser Beatmungsform besteht dann, dass bei wenig variabler Anstrengung des Patienten, was häufig zu beobachten ist, ein Atemmuster mit im Vergleich zur Spontanatmung reduzierter Variabilität – d. h. geringer Schwankungen des Atemhubvolumens – resultiert.
  • Ein Protokoll zur automatischen Entwöhnung von Patienten vom Beatmungsgerät – SCPS – ist in der Druckschrift: A knowledge-based system for assisted ventilation of patients in intensive care units, Int. J. Clin. Monit. Comput., 9, S. 239–250, 1992, beschrieben, bei der der mittlere Unterstützungsdruckwert PASB der adaptiven Spontanatmung anhand des gemessenen mittleren Atemhubvolumens justiert wird. Das Ziel besteht hierbei darin, dass Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Beatmungsgerätes kompensiert werden, wobei der Zielbereich des mittleren Atemhubvolumens vom grundlegenden Krankheitsbild des Patienten abhängig ist.
  • In 1b ist der Verlauf VT(t) des Atemhubvolumens 111 über die Zeit t unter der Anwendung des Protokolls zur automatischen Entwöhnung nach Entfernung des Beatmungsgerätes für fünf Zustände X1, X2, X3, X4, X5 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Mittelwert VTM1 des Atemhubvolumens 111 während der ersten Überwachungszeit tÜZ1 von zwei Minuten in Phase X1 befindet sich zunächst oberhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU. Nach Reduktion des mittleren Unterstützungsdruckwertes PASB durch den Protokoll-Kontroller wird ein Mittelwert VTM2 des Atemhubvolumens 111 erreicht, welches während der zweiten Überwachungszeit tÜZ2 in Phase X2 im Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU liegt. In der dritten Überwachungszeit tÜZ3 in der Phase X3 bleibt der Mittelwert VTM3 des Atemhubvolumens 111 innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, so dass keine Intervention durch den Protokoll-Kontroller notwendig ist. In der vierten Überwachungszeit tÜZ4 der Phase X4 vergrößern sich die Atemhubvolumenwerte und somit der in dieser Zeit errechnete Mittelwert VTM4, so dass der Protokoll-Kontroller erneut den mittleren Unterstützungsdruckwert PASB anpassen muss. In der fünften und letzten abgebildeten Überwachungszeit tÜZ5 in der Phase X5 wird der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU für den Mittelwert VTM5 des Atemhubvolumens 111 erreicht. Die Variabilität der Werte des Atemhubvolumens wird durch die fast gleich bleibend geringen Schwankungen kaum durch die Variabilität der inspiratorischen Anstrengung beeinflusst, da ein fest vorgegebener Unterstützungsdruckwert PASB, d. h. ohne extrinsische Variabilität, erzeugt wird. Obwohl der Protokoll-Kontroller in der Lage ist, den Mittelwert VTM(t) des Atemhubvolumens 111 zu justieren, wird die Variabilität des Atemmusters durch den Protokoll-Kontroller nicht beeinflusst. Somit kann eine Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften durch den Protokoll-Kontroller auch nicht erreicht werden.
  • Ein besonderes Problem des Protokoll-Kontrollers besteht darin, dass der Unterstützungsdruck nach dem mittleren Atemhubvolumen gesteuert und die Variabilität des Atemmusters nicht berücksichtigt wird. Daher kann bei konstanter respiratorischer Anstrengung des Patienten ein Atemmuster mit reduzierter Variabilität resultieren. Als Folge dessen ist der Protokoll-Kontroller nicht in der Lage, zu einer Anpassung des Gasaustausches und der Lungenmechanik beizutragen.
  • Im Rahmen einer variablen Druckunterstützungsbeatmung (engl. Noisy Pressure Support Ventilation – NPSV), welche in der Druckschrift DE 10 2006 052 572 B3 beschrieben ist, wird die Atmung mit zufalls- bzw. fraktalgenerierten Druckwerten mittels eines adaptiv angepassten Unterstützungsdrucks – PASB – unterstützt und somit die Variabilität des Atemmusters unabhängig von der intrinsischen Variabilität des Patienten erzeugt.
  • In 1c ist der Verlauf VT(t) des Atemhubvolumens 112 über die Zeit t bei variabler Druckunterstützung – NPSV – gemäß dem Stand der Technik abgebildet. Obwohl die Variabilität des Atemhubvolumens hoch genug ist, um die Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften zu ermöglichen, befindet sich der Mittelwert VTM(t) des Atemhubvolumens zunächst oberhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU und entwickelt sich instabil über die Zeit t, da ein Rückkopplungssystem nicht vorhanden ist. Die relativ hohen und niedrigen Mittelwerte VTM(t) können zum einen zur Beeinträchtigung der Lungenfunktion führen, zum anderen kann durch die Summation der Variabilität der inspiratorischen Anstrengung des Patienten und der Variabilität des Unterstützungsdruckwertes PASB, welcher vom Beatmungsgerät erzeugt wird, zu einer für die Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften zu hohen Variabilität des Atemhubvolumens führen.
  • Ein Problem besteht dabei jedoch darin, dass es während der Entwöhnung des Patienten vom Beatmungsgerät dazu kommen kann, dass die intrinsische Variabilität des Atemmusters aufgrund der Reduktion der Analgosedierung oder der Verbesserung des Gesundheitszustandes steigt. In dieser Phase kann es zu einer Summation von erzeugter, extrinsischer Variabilität und intrinsischer Variabilität des Atemmusters kommen. Somit besteht die Chance, dass die unphysiologisch gesteigerte totale, d. h. die intrinsische Variabilität plus die extrinsische Variabilität die respiratorische Funktion und/oder den Atemkomfort beeinträchtigen kann. Ein anderes Problem besteht darin, dass die durch das Beatmungsgerät erhöhte Variabilität des Atemmusters zu einer Veränderung der lungenmechanischen Eigenschaften des angeschlossenen Patienten führen kann. Bei einem festen Mittelwert des adaptiven Unterstützungsdrucks PASB kann dies in einer Erhöhung oder einer Senkung des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU resultieren, welches dem Patientenbedarf nicht entspricht. Der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU stellt einen Bereich des Atemhubvolumens VT zwischen der Obergrenze VTO und der Untergrenze VTU dar.
  • Eine neuronal justierte Beatmungsunterstützung (engl. neurally adjusted ventilation assist – NAVA) ist in der Druckschrift Sinderby et al: Neural control of mechanical ventilation in respiratory failure, Nat. Med., 5, S. 1433–1436, 1999, beschrieben, bei der die elektromyographische Aktivität des Zwerchfells durch im Ösophagus platzierten Elektroden erfasst und die Druckunterstützung des Beatmungsgerätes proportional zur elektromyographischen Aktivität gesteuert wird. Ein potentielles Problem der NAVA ist die Notwendigkeit der Anlage einer speziellen Ösophagussonde, welche zu Verletzungen der Ösophagusschleimhaut führen kann. Ein anderes Problem besteht darin, dass die Variabilität des Atemmusters unter der NAVA von der intrinsischen Variabilität des respiratorischen Zentrums des Patienten abhängig ist, daher kann die Variabilität bei bestimmten Krankheitsbildern oder tiefer Sedierung der Patienten reduziert sein und ein relativ wenig variables Atemmuster ergeben.
  • Das Hauptproblem der vorgenannten Verfahren und Einrichtungen zur assistierten Spontanatmung besteht darin, dass eine Orientierung an den Surrogatpa rametern der respiratorischen Funktion erfolgt, ohne die Variabilität des Beatmungsgerätes zu berücksichtigen. Das Problem besteht insbesondere darin, dass bei konstanter Atemanstrengung des Patienten oder bei gleich bleibenden mechanischen Eigenschaften des Beatmungsgerätes ein Atemmuster mit unphysiologisch niedriger Variabilität resultiert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung anzugeben, der derart geeignet ausgebildet ist, dass die respiratorische Funktion, der Atemkomfort erhöht werden können. Dabei soll anhand der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens und der Atemfrequenz des Patienten die durch das Beatmungsgerät erzeugte extrinsische Variabilität moduliert werden. Es soll des Weiteren ermöglicht werden, dass die totale Variabilität innerhalb eines vordefinierten Bereiches festgelegt wird. Gleichzeitig soll der mittlere Atemwegsunterstützungsdruck angepasst werden, um ein adäquates mittleres Atemhubvolumen zu gewährleisten und so eine ausreichende Beatmung des Patienten sicherzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Der Kontroller für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung, der auf der Variabilität eines respiratorischen Systems beruht, wobei dabei das respiratorische System in Form eines Subjekts Pi mit der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens VT und einer Atemfrequenz versehen ist, enthaltend Eigenschaften des respiratorischen Systems und die Beatmungsarbeit,
    ist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
    in der Lage, die Variabilität in Form von Schwankungen ΔVT des Atemhubvolumens VT bezogen auf einen Mittelwert VTM und den zugehörigen Mittelwert VTM zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU zu führen, während ein Druckunterstützungswert PASB anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU gemäß den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems und der Variabilität des Atemmusters zu erreichen, wobei der Kontroller aus folgenden Bestandteilen besteht:
    • – einer Auswertungseinheit zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters,
    • – einer Vergleichseinheit zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen VTO, VTU innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU in Bezug auf den Mittelwert VTM und einer mittleren Standardabweichung RF des Atemhubvolumens VT,
    • – einer Entscheidungseinheit mit vorgegebenen Entscheidungsalgorithmen, welche zu einer Anpassung des Mittelwertes VTM oder der mittleren Standardabweichung RF des Unterstützungsdruckwertes PASB führen, und
    • – einer Sendeeinheit mit vorgegebenen komplexen Verteilungen von Unterstützungsdruckwerten PASB, welche einzeln oder als paketartige Serie zum Beatmungsgerät gesendet werden, wobei die Komplexität irreguläre Schwankungen des Drucks um einen Mittelwert darstellt.
  • Das zugehörige Beatmungsgerät kann im Wesentlichen aus einer Beatmungseinrichtung und einem an die Beatmungseinrichtung angeschlossenen Beatmungsanschluss bestehen, wobei der Kontroller in dem Beatmungsgerät extern oder intern zugeordnet sein kann.
  • Der Kontroller kann dabei in eine Regelstrecke eingebunden sein, wobei die Informationen zu Eigenschaften des Atemmusters abgefragt und die Änderung der Einstellungen des NPSV-Modus in Form von Unterstützungsdruck-PASB-Sequenzen mit vordefinierten Verteilungen, wie z. B. einer Normalverteilung mit festgelegtem Mittelwert und festgelegter mittlerer Standardabweichung, anhand des Entscheidungsalgorithmus in der Entscheidungseinheit vom Kontroller am Beatmungsgerät vorgenommen werden.
  • Das Subjekt kann über den Beatmungsanschluss an das Beatmungsgerät angeschlossen sein und eine intrinsische Variabilität CVi aufweisen, wobei aus der SOLL-Variabilität sCV der Parameter des Atemmusters und der am Subjekt erhobenen IST-Variabilität iCV des Atemmusters im Kontroller anhand von Ent scheidungsregeln die externe Variabilität CVPASB des Unterstützungsdruckes PASB berechnet wird. Die Werte der Variabilitäten V werden im Kontroller durch Koeffizienten C angegeben und verarbeitet.
  • In dem Verfahren zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung mittels des vorgenannten, einem Beatmungsgerät zugeordneten Kontrollers, wird gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 5 eine Anpassung der extrinsischen Variabilität des Unterstützungsdruckes PASB an die intrinsische Variabilität des an das Beatmungsgerät angeschlossenen Subjektes durchgeführt, wobei die Variabilität des Atemmusters für die Regelung der assistierten Spontanatmung vorgesehen wird.
  • Dabei wird in mehreren folgenden vorgegebenen Überwachungszeiten tÜZ1, tÜZ2, tÜZ3, tÜZ4, tÜZ5 anhand von auftretenden und vom Kontroller registrierten Zuständen X1, X2, X3, X4, X5 das Beatmungsgerät mit dem Kontroller nach einer Regelstrecke betrieben.
  • Bei einem auftretenden Zustand X1 befindet sich der Mittelwert VTM1 des Atemhubvolumens VT während der ersten Überwachungszeit tÜZ1 im vorgegebenen Minutenbereich zunächst oberhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, wobei dadurch, dass der Mittelwert VTM1 außerhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumens VT liegt, durch den Kontroller eine Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB erfolgt.
  • Bei einem auftretenden Zustand X2 nach Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB durch den Kontroller wird ein Mittelwert VTM2 des Atemhubvolumens VT erreicht, welcher während der zweiten Überwachungszeit tÜZ2 im vorgegebenen Minutenbereich innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU liegt.
  • Bei einem auftretenden Zustand X3 in einer nachfolgenden dritten Überwachungszeit tÜZ3 bleibt der Mittelwert VTM3 des Atemhubvolumens VT zwar innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, aber durch eine vom Kontroller initiierte Erhöhung der externen Variabilität CVPASB des Unterstützungsdru ckes PASB vergrößern sich die absoluten Werte der Maxima und der Minima des Atemhubvolumens VT, wobei die Spitzen der Maxima des Atemhubvolumens VT die Obergrenze VTO überschreiten.
  • Bei einem auftretenden Zustand X4 während einer vierten Überwachungszeit tÜZ4 werden die vergrößerten Atemhubvolumen-Amplitudenwerte bei Senkung des Unterstützungsdruckes PASB nahezu beibehalten, aber der Mittelwert VTM4 wird über die Obergrenze VTO angehoben.
  • Bei einem auftretenden Zustand X5 in einer fünften Überwachungszeit tÜZ5 wird der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU für den Mittelwert VTM5 des Atemhubvolumens bei den etwa gleichen Atemhubvolumen-Amplitudenwerten nicht überschritten, wobei die Variabilität des Atemhubvolumens VT deshalb durch die Variabilität der inspiratorischen Anstrengung beeinflusst wird, da ein variabler Unterstützungsdruckwert PASB erzeugt wird und nunmehr der Kontroller derart in der Lage ist, den Mittelwert VTM(t) des Atemhubvolumens VT zu justieren und die Variabilität des Atemmusters durch den Kontroller zu beeinflussen, wodurch eine Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften in dem Beatmungsgerät durch den Kontroller erreicht wird.
  • Aus den absolvierten Anpassungen wird der stabile fünfte Zustand X5 im Rechteck zwischen dem Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU und den beiden prozentual festgelegten Grenzen CVUVT (Untergrenze) und CVOVT (Obergrenze) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT erreicht.
  • Das Verfahren wird mittels installierter programmtechnischer Mittel im Kontroller bezogen auf die Zustandsphasen X1, X2, X3, X4, X5 in den Funktionseinheiten des Kontrollers in mehreren folgenden Schritten durchgeführt:
    • – Schritt 4.0: Die Auswertung der Eigenschaften des jeweiligen Atemmusters im Sinne ihrer statistischen Beschreibung mit dem Mittelwert VTM und der mittleren Standardabweichung RF, der exspiratorischen Zeit Te, der inspiratorischen Zeit Ti, der Atemzyklusdauer Ttot, dem Atemwegsspitzendruck Ppeak und dem mittleren Atemwegsdruck über die Überwachungszeit tÜZ in der Auswertungseinheit erfolgt, wobei diese Informationen vom Beatmungsgerät abgefragt bzw. anhand des Atemfluss- und Atemwegsignals berechnet werden, wobei der IST-Zustand festgestellt wird und wobei iCV für die gemessene IST-Variabilität eines Parameters steht,
    • – Schritt 5.1: Der Vergleich der gemessenen Mittelwerte VTM1, VTM2, VTM3, VTM4, VTM5 des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze VTU erfolgt in der Vergleichseinheit, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.0 übergeht, der in der Entscheidungseinheit stattfindet,
    • – Schritt 6.0: Der adaptive Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB erhöht und der Kontroller geht zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit stattfindet, wobei das dort erhaltene Signal an das Beatmungsgerät übermittelt wird, wobei, falls das Signal des Schrittes 5.1 negativ ist, zum Schritt 5.2 in der Vergleichseinheit übergegangen wird,
    • – Schritt 5.2: Der Vergleich des jeweils gemessenen Mittelwertes VTM des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze VTO findet in der Vergleichseinheit statt, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.1 übergeht, der in der Entscheidungseinheit stattfindet,
    • – Schritt 6.1: Der Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB reduziert und der Kontroller geht über zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit stattfindet,
    • – Schritt 5.3: Es erfolgt ein Vergleich des gemessenen Variationskoeffizienten CVVT des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze CVUVT des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.21 übergeht,
    • – Schritt 6.21: Der Kontroller berechnet koeffizientenbezogen die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVePASB bezüglich des Unterstützungsdrucks PASB anhand von Entscheidungsregeln, wobei die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVe eine Funktion von CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF mit CVe= f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, mittlerer VTM, mittlere RF) ist, wobei eine einfache Funktion der extrinsischen Variabilität CVe = sCVVT – iCVVT als Differenz der SOLL-Variabilität sCVVT und der IST-Variabilität iCVVT verwendbar ist und der Kontroller zum Schritt 6.22 übergeht,
    • – Schritt 6.22: Die neue, zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CVPASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt plus CVe mit Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt + CVe berechnet und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an die Beatmungseinrichtung geschickt, welches diese unter Überwachung des Kontrollers durchführt und der Kontroller zum Schritt 7.0 übergeht,
    • – Schritt 5.4: Der Vergleich der gemessenen Variabilität des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze CVOVT des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT erfolgt in der Vergleichseinheit, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller zum Schritt 6.31 übergeht,
    • – Schritt 6.31: Der Kontroller berechnet koeffizientenbezogen die abzuziehende Variabilität in PASB (CVe) anhand von Entscheidungsregeln, wobei CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF), wobei als die einfache Funktion CVe = |sCVVT – iCVVT| verwendbar ist und der Kontroller geht über zum Schritt 6.32, der in der Entscheidungseinheit 6 durchgeführt wird,
    • – Schritt 6.32: Die neue zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CV PASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt minus CVe berechnet nach Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt – CVe, wobei Minima für CVe und CVPASB festgelegt werden, und wobei die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an das Beatmungsgerät geschickt wird, welches diese unter Überwachung des Kontrollers durchführt und der Kontroller geht über zum Schritt 7.0,
    • – Schritt 7.0: Der Kontroller sendet die neu berechneten Mittelwerte VTM5 des Atemhubvolumens und mittleren Standardabweichungen des Unterstützungsdrucks PASB zum Beatmungsgerät.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die technische Umsetzung eines auf der Variabilität des Atemmusters basierenden Kontrollers praktikabler ist als die bisher angewendeten Verfahren, da weder zusätzliche Sensoren noch die Anlage von Messsonden am Patienten notwendig sind. Außerdem ist es mit der Erfindung möglich, die Entwöhnungsphase des Patienten nach Entfernung des Beatmungsgerätes zu verkürzen, da die Variabilität des Atemmusters mit dem Erfolg der Beatmungsentwöhnung assoziiert ist.
  • Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 mehrere Atemhubvolumen(VT)-Zeit(t)-Kurven, wobei
  • 1a eine Atemhubvolumen(VT)-Zeit(t)-Kurve mit variablen Werten, jedoch ohne Anpassung des mittleren Niveaus oder seiner Variabilität während einer proportional unterstützten Beatmung – PAV – nach dem Stand der Technik,
  • 1b eine Atemhubvolumen(VT)-Zeit(t)-Kurve mit Anpassung des mittleren Atemwegsdruckniveaus, um einen Atemhubvolumen-Zielbereich des Mittelwerts des Atemhubvolumens zu erreichen, jedoch ohne Einfluss auf die Variabilität des Atemwegsdruckniveaus, während des Protokolls zur automatischen Entwöhnung von Patienten nach Entfernung des Beatmungsgerätes – SCPS – nach dem Stand der Technik, und
  • 1c Atemhubvolumen(VT)-Zeit(t)-Kurven mit variabler Druckunterstützung – NPSV – jedoch ohne Anpassung der Variabilität und des Mittelwerts des Atemwegsdruckniveaus nach dem Stand der Technik,
    zeigen,
  • 2 einen schematischen Aufbau eines Beatmungsgerätes mit einem Kontroller mit zugehörigen Funktionseinheiten,
  • 3 eine allgemeine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kontrollers für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung, basierend auf der Variabilität eines Atemmusters, innerhalb einer Regelstrecke,
  • 4 Funktionsweise-Darstellungen des erfindungsgemäßen Kontrollers nach 2 und 3, wobei
  • 4a Atemhubvolumen(VT)-Zeit(t)-Kurven zur Regelung durch den erfindungsgemäßen Kontroller mit Anpassung des Mittelwertes und der extern generierten Variabilität des Atemwegsdruckniveaus, um einen Atemhubvolumen-Zielbereich eines Variationskoeffizienten oder eines Mittelwerts des Atemhubvolumens zu erreichen,
  • 4b eine Mittelwert(VTM)-Variationskoeffizient(CV)-Darstellung der Aktion zur variabilitätsgesteuerten Anpassung des Unterstützungsdruckes nach 4a und
  • 4c einen schaltungstechnischen Aufbau des Kontrollers nach 2 in Verbindung mit der Darstellung der Funktionsschritte – Flussdiagramm – zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung im Beatmungsgerät
    zeigen.
  • In 2 ist in einer allgemeinen schematischen Darstellung der erfindungsgemäße Kontroller 1 für Beatmungsgeräte zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung gezeigt, der auf der Variabilität eines respiratorischen Systems 2 beruht, wobei dabei das respiratorische System 2 in Form eines Subjekts Pi mit der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens VT und einer Atemfrequenz versehen ist, und im Kontroller 1 Eigenschaften des respiratorischen Systems 2 und die Beatmungsarbeit enthalten sind.
  • Erfindungsgemäß ist der Kontroller 1 in der Lage, die Variabilität in Form von Schwankungen ΔVT des Atemhubvolumens VT bezogen auf den Mittelwert VTM und den zugehörigen Mittelwert VTM zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU zu führen, während ein Druckunterstützungswert PASB anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU gemäß den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems 2 und der Variabilität des Atemmusters 111, 113, 114, 115, 116 zu erreichen, wobei der Kontroller 1 aus folgenden Bestandteilen besteht:
    • – einer Auswertungseinheit 4 zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters 111, 113, 114, 115, 116,
    • – einer Vergleichseinheit 5 zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen VTO, VTU innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU in Bezug auf einen Mittelwert VTM und einer mittleren Standardabweichung RF des Atemhubvolumens VT,
    • – einer Entscheidungseinheit 6 mit vorgegebenen Entscheidungsalgorithmen, welche zu einer Anpassung des Mittelwertes VTM oder der mittleren Standardabweichung RF des Unterstützungsdruckwertes PASB führen, und
    • – einer Sendeeinheit 7 mit vorgegebenen komplexen Verteilungen von Unterstützungsdruckwerten PASB, welche einzeln oder als paketartige Serie zum Beatmungsgerät 8 gesendet werden, wobei die Komplexität irreguläre Schwankungen des Drucks um einen Mittelwert darstellt.
  • Das Beatmungsgerät 8 in 2 kann aus einer Beatmungseinrichtung 9 und einem an die Beatmungseinrichtung 9 angeschlossenen Beatmungsanschluss 10 bestehen, wobei der Kontroller 1 in dem Beatmungsgerät 8 extern oder intern zugeordnet sein kann. Zur Beatmungseinrichtung 9 kann neben einem Druck./Strömungs-Generator und einem Druck-/Strömungs-Sensor ein interner Computer mit einem internen Speicher gehören. Der in 2 dargestellte Kontroller 1 kann extern an die Beatmungseinrichtung 9 angeschlossen sein, Dabei ist gemäß 3 der Kontroller 1 in folgende Regelstrecke 3 eingebunden:
    Der Kontroller 1 kann intern in oder extern an dem Beatmungsgerät 8 angebracht sein. Vom Beatmungsgerät 8, das in dem NPSV-Modus – der variablen Druckunterstützungsbeatmung – mit dem Unterstützungsdruck PASB arbeitet, werden die Informationen zu Eigenschaften des Atemmusters 111, 113, 114, 115, 116 abgefragt und die Änderung der Einstellungen des NPSV-Modus in Form von Unterstützungsdruck-PASB-Sequenzen mit vordefinierten Verteilungen, wie z. B. einer Normalverteilung mit festgelegtem Mittelwert und festgelegter mittlerer Standardabweichung, werden anhand des Entscheidungsalgorithmus in der Entscheidungseinheit 6 vom Kontroller 1 am Beatmungsgerät 8 vorgenommen. Das Subjekt 2 (Patient) ist über den Beatmungsanschluss 10 an das Beatmungsgerät 8 angeschlossen und weist eine intrinsische Variabilität CVi aus. Aus der SOLL-Variabilität sCV der Parameter des Atemmusters und der am Subjekt 2 (Patient) erhobenen IST-Variabilität iCV des Atemmusters wird im Kontroller 1 anhand von Entscheidungsregeln die externe Variabilität CVPASB des Unterstützungsdruckes PASB berechnet.
  • Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kontrollers 1 zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung wird gemäß der 4 mit den 4a, 4b und 4c näher erläutert.
  • In 4a ist der Verlauf VT(t) des Atemhubvolumens 111, 113, 114, 115, 116 über die Zeit t von je zwei Minuten für fünf Zustände X1, X2, X3, X4, X5 gezeigt. Der Mittelwert VTM1 des Atemhubvolumens 111 befindet sich während der ersten Überwachungszeit tÜZ1 von zwei Minuten in Phase X1 zunächst oberhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU. Dadurch, dass der Mittelwert VTM1 außerhalb der Obergrenze VTO des Atemhubvolumens 111 liegt, erfolgt durch den Kontroller 1 eine Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB. Nach Senkung des Unterstützungsdruckwertes PASB in Phase X2 durch den Kontroller 1 wird ein Mittelwert VTM2 des Atemhubvolumens 113 erreicht, welcher während der zweiten Überwachungszeit tÜZ2 von zwei Minuten innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU liegt. In der dritten Überwachungszeit tÜZ3 in Phase X3 bleibt der Mittelwert VTM3 des Atemhubvolumens 114 zwar innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–VTU, aber durch eine vom Kontroller 1 initiierte Erhöhung der externen Variabilität CVPASB des Unterstützungsdruckes PASB vergrößern sich die absoluten Werte der Maxima und der Minima des Atemhubvolumens 114, wobei die Spitzen der Maxima des Atemhubvolumens 114 die Obergrenze VTO überschreiten. Während der vierten Ü berwachungszeit tÜZ4 in der Phase X4 werden die vergrößerten Atemhubvolumen-Amplitudenwerte bei Senkung des Unterstützungsdruckes PASB nahezu beibehalten, aber der Mittelwert VTM4 wird über die Obergrenze VTO angehoben. In der fünften und letzten abgebildeten Überwachungszeit tÜZ5 in Phase X5 wird der Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU für den Mittelwert VTM5 des Atemhubvolumens 116 bei den etwa gleichen Atemhubvolumen-Amplitudenwerten nicht überschritten. Die Variabilität des Atemhubvolumens VT wird deshalb durch die Variabilität der inspiratorischen Anstrengung beeinflusst, da ein variabler Unterstützungsdruckwert PASB erzeugt wird. Da nunmehr der Kontroller 1 in der Lage ist, den Mittelwert VTM(t) des Atemhubvolumens VT zu justieren, wird die Variabilität des Atemmusters 111, 113, 114, 115, 116 durch den Kontroller 1 beeinflusst. Somit kann eine Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften in dem Beatmungsgerät 8 durch den Kontroller 1 erreicht werden.
  • 4b werden in einer VTM(t)-Darstellung die Zustände X1, X2, X3, X4, X5 und die Anpassung des Unterstützungsdruckes PASB und des Variationskoeffizienten CVPASB gezeigt. Aus den absolvierten Anpassungen wird der stabile fünfte Zustand X5 im Rechteck zwischen dem Atemhubvolumen-Zielbereich VTO–VTU und den beiden Grenzen CVUVT (untere Grenze) und CVOVT (obere Grenze) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT erreicht.
  • Der erfindungsgemäße Kontroller 1 zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung – NPSV – arbeitet mittels seiner installierten programmtechnischen Mittel gemäß 4c bezogen auf die in Reihenfolge absolvierten Zustandsphasen X1, X2, X3, X4, X5 mit folgenden Schritten, wobei die Bezugszeichen der Schritte den Funktionseinheiten 4, 5, 6, 7 des Kontrollers 1 zugeordnet sind.
  • Schritt 4.0 : Die Auswertung der Eigenschaften des jeweiligen Atemmusters 111, 113, 114, 115, 116 im Sinne ihrer statistischen Beschreibung, z. B. dem Mittelwert VTM und der mittleren Standardabweichung RF, der exspiratorischen Zeit (Te), der inspiratorischen Zeit (Ti), der Atemzyklusdauer (Ttot), dem Atemwegsspitzendruck (Ppeak) und dem mittleren Atemwegsdruck über die Überwa chungszeit tÜZ, die beispielsweise zwei Minuten beträgt, erfolgt in der Auswertungseinheit 4. Diese Informationen werden vom Beatmungsgerät 8 abgefragt bzw. anhand des Atemfluss- und Atemwegsignals berechnet. Dabei wird der IST-Zustand festgestellt, wobei iCV für die gemessene IST-Variabilität eines Parameters steht.
  • Der Kontroller 1 geht dann über zum Schritt 5.1.
  • Schritt 5.1: Der Vergleich des gemessenen Mittelwertes VTM1, VTM2, VTM3, VTM4, VTM5 des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze VTU, die für einen Erwachsenen mit 1,70 m Körpergröße beispielsweise 420 ml betragen kann, erfolgt in der Vergleichseinheit 5. Wird diese Bedingung erfüllt, geht der Kontroller 1 über zum Schritt 6.0, der in der Entscheidungseinheit 6 stattfindet.
  • Schritt 6.0: Der adaptive Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB, die beispielsweise zwei cmH2O betragen kann, erhöht und der Kontroller 1 geht zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit 7 stattfindet, wobei das dort erhaltene Signal an das Beatmungsgerät 8 übermittelt wird.
  • Ist das Signal des Schrittes 5.1 negativ, so wird zum Schritt 5.2 in der Vergleichseinheit 5 übergegangen:
  • Schritt 5.2: Der Vergleich des gemessenen Mittelwertes VT, des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze VTO, die für einen Erwachsenen mit 1,70 m Körpergröße beispielsweise 560 ml betragen kann, findet in der Vergleichseinheit 5 statt. Wird diese Bedingung erfüllt, geht der Kontroller 1 über zum Schritt 6.1, der in der Entscheidungseinheit 6 stattfindet.
  • Schritt 6.1: Der Unterstützungsdruck PASB wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz ΔPASB, die beispielsweise zwei cmH2O beträgt, reduziert und der Kontroller 1 geht über zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit 7 stattfindet.
  • Schritt 5.3: Der Vergleich des gemessenen Variationskoeffizienten CVVT des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze CVUVTM des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens, die für einen Erwachsenen beispielsweise 20% betragen kann. Wird diese Bedingung erfüllt, geht der Kontroller 1 zum Schritt 6.21.
  • Schritt 6.21: Der Kontroller 1 berechnet koeffizientenbezogen die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVePASB bezüglich des Unterstützungsdrucks PASB anhand von Entscheidungsregeln, wobei die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität CVe eine Funktion von CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF mit CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, mittlerer VTM, mittlere RF) ist. Beispielsweise kann die einfache Funktion der extrinsischen Variabilität CVe = sCVVT – iCVVT als Differenz der SOLL-Variabilität sCVVT und der IST-Variabilität iCVVT verwendet werden. Der Kontroller 1 geht zum Schritt 6.22.
  • Schritt 6.22: Die neue, zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CVPASB neu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt plus CVe berechnet mit Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt + CVe und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an die Beatmungseinrichtung 9 geschickt, welches diese unter Überwachung des Kontrollers 1 durchführt. Der Kontroller 1 geht zum Schritt 7.0.
  • Schritt 5.4: Der Vergleich der gemessenen Variabilität des Atemhubvolumens VT mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze CVOVTM des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens VT, die für einen Erwachsenen beispielsweise 30% betragen kann, erfolgt in der Vergleichseinheit 5. Wird diese Bedingung erfüllt, geht der Kontroller 1 über zum Schritt 6.31.
  • Schritt 6.31: Der Kontroller 1 berechnet koeffizientenbezogen die abzuziehende Variabilität in PASB (CVe) anhand von Entscheidungsregeln, wobei CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF). Beispielsweise kann die einfache Funktion CVe = |sCVVT – iCVVT| verwendet werden. Der Kontroller 1 geht über zum Schritt 6.32, der in der Entscheidungseinheit 6 durchgeführt wird.
  • Schritt 6.32: Die neue zu erzeugende, externe Variabilität CVPASB mit CVPASBneu wird als die letzte CVPASB gegenüber CVPASBalt minus CVe berechnet nach Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt – CVe, wobei Minima für CVe und CVPASB festgelegt werden, beispielsweise 0% oder 5% und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an das Beatmungsgerät 8 geschickt, welches diese unter Überwachung des Kontrollers 1 durchführt. Der Kontroller 1 geht über zum Schritt 7.0.
  • Schritt 7.0: Der Kontroller 1 sendet die neu berechneten Mittelwerte VTM5 des Atemhubvolumens und mittleren Standardabweichungen des Unterstützungsdrucks PASB zum Beatmungsgerät 8.
  • Zusammenfassend erfolgt in dem Kontroller 1 eine Anpassung der extrinsischen Variabilität des Unterstützungsdruckes PASB an die intrinsische Variabilität des Patienten mit gespeicherten programmtechnischen Mitteln, wobei die Variabilität des Atemmusters für die Regelung der assistierten Spontanatmung vorgesehen ist.
    • 1
    Kontroller
    2
    respiratorisches System
    3
    Regelstrecke
    4
    Auswerteeinheit
    5
    Vergleichseinheit
    6
    Entscheidungseinheit
    7
    Sendeeinheit
    8
    Beatmungsgerät
    9
    Beatmungseinrichtung
    10
    Beatmungsanschluss
    11
    Atemmuster
    111
    Atemmuster
    112
    Atemmuster
    113
    Atemmuster
    114
    Atemmuster
    115
    Atemmuster
    116
    Atemmuster
    VT
    Atemhubvolumen
    VTM
    Mittelwert des Atemhubvolumens
    VTU
    Untergrenze des mittleren Atemhubvolumen
    VTO
    Obergrenze des mittleren Atemhubvolumen
    VTO–VTU
    Atemhubvolumen-Zielbereich
    X1
    erster Zustand
    X2
    zweiter Zustand
    X3
    dritter Zustand
    X4
    vierter Zustand
    X5
    fünfter Zustand
    t
    Zeit
    tÜZ
    Überwachungszeit
    PASB
    Unterstützungsdruck
    CV
    Variationskoeffizient
    CVi
    intrinsische Variabilität
    CVe
    extrinsische Variabilität
    sCV
    SOLL-Variabilität
    iCV
    IST-Variabilität
    CVPASB
    externe Variabilität des Unterstützungsdruckes
    RF
    mittlere Standardabweichung
    Te
    exspiratorische Zeit
    Ti
    inspiratorische Zeit
    Ttot
    Atemzyklusdauer
    Ppeak
    Atemwegsspitzendruck
    ΔPASB
    Unterstützungsdruckdifferenz
    CVUVT
    Untergrenze des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens
    CVOVT
    Obergrenze des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens

Claims (13)

  1. Kontroller (1) für Beatmungsgeräte (8) zur Regelung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung, die auf der Variabilität eines respiratorischen Systems (2) beruht, wobei dabei das respiratorische System (2) in Form eines Subjekts (Pi) mit der intrinsischen Variabilität des Atemhubvolumens (VT) und einer Atemfrequenz versehen ist, enthaltend Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und die Beatmungsarbeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroller (1) in der Lage ist, die Variabilität in Form von Schwankungen (ΔVT) des Atemhubvolumens (VT) bezogen auf einen Mittelwert (VTM) und den zugehörigen Mittelwert (VTM) zu vorgegebenen Atemhubvolumenwerten in einem vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO–VTU) zu führen, während ein Druckunterstützungswert (PASB) anliegt, um den vorgegebenen Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO–VTU) gemäß den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems (2) und der Variabilität des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) zu erreichen, wobei der Kontroller (1) aus folgenden Bestandteilen besteht: – einer Auswertungseinheit (4) zur Erhebung der Eigenschaften des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116), – einer Vergleichseinheit (5) zur Testung der Einhaltung von vorgegebenen Grenzen (VTO, VTU) innerhalb eines Atemhubvolumen-Zielbereiches VTO–(VTU) in Bezug auf einen Mittelwert (VTM) oder einer mittleren Standardabweichung (RF) des Atemhubvolumens (VT); – einer Entscheidungseinheit (6) mit vorgegebenen Entscheidungsalgorithmen, welche zu einer Anpassung des Mittelwertes (VTM) oder der mittleren Standardabweichung (RF) des Unterstützungsdruckwertes (PASB) führen, und – einer Sendeeinheit (7) mit vorgegebenen komplexen Verteilungen von Unterstützungsdruckwerten (PASB), welche einzeln oder als paketartige Serie zum Beatmungsgerät (8) gesendet werden, wobei die Komplexität irreguläre Schwankungen des Drucks um einen Mittelwert darstellt.
  2. Kontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zugehörige Beatmungsgerät (8) aus einer Beatmungseinrichtung (9) und einem an die Beatmungseinrichtung (9) angeschlossenen Beatmungsanschluss (10) besteht, wobei der Kontroller (1) in dem Beatmungsgerät (8) extern oder intern zugeordnet ist.
  3. Kontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroller (1) in eine Regelstrecke (3) eingebunden ist, wobei die Informationen zu Eigenschaften des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) abgefragt und die Änderung der Einstellungen des Modus der variablen Druckunterstützungsbeatmung – des NPSV-Modus – in Form von Unterstützungsdruck-PASB-Sequenzen mit vordefinierten Verteilungen, wie z. B. einer Normalverteilung mit festgelegtem Mittelwert und festgelegter mittlerer Standardabweichung, anhand des Entscheidungsalgorithmus in der Entscheidungseinheit (6) vom Kontroller (1) am Beatmungsgerät (8) vorgenommen werden.
  4. Kontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Subjekt (2) über den Beatmungsanschluss (10) an das Beatmungsgerät (8) angeschlossen ist und eine intrinsische Variabilität (CVi) aufweist, wobei aus der SOLL-Variabilität (sCV) der Parameter des Atemmusters und der am Subjekt (2) erhobenen IST-Variabilität (iCV) des Atemmusters im Kontroller (1) anhand von Entscheidungsregeln die externe Variabilität (CVPASB) des Unterstützungsdruckes (PASB) berechnet wird.
  5. Verfahren zur Regelung der variablen Druckunterstützungsbeatmung mittels eines einem Beatmungsgerät (8) zugeordneten Kontrollers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der extrinsischen Variabilität des Unterstützungsdruckes (PASB) an die intrinsische Variabilität des an das Beatmungsgerät (8) angeschlossenen Subjektes (2) durchgeführt wird, wobei die Variabilität des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) für die Regelung der assistierten Spontanatmung vorgesehen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren folgenden vorgegebenen Überwachungszeiten (tÜZ1, tÜZ2, tÜZ3, tÜZ4, tÜZ5) anhand von auftretenden und vom Kontroller (1) registrierten Zuständen (X1, X2, X3, X4, X5) das Beatmungsgerät (8) mit dem Kontroller (1) nach einer Regelstrecke (3) betrieben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auftretenden Zustand (X1) der Mittelwert (VTM1) des Atemhubvolumens (111) sich während der ersten Überwachungszeit (tÜZ1) im vorgegebenen Minutenbereich zunächst oberhalb der Obergrenze (VTO) des Atemhubvolumen-Zielbereiches (VTO–VTU) befindet, wobei dadurch, dass der Mittelwert (VTM1) außerhalb der Obergrenze (VTO) des Atemhubvolumens (111) liegt, durch den Kontroller (1) eine Senkung des Unterstützungsdruckwertes (PASB) erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auftretenden Zustand (X2) nach Senkung des Unterstützungsdruckwertes (PASB) durch den Kontroller (1) ein Mittelwert (VTM2) des Atemhubvolumens (113) erreicht wird, welcher während der zweiten Überwachungszeit (tÜZ2) im vorgegebenen Minutenbereich innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches (VTO–VTU) liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auftretenden Zustand (X3) in einer dritten Überwachungszeit (tÜZ3) der Mittelwert (VTM3) des Atemhubvolumens (114) zwar innerhalb des Atemhubvolumen-Zielbereiches (VTO–VTU) bleibt, aber durch eine vom Kontroller (1) initiierte Erhöhung der externen Variabilität (CVPASB) des Unterstützungsdruckes (PASB) vergrößern sich die absoluten Werte der Maxima und Minima des Atemhubvolumens (114), wobei die Spitzen der Maxima des Atemhubvolumens (114) die Obergrenze (VTO) überschreiten.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auftretenden Zustand (X4) während einer vierten Überwachungszeit (tÜZ4) die vergrößerten Atemhubvolumen-Amplitudenwerte bei Senkung des Unterstützungsdruckes (PASB) nahezu beibehalten werden, aber der Mittelwert (VTM4) über die Obergrenze (VTO) angehoben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auftretenden Zustand (X5) in einer fünften Überwachungszeit tÜZ5 der Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO–VTU) für den Mittelwert (VTM5) des Atemhubvolumens (116) bei den etwa gleichen Atemhubvolumen-Amplitudenwerten nicht überschritten wird, wobei die Variabilität des Atemhubvolumens (VT) deshalb durch die Variabilität der inspiratorischen Anstrengung beeinflusst wird, da ein variabler Unterstützungsdruckwert (PASB) erzeugt wird und nunmehr der Kontroller (1) derart in der Lage ist, den Mittelwert (VTM(t)) des Atemhubvolumens (VT) zu justieren und die Variabilität des Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) durch den Kontroller (1) zu beeinflussen, wodurch eine Anpassung des Gasaustausches und der lungenmechanischen Eigenschaften in dem Beatmungsgerät (8) durch den Kontroller (1) erreicht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus den absolvierten Anpassungen der stabile fünfte Zustand (X5) im Rechteck zwischen dem Atemhubvolumen-Zielbereich (VTO–VTU) und den beiden prozentual festgelegten Grenzen (CVUVT, CVOVT) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens (VT) erreicht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels installierter programmtechnischer Mittel im Kontroller (1) bezogen auf die in Reihenfolge absolvierten Zustandsphasen (X1, X2, X3, X4, X5) in den Funktionseinheiten (4, 5, 6, 7) des Kontrollers (1) in mehreren Schritten durchführt: – Schritt 4.0: Die Auswertung der Eigenschaften des jeweiligen Atemmusters (111, 113, 114, 115, 116) im Sinne ihrer statistischen Beschreibung mit dem Mittelwert (VTM) und der mittleren Standardabweichung (RF), der exspiratorischen Zeit (Te), der inspiratorischen Zeit (Ti), der Atemzyklusdauer (Ttot), dem Atemwegsspitzendruck (Ppeak) und dem mittleren Atemwegsdruck über die Überwachungszeit (tÜZ) erfolgt in der Auswertungseinheit (4), wobei die Informationen vom Beatmungsgerät (8) abgefragt bzw. anhand des Atemfluss- und Atemwegsignals berechnet werden, wobei der IST-Zustand festgestellt wird und wobei (iCV) für die gemessene IST-Variabilität eines Parameters steht, – Schritt 5.1: Der Vergleich der gemessenen Mittelwerte (VTM1, VTM2, VTM3, VTM4, VTM5) des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze (VTU) erfolgt in der Vergleichseinheit (5), wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller (1) zum Schritt 6.0 übergeht, der in der Entscheidungseinheit (6) stattfindet, – Schritt 6.0: Der adaptive Unterstützungsdruck (PASB) wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz (ΔPASB) erhöht und der Kontroller (1) geht zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit (7) stattfindet, wobei das dort erhaltene Signal an das Beatmungsgerät (8) übermittelt wird, wobei, falls das Signal des Schrittes 5.1 negativ ist, zum Schritt 5.2 in der Vergleichseinheit (5) übergegangen wird, – Schritt 5.2: Der Vergleich des jeweils gemessenen Mittelwertes (VTM) des Atemhubvolumens mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze (VTO) findet in der Vergleichseinheit (5) statt, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller (1) zum Schritt 6.1 übergeht, der in der Entscheidungseinheit (6) stattfindet, – Schritt 6.1: Der Unterstützungsdruck (PASB) wird um eine Unterstützungsdruckdifferenz (ΔPASB) reduziert und der Kontroller (1) geht über zum Schritt 7.0, der in der Sendeeinheit (7) stattfindet, – Schritt 5.3: Es erfolgt ein Vergleich des gemessenen Variationskoeffizienten (CVVT) des Atemhubvolumens (VT) mit der vom Bediener angegebenen Untergrenze (CVUVT) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller (1) zum Schritt 6.21 übergeht, – Schritt 6.21: Der Kontroller (1) berechnet koeffizientenbezogen die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität (CVePASB) bezüglich des Unterstützungsdrucks (PASB) anhand von Entscheidungsregeln, wobei die zusätzlich zu erzeugende, externe Variabilität (CVe) eine Funktion von (CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF) mit CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, mittlerer VTM, mittlere RF) ist, wobei eine einfache Funktion der extrinsischen Variabilität CVe = sCVVT – iCVVT als Differenz der SOLL-Variabilität (sCVVT) und der IST-Variabilität (iCVVT) verwendbar ist und der Kontroller (1) zum Schritt 6.22 übergeht, – Schritt 6.22: Die koeffizientenbezogene neue, zu erzeugende, externe Variabilität (CVPASB) mit (CVPASBneu) wird als die letzte (CVPASB) gegenüber CVPASBalt plus CVe mit Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt + CVe berechnet und die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an die Beatmungseinrichtung (9) geschickt, welches diese unter Überwachung des Kontrollers (1) durchführt und der Kontroller (1) zum Schritt 7.0 übergeht, – Schritt 5.4: Der Vergleich der gemessenen Variabilität des Atemhubvolumens (VT) mit der vom Bediener angegebenen Obergrenze (CVOVT) des Variationskoeffizienten des Atemhubvolumens (VT) erfolgt in der Vergleichseinheit (5), wobei bei Erfüllung dieser Bedingung der Kontroller (1) zum Schritt 6.31 übergeht, – Schritt 6.31: Der Kontroller (1) berechnet koeffizientenbezogen die abzuziehende Variabilität in PASB (CVe) anhand von Entscheidungsregeln, wobei CVe = f(CVVT, CVRF, CVTi/Ttot, CVTi, CVTe, VTM, mittlere RF), wobei als die einfache Funktion CVe = |sCVVT – iCVVT| verwendbar ist und der Kontroller (1) geht über zum Schritt 6.32, der in der Entscheidungseinheit 6 durchgeführt wird, – Schritt 6.32: Die koeffizientenbezogene, neue, zu erzeugende, externe Variabilität (CVPASB) mit CV PASBneu wird als die letzte (CVPASB) gegenüber CVPASBalt minus CVe berechnet nach Gleichung CVPASBneu = CVPASBalt – CVe, wobei Minima für (CVe) und (CVPASB) festgelegt werden, und wobei die neue Sequenz von Unterstützungsdruck-PASB-Werten an das Beatmungsgerät (8) geschickt wird, welches diese unter Überwachung des Kontrollers (1) durchführt und der Kontroller (1) geht über zum Schritt 7.0, – Schritt 7.0: Der Kontroller (1) sendet die neu berechneten Mittelwerte (VTM5) des Atemhubvolumens und mittleren Standardabweichungen des Unterstützungsdrucks (PASB) zum Beatmungsgerät (8).
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