DE102014003542B4

DE102014003542B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Alarms während einer maschinellen Patientenbeatmung

Info

Publication number: DE102014003542B4
Application number: DE102014003542.5A
Authority: DE
Inventors: Birger LANDWEHR
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: DE102014003542A1; CN104916069B; US9962509B2; CN104916069A; US20150258290A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines Alarms, bei dem ein Minutenvolumen gemessen und ein Median des Minutenvolumens ermittelt werden sowie ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts generiert wird, in einer Steuerung hinterlegt werden,wobei sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts für eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte zeitliche Verzögerung ist, als auch bei einer Unterschreitung eines alarmpflichtigen Grenzwerts ein Alarmsignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dassder Alarm während einer maschinellen Patientenbeatmung erzeugt wird undunter Berücksichtigung des unteren kritischen Grenzwerts für das Minutenvolumen und der zeitlichen Verzögerung ausgehend vom Median des Minutenvolumens ein Referenzsignal ermittelt wird, aus dem der unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts befindliche alarmpflichtige Grenzwert sowie eine maximal tolerierte Apnoedauer des Patienten abgeleitet werden,wobei das Referenzsignal das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Übertragungsgliedes bei einer Signaländerung am Eingang des Übertragungsgliedes ist undwobei das Referenzsignal erzeugt wird, indem ausgehend vom Median des Minutenvolumens und basierend auf den eingestellten Werten für den unteren kritischen Grenzwert sowie der maximale Verzögerungszeit das Ausgangssignal aufgenommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Alarms während einer maschinellen Patientenbeatmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerung sowie eine in einer Steuerung implementierte Software zur Umsetzung des Verfahrens.
In vielen Fällen ist bei der Behandlung eines Patienten, etwa im Bereich der Intensivmedizin, bei Operationen oder in Notsituationen, eine künstliche Beatmung erforderlich. Je nach Anwendungsfall übernehmen hierbei externe Geräte vollständig die Beatmung eines Patienten oder unterstützen sie. So dienen beispielsweise Beatmungsgeräte ohne Rückatmung der künstlichen Beatmung von Patienten auf Intensivstationen im Krankenhaus, während bei Anästhesiegeräten mit geschlossenem System das von den Patienten ausgeatmete Exspirationsgas als Inspirationsgas wiederverwendet wird. Die im Folgenden näher beschriebene technische Lösung zur Generierung eines Alarms ist sowohl für entsprechend ausgeführte Beatmungs- als auch für Anästhesiegeräte einsetzbar.
Bei heutigen Medizingeräten hat die Vermeidung klinisch irrelevanter Alarme eine große Bedeutung. Während lange Zeit bei der Entwicklung von alarmfähigen Überwachungsgeräten der Schwerpunkt darauf gelegt wurde, Gefahrensituationen bei der Überwachung eines Patienten eindeutig und frühzeitig zu erkennen und zu alarmieren, steht heutzutage die Reduzierung der Anzahl der Alarme auf ein klinisch notwendiges Minimum immer mehr im Fokus. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass immer mehr alarmfähige Geräte, wie beispielsweise Spritzenpumpen, Monitore und Beatmungsgeräte, im Bereich des Patienten angeordnet sind. Das Pflegepersonal sowie die Patienten sind somit einer hohen akustischen Belastung ausgesetzt und die hieraus resultierenden Risiken gehören zu den größten, die derzeit mit medizinischen Geräten in Verbindung gebracht werden. Ausgehend von dem geschilderten Problem besteht heutzutage ein Hauptaspekt bei der Entwicklung alarmpflichtiger Medizingeräte darin, die Alarmhäufigkeit dahingehend zu optimieren, dass einerseits Gefährdungssituationen stets eindeutig erkannt werden und andererseits irrelevante Alarme weitgehend unterdrückt werden. Auf diese Weise soll trotz Beibehaltung eines hohen Sicherheitsstandards eine schleichende Abstumpfung des Pflegepersonals aufgrund der vielen Alarme verhindert werden.
Aus der EP 2 302 606 B1 ist ein Verfahren zur Alarmgenerierung bei alarmfähigen Medizingeräten bekannt. Das beschriebene Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass zusätzlich zur Festlegung relevanter Grenzwerte ein sogenanntes Verifikationsintervall hinterlegt ist, wobei ein Alarm erst dann ausgelöst wird, wenn ein vorgegebener Grenzwert über die Gesamtdauer des Verifikationsintervalls unter- bzw. überschritten wird. Das hinterlegte Verifikationsintervall verfügt jeweils über eine zeitlich begrenzte Verifikationsintervalllänge, die in der Regel mit steigendem Gefährdungsgrad des Patienten abnimmt. Die definierte Verzögerungsintervalllänge für den niedrigsten Gefährdungsgrad entspricht somit der maximal möglichen Alarmverzögerung einer geringfügigen Über- oder Unterschreitung des entsprechenden Grenzwertes, während bei starken Abweichungen eines erfassten Messwerts vom Grenzwert sehr schnell alarmiert wird. Wesentlich an der beschriebenen technischen Lösung ist somit die Festlegung eines Gefährdungspotentials.
Um mögliche Gefahrensituationen bei einer künstlichen Beatmung eines Patienten optimal einschätzen zu können, ist es erforderlich, zusätzliche Merkmale, wie beispielsweise eine vorhandene Atemstörung bei der Überwachung der Patientenparameter, zu berücksichtigen. Bei zu eng gefassten Überwachungsgrenzen führt dies häufig zu Alarmen, unabhängig davon, ob eine Gefährdung des Patienten vorliegt. Eine generelle Aufweichung der Alarmgrenzen ist allerdings auch hier kein geeignetes Mittel zur Minimierung der Alarmhäufigkeit, da dies zu einer geringeren Sensitivität der Überwachung führen würde. Sofern keine Kontraindikation vorliegt und die übrigen überwachten Parameter, wie etwa die Sauerstoffsättigung oder der CO₂-Partialdruck, bei der Überwachung der Atemtätigkeit in einem akzeptablen Bereich liegen, ist eine Alarmierung bei einer zumindest nur kurzzeitigen Über- bzw. Unterschreitung der Grenzwerte verzichtbar. Hieraus folgt, dass sofern keine Verschlechterung des Patientenzustandes insgesamt erkannt wird, eine alarmfreie Tolerierung eines hinsichtlich des Patientenrisikos akzeptabel bewerteten pathologischen Atemmusters zulässig ist.
Einen wichtigen Parameter bei der Überwachung der künstlichen Beatmung eines Patienten stellt das Minutenvolumen dar. Dieser in der Medizin standardmäßig verwendete Wert für das innerhalb einer Minute der Lunge bereitgestellte Luftvolumen liefert einen wichtigen Anhaltspunkt für die Oxygenierung und Ventilation eines Patienten und ist daher eine für die Überwachung eines Patienten in der Intensivmedizin obligatorische Messgröße. Bei einer ausschließlich mandatorischen Beatmung eines Patienten entspricht das Minutenvolumen dem Produkt aus dem applizierten Tidalvolumen und der Atemfrequenz.
Aus dem Stand der Technik sind derzeit allerdings keine Geräte bekannt, die Informationen über eine konkret vorliegende Atemstörung auswerten. Daher lässt sich nicht zwischen einer vermeintlichen und einer tatsächlichen Patientengefährdung unterscheiden. Weiterhin sind die Eingabemöglichkeiten für die Alarmgrenzen beschränkt und orientieren sich an der technischen Überwachung von Messwerten anstelle einer patientenzentrierten Überwachung.
In US 2009 / 0 234 240 A1 wird ein System zur medizinischen Überwachung eines Patienten beschrieben. Ein Parameter der Atmung, beispielsweise die Atemrate, dass Tidalvolumen, das Minutenvolumen oder ein Apnea- / Hypopnea-Index werden gemessen. Hieraus werden eine minimale Atemrate, maximale Atemrate oder Median der Atemrate bestimmt. Abgeleitet wird eine Charakteristik der spontanen Atmung. Die Atemrate wird mit verschiedenen Alarmkriterien verglichen, und in Echtzeit kann ein Alarm generiert werden. Ein Alarmkriterium kann auf Apnea- / Hypopnea-Ereignissen beruhen. Alternativ wird ein Alarm ausgelöst, wenn die Atemrate unter eine vorgegebene Schranke fällt.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik und den zuvor geschilderten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die bei einer künstlichen Beatmung eines Patienten die Anzahl der ausgegebenen Alarme auf das nötige Minimum begrenzt, ohne dass das Gefährdungspotential eines Patienten steigt. Die Erfindung soll somit insbesondere eine Möglichkeit schaffen, dass Grenzwerte und Verzögerungszeiten festgelegt werden, wobei Eigenschaften eines speziellen Atemmusters berücksichtigt werden sowie eine Interpretation hinsichtlich der Auswirkungen von Hypopnoen oder Apnoen auf die zu erwartende Alarmhäufigkeit gegeben ist. Vor allem bei speziellen pathologischen Atemmustern, wie beispielsweise der Biot-Atmung, soll ferner sichergestellt werden, dass Alarme unterdrückt werden, die lediglich aufgrund einer speziellen pathologischen Atmungsform auftreten, aber keine Gefährdung des Patienten darstellen. Eine ganz spezielle Aufgabe besteht in diesem Zusammenhang darin, dass bei der Überwachung des exspiratorischen Minutenvolumens bei Patienten mit spezieller pathologischer Atmungsform, insbesondere mit Biot-Atmung, die Anzahl klinisch irrelevanter Alarme reduziert wird.
Die zuvor geschilderte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Ferner ist mit der Steuerung gemäß Anspruch 14 sowie mit einer in eine Steuerung implementierte Software gemäß Anspruch 15 eine bevorzugte Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Beatmungs- und Anästhesiegeräten möglich. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Alarms während einer maschinellen Patientenbeatmung, bei dem ein Minutenvolumen gemessen und ein Median des Minutenvolumens ermittelt wird, sowie ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwertes generiert wird, in einer Steuerung hinterlegt werden. Erfindungsgemäß ist das Verfahren derart weiter gebildet worden, dass unter Berücksichtigung des unteren kritischen Grenzwertes für das Minutenvolumen und der zeitlichen Verzögerung ausgehend vom Median des Minutenvolumens ein Referenzsignal ermittelt wird, aus dem ein unterhalb des unteren kritischen Grenzwertes befindlicher alarmpflichtiger Grenzwert sowie ein Wert für eine maximal tolerierte Apnoedauer des Patienten abgeleitet werden. Das Referenzsignal ist das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Übertragungsgliedes bei einer Signaländerung am Eingang des Übertragungsgliedes. Das Referenzsignal wird erzeugt, indem ausgehend vom Median des Minutenvolumens und basierend auf den eingestellten Werten für den unteren kritischen Grenzwert sowie der maximale Verzögerungszeit das Ausgangssignal aufgenommen wird.
Wesentlich ist weiterhin, dass sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwertes über eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte zeitliche Verzögerung ist, als auch unmittelbar bei einer Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwertes ein Alarmsignal generiert wird.
Die erfindungsgemäße technische Lösung zeichnet sich somit zunächst dadurch aus, dass neben einem unteren alarmpflichtigen Grenzwert für das Minutenvolumen ein kritisches Intervall festgelegt wird, wobei in Abhängigkeit des Patientenzustandes für eine gewisse Zeit ein Minutenvolumen toleriert wird, dessen Wert unterhalb des kritischen Minutenvolumens, aber oberhalb des alarmpflichtigen Minutenvolumens liegt.
Mit dem Bereich des Minutenvolumens der sich zwischen dem unteren kritischen Wert und dem alarmpflichtigen Grenzwert befindet, wird somit ein kritischer Bereich des Minutenvolumens festgelegt, in dem zwar noch keine sofortige Alarmausgabe erfolgt, in dem allerdings eine besondere Überwachung uns Auswertung der weiteren Entwicklung des Minutenvolumens erfolgt. Hierbei handelt es sich bei dem Minutenvolumen um einen wichtigen Anhaltspunkt für die Oxygenierung und Ventilation eines Patienten, das daher eine für die Überwachung eines Patienten in der Intensivmedizin obligatorische Messgröße darstellt.
Stets zu berücksichtigen ist, dass bei ausschließlich mandatorischer Beatmung das hieraus resultierende Minutenvolumen zumindest nahezu konstant und nach Ablauf einer Minute nach Beatmungsbeginn jederzeit verfügbar ist, während bei einer Spontanatmung ein exaktes Ergebnis erst mit der Integration des zurückliegenden Zeitraums am Ende des Zeitintervalls von einer Minute ermittelt werden kann. Da sich in dem Ergebnis sowohl Atemanstrengungen widerspiegeln, die der Patient unmittelbar zuvor geleistet hat, als auch solche, die schon eine Minute zurückliegen, lassen sich über ein derartig berechnetes Minutenvolumen nur bedingt Rückschlüsse auf die aktuelle Atemtätigkeit und mögliche Gefahren, wie etwa eine Hypopnoe, ziehen. Um trotz dieser messwerttechnischen Eigenarten des Minutenvolumens diesen Parameter auch bei Patienten mit pathologischen Atmungsmustern auf sinnvolle Weise nutzen zu können, erfolgt erfindungsgemäß die Festlegung eines kritischen Bereichs, wobei die Ausgabe eines Alarmsignals erst dann erfolgt, wenn der Wert des Minutenvolumens den kritischen Bereich nach unten verlässt oder aber der Verlauf des Minutenvolumens eine spezielle Eigenschaft aufweist, insbesondere sofern sich auch nach Ablauf einer eingegebenen tolerierbaren zeitlichen Verzögerung der Wert des Minutenvolumens nicht wieder oberhalb des unteren kritischen Grenzwerts befindet.
Das Vorsehen eines zusätzlichen kritischen Bereichs für den Wert des Minutenvolumens ist vor allem bei der Überwachung eines künstlich beatmeten Patienten, der eine spezielle pathologische Atmungsform, wie etwa eine Biot-Atmung, aufweist, sinnvoll, weil hier in der Praxis häufig der Fall auftritt, dass das Medizingerät ein Alarmsignal generiert, obwohl der Patient bereits wieder normal atmet. Derartige Fehlalarme werden bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zuverlässig verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt daher auf bevorzugte Weise sicher, dass während einer ungleichmäßigen Atmung, die für den Patienten ungefährlich ist, das überwachte Minutenvolumen kurzzeitig den eingestellten kritischen unteren Grenzwert unterschreiten kann, ohne dass es zur Ausgabe eines Alarmsignals kommt. Ein Alarmsignal würde lediglich unmittelbar nach Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwerts oder nachdem der untere kritische Wert des Minutenvolumens länger als die vorgegebene zeitliche Verzögerung unterschritten wurde, erzeugt werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Minutenvolumen des Patienten gemessen und hieraus ein über den Median gebildeter Mittelwert des Minutenvolumens bestimmt. Auf vorteilhafte Weise wird der Median des Minutenvolumens unter Berücksichtigung der Spontan-Atemfrequenz f_spon sowie des Spontan-Tidalvolumens VT_spon über eine vorgegebene Zeit ermittelt. Die Berechnung des Medians erfolgt hierbei bevorzugt über die Sortierung aller zu mittelnden Werte, wobei das Ergebnis derjenige Wert ist, der in der sortierten Liste in der Mitte steht. Die Nutzung des Medianwertes als spezieller Mittelwert ist für diese Anwendung vorteilhaft, da er robust gegenüber Ausreißerwerten ist. Sollten die Ausreißerwerte, insbesondere bedingt durch Apnoen, im Vergleich zur Spontanatmung signifikant werden, so werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die entsprechenden Werte der Atemintervalle, die wesentlich größer als die physiologischen Atempausen sind, nicht mit berücksichtigt.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird die auf der Grundlage des Referenzsignals ermittelte, maximal tolerierte Apnoedauer, die sich aus dem berechneten Median des Minutenvolumens, dem eingegebenen unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens sowie der ebenfalls eingegebenen tolerierbaren zeitlichen Verzögerung für die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwertes ergibt, optisch und/oder akustisch ausgegeben. Der Bediener wird somit darüber informiert, welche Apnoedauer aufgrund der getätigten Eingaben vom Überwachungssystem toleriert wird, bevor ein Alarm ausgegeben wird. Auf diese Weise ist es für den Bediener möglich, die ermittelte und beispielsweise auf einem Monitor angezeigte und vom Überwachungssystem tolerierte Apnoedauer unter Berücksichtigung des Zustandes des Patienten zu überprüfen und bei Bedarf die von ihm eingestellten Werte für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens und/oder die eingestellte tolerierbare Verzögerungszeit zu verändern.
Zur Ermittlung der maximal tolerierten Apnoedauer sowie des alarmpflichtigen Grenzwertes des Minutenvolumens wird erfindungsgemäß ein Referenzsignal verwendet, das eine spezielle Sprungantwort, also das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Übertragungsgliedes, insbesondere des verwendeten Filters, bei einer Signaländerung am Eingang darstellt. In diesem Fall stellt die Sprungantwort ein spezielles Signal am Ausgang des Filters dar, das auf eine Änderung des Minutenvolumens bzw. des entsprechenden Signals am Eingang des Filters folgt. Auf bevorzugte Weise wird als Filter ein Tiefpass-Filter verwendet. Zur Erzeugung des Referenzsignals werden einerseits vom Bediener eingestellte Werte für den unteren kritischen Grenzwert sowie die tolerierte Verzögerungszeit, also die Zeitspanne innerhalb der trotz Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts kein Alarm ausgegeben wird, und andererseits für das gemessene Minutenvolumen berücksichtigt. Auf vorteilhafte Weise wird in der Auswerteeinheit das Referenzsignal erzeugt, indem ausgehend vom Median des Minutenvolumens und basierend auf den eingestellten Werten für den unteren kritischen Grenzwert sowie die maximale Verzögerungszeit das Ausgangssignal aufgenommen wird. Das Referenzsignal stellt hierbei ein spezielles Ausgangssignal des Filters dar, nämlich das Signal, das auf eine Apnoe bestimmter Dauer eines Patienten, der mit einem dem Median entsprechenden Wert des Minutenvolumens atmet bzw. beatmet wird, folgt. Charakteristisch für die jeweils ermittelten Referenzsignale, also die auf eine angenommene Apnoe folgende Sprungantworten, ist, dass die Funktionskurve zunächst unter den eingestellten unteren kritischen Grenzwert fällt und nach Ablauf der eingestellten zeitlichen Verzögerung diesen Grenzwert wiederum übersteigt. Ausgehend von dem Referenzsignal, das unter Berücksichtigung sowohl der eingestellten Werte für einen unteren kritischen Grenzwert sowie für eine maximale Verzögerungszeit als auch des Median des gemessenen Minutenvolumens ermittelt wurde, lässt sich einerseits der hieraus resultierende alarmpflichtige untere Grenzwert des Minutenvolumens und andererseits die in diesem Fall vom Überwachungssystem tolerierte Apnoedauer, innerhalb der keine Alarmausgabe erfolgt, ermitteln. Auf vorteilhafte Weise wird hierbei der untere alarmpflichtige Grenzwert aus dem unteren Umkehrpunkt des Referenzsignals, der dem lokalen Minimum des Minutenvolumens innerhalb des kritischen Intervalls entspricht, bestimmt.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung der Erfindung wird das Referenzsignal mit Hilfe von Hashtabellen ermittelt, in denen zum einen Werte für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens sowie zum anderen für die zeitliche Verzögerung bei der Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Minutenvolumenwerts hinterlegt sind. Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung werden hierbei in einer ersten Hashtabelle Werte für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens und in einer zweiten Hashtabelle Werte für die zeitliche Verzögerung bei der Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Minutenvolumenwerts, die tolerierte Apnoedauer und für den alarmpflichtigen Grenzwert hinterlegt. Mit einer derartigen Lösung können die tolerierte Apnoedauer, die ein entsprechendes Referenzsignal hervorrufen würde und der alarmpflichtige Grenzwert effizient gesucht und ermittelt werden. Die Daten können sowohl in einem Datenspeicher der Auswerteeinheit als auch in einem externen Datenspeicher, der über eine Datenverbindung an die Auswerteeinheit angebunden ist, hinterlegt sein.
Vorzugsweise sind für die Ermittlung der beatmungsrelevanten Parameter zwei Hashtabellen vorgesehen. Hierbei enthält eine erste Hashtabelle bevorzugt für die vom Bediener einstellbaren kritischen unteren Grenzwerte des Minutenvolumens einen jeweils eindeutigen Index und einen Verweis auf die nachgelagerte zweite Hashtabelle. In der zweiten Hashtabelle sind Parameter für die zeitliche Verzögerung bei der Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Minutenvolumenwerts, für die tolerierbare Apnoedauer und für den alarmpflichtigen unteren Grenzwert des Minutenvolumens abgelegt. Bei der Vornahme der entsprechenden Einstellungen ist es dem Bediener grundsätzlich frei gestellt, zusätzlich zum Wert für das kritische Minutenvolumen entweder eine gewünschte Verzögerung bei der Alarmausgabe oder eine tolerierbare Apnoedauer einzugeben. Ausgehend von den eingegebenen Parametern wird nun mit Hilfe der zweiten Hashtabelle ein unterer alarmpflichtiger Grenzwert des Minutenvolumens sowie in Abhängigkeit der vorgenommenen Eingabe entweder eine Verzögerung bis zur Ausgabe eines Alarms oder eine tolerierbare Apnoedauer ermittelt.
Das erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Toleranzintervall für das Minutenvolumen liegt wiederum zwischen dem unteren kritischen Grenzwert als oberer Intervallgrenze und dem unteren alarmpflichtigen Grenzwert als unterer Intervallgrenze.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung werden die Werte für den unteren kritischen Grenzwert und/oder den alarmpflichtigen Grenzwert im Verhältnis zum Median des Minutenvolumens angegeben. Vorteilhafterweise sind hierfür Prozentwerte in den Hashtabellen hinterlegt. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, dass der Nutzer den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens und den alarmpflichtigen Grenzwert ebenfalls als Prozentwert über eine Bedienerschnittstelle, insbesondere einen Monitor mit einer Bildschirmeingabemöglichkeit (sogenannter Touchscreen) eingibt bzw. ausgegeben bekommt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass ein Verlauf des Minutenvolumens in einem Bereich zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert, also innerhalb des Intervalls für einen kritischen Bereich des Minutenvolumens, hinsichtlich spezieller Eigenschaften ausgewertet wird. Wird eine derartige Auswertung durchgeführt, ist es auf vorteilhafte Art möglich, die Generierung des Alarmsignals vorzunehmen, entweder obwohl die eingegebene zeitliche Verzögerung noch nicht erreicht ist, oder aber zu verzögern, obwohl die festgelegte zeitliche Verzögerung bereits erreicht ist.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird der Verlauf des Minutenvolumens innerhalb des kritischen Bereichs, also zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert überwacht, indem vor allem Werte für die erste und/oder zweite Ableitung der Funktionskurve des Minutenvolumens in diesem Bereich ausgewertet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein besonders starker Abfall des Minutenvolumens zu einem Alarm führen, obwohl weder der alarmpflichtige Grenzwert bereits unterschritten noch das Zeitintervall für die zeitliche Verzögerung zur Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Minutenvolumenwerts bereits überschritten ist. Genauso ist es denkbar, dass bei einer nur sehr geringen negativen Steigung der Funktionskurve des Minutenvolumens innerhalb dieses kritischen Bereichs und/oder bei einer nur sehr leichten Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts auf die Ausgabe eines Alarmsignals zunächst verzichtet wird, obwohl die tolerierte zeitliche Verzögerung bereits überschritten ist.
Vorteilhaft in Bezug auf die vorgestellte Erfindung ist weiterhin, dass Informationen über einen zurückliegenden Verlauf des Minutenvolumens und/oder über Werte des Minutenvolumens, die sich unterhalb des unteren kritischen Grenzwertes, aber oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwertes befanden, abgespeichert werden. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, dass entsprechende Werte angezeigt oder an ein externes Gerät, beispielsweise einen Monitor in einem Überwachungszimmer, weitergeleitet werden. Weiterhin ist es denkbar, dass in der Vergangenheit unterdrückte Alarme, beispielsweise weil sich das Minutenvolumen zwar innerhalb des kritischen Bereichs befand, der kritische Bereich aber innerhalb der voreingestellten tolerierten zeitlichen Verzögerung verlassen wurde, grafisch hervorgehoben werden, ohne dass zuvor ein akustisches Alarmsignal generiert worden ist.
Die Erfindung betrifft im Weiteren eine Steuerung, die Elemente zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit wenigstens einem der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte aufweist. Ebenso betrifft die Erfindung eine Steuerung mit einer darin implementierten Software zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer der darauf basierenden speziellen Ausführungsformen.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Überwachung eines maschinell beatmeten Patienten mit einer Eingabe- und einer Ausgabeeinheit, mit einer Auswerteeinheit sowie mit wenigstens einer Datenverbindung zum Datentransfer zwischen der Auswerteeinheit und einem Beatmungsgerät. Der Auswerteeinheit sind hierbei über die Datenverbindung Werte eines gemessenen Minutenvolumens zuleitbar, wobei die Auswerteeinheit derart ausgeführt ist, dass auf der Grundlage des gemessenen Minutenvolumens ein Median des Minutenvolumens ermittelbar ist. Über eine Menüführung der Eingabeeinheit ist weiterhin wenigstens ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarmsignals nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwertes generiert wird, eingebbar und diese Werte darüber hinaus der Auswerteeinheit über die Datenverbindung zuleitbar. Die Auswerteeinheit ist derart ausgeführt, dass eine Alarminformation generiert wird sobald das Minutenvolumen den unteren kritischen Grenzwert unterschreitet. Unter Generierung einer Alarminformation ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass im Überwachungssystem eine entsprechende Information in Bezug auf die Grenzwertunterschreitung erzeugt und datentechnisch abgelegt bzw. einer weiteren Datenverarbeitung zur Verfügung gestellt wird. Durch diese Maßnahme wird das Überwachungssystem in einen Zustand höherer Aufmerksamkeit geschaltet, so dass der weitere Verlauf des Minutenvolumens bis zu einer Überschreitung des unteren kritischen Grenzwerts einer stärkeren Überwachung unterliegt, ohne dass sofort ein, insbesondere akustisches Alarmsignal ausgegeben wird. Auf der Basis der zuvor beschriebenen Alarminformation muss somit nicht in jedem Fall unmittelbar auch die Ausgabe eines Alarmsignals erfolgen.
Die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in der Auswerteeinheit wenigstens ein das zeitliche Verhalten eines Filters berücksichtigendes Referenzsignal für das Minutenvolumen hinterlegt ist oder ermittelt wird. Unter Zugrundelegung dieses Referenzsignals basierend auf den eingegebenen Werten für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens und für die zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarmsignals nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwertes generiert wird, sind sowohl ein unterhalb des unteren kritischen Grenzwertes befindlicher alarmpflichtiger Grenzwert als auch eine maximal tolerierte Apnoedauer des Patienten ermittelbar. Sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwertes für eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte zeitliche Verzögerung ist, als auch bei einer Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwertes wird über die Ausgabeeinheit ein optisch und/oder akustisch wahrnehmbares Alarmsignal ausgegeben.
Auf bevorzugte Weise sind in der Auswerteeinheit und/oder in einem an diese angebundenen Datenspeicher Werte für den unteren kritischen Grenzwert, den alarmpflichtigen Grenzwert, die zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwertes generiert wird, und die vom Bediener jeweils unter Berücksichtigung des Patientenzustandes tolerierte Apnoedauer in Hashtabellen hinterlegt. Weiterhin ist es denkbar, dass in der Auswerteeinheit und/oder in einem an diese angebundenen Datenspeicher historische Informationen über einen zurückliegenden Verlauf des Minutenvolumens und/oder über Werte des Minutenvolumens ablegbar, die sich unterhalb des unteren kritischen Grenzwertes, aber oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwerts, also innerhalb des kritischen Intervalls, das bevorzugt unter besonderer Beobachtung steht, befanden. Derartige Informationen über den Verlauf und spezielle Ereignisse des Minutenvolumens sind vorzugsweise wiederum über eine Ausgabeeinheit anzeigbar oder an eine Datenverarbeitungseinheit weiterleitbar.
Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1: Grafische Darstellung einer Normalatmung im Vergleich zu verschiedenen pathologischen Atmungsformen;
2: grafische Darstellung der Sprungantwort eines Tiefpass-Filters Ordnung mit T90 = 33s;
3: Verlauf des Minutenvolumens eines künstlich beatmeten Patienten (Baseline-Berechnung);
4: Darstellung des Verlaufs des berechneten Minutenvolumens bei einer tolerierten Apnoe von 7s (Alarmdauer: 18s);
5: Beispielhafte Ausprägungen der Apnoe-Zeiten 2s, 5s, 9s, 16s, 26s sowie 41s auf das ermittelte Minutenvolumen MV;
6: Vergleich des Minutenvolumens mit dem zugehörigen Referenzsignal;
7: Beispielhafte Festlegung eines kritischen Bereichs, in dem noch keine Alarmierung erfolgt;
8: Darstellung von Hashtabellen zur effizienten Ermittlung der resultierenden Apnoe-Dauer sowie der MV_mandatorisch-Werte aus dem gegebenen MV_krit und MV_Verzögerung;
9: Ablaufdiagramm für die Ermittlung des unteren alarmpflichtigen Grenzwerts für das Minutenvolumen sowie der tolerierbaren Apnoedauer sowie
10: Ermittlung und grafische Darstellung von Atempausen.

In 1 ist grafisch der zeitliche Verlauf einer Normalatmung den Verläufen dreier unterschiedlicher pathologischer Atmungsformen gegenübergestellt. Während in 1a der zeitliche Verlauf der Normalatmung in Bezug auf das ein- und ausgeatmete Volumen dargestellt ist, enthalten die 1b - 1d Darstellungen der Biot-Atmung, der Cheyne-Stokes-Atmung sowie der Ataktischen Atmung.
Die Cheyne-Stokes-Atmung (1c) zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Atemzüge einer Wellenform folgen. Dies bedeutet, dass die Tidalvolumina zunächst größer und schwächer werden und zwischen diesen einzelnen Atemzügen Apnoen liegen. Die Atemfrequenz kann hierbei ebenfalls variieren.
Im Vergleich hierzu sind die Atemzüge der in 1d dargestellten Ataktischen Atmung in ihrem Volumen und der Frequenz unterschiedlich, wobei auch hier die Atemtätigkeit durch längere Pausen, also Apnoen, unterbrochen sein kann.
An der in 1b dargestellten Biot-Atmung ist wesentlich, dass eine Folge von gleichmäßigen und ausreichend tiefen Atemzügen durch plötzliche Apnoen unterbrochen wird. Die Biot-Atmung tritt gelegentlich bei Früh- und Neugeborenen aufgrund der Unreife des Atemzentrums auf. Als pathologische Ursache gelten hierbei Schädigungen des Atemzentrums, erhöhter Hirndruck, Meningitis, Meningenzephalitis oder ein Schädel-Hirn-Trauma. Die erfindungsgemäße, technische Lösung, die im Folgenden näher erläutert werden wird, eignet sich vor allem bei der Überwachung der zuvor beschriebenen pathologischen Atmungsformen und hierbei ganz besonders zur Überwachung der Beatmung eines Patienten mit Biot-Atmung.
Bei der Überwachung der Beatmung eines Patienten wird üblicherweise das sogenannte Minutenvolumen MV überwacht. Hierbei sind für den Bediener unterschiedliche Grenzwerte einstellbar, die zu einer Alarmierung durch das Überwachungssystem führen. Wichtig für eine effektive Überwachung eines beatmeten Patienten ist, dass die Zahl der ausgegebenen Alarme, die klinisch irrelevant sind, minimiert wird.
Ein Alarm wird dann als klinisch irrelevant eingestuft, wenn einerseits der Patientenzustand bekannt ist und seit der Feststellung dieses Zustandes keine Verschlechterung eingetreten ist. So könnte während einer ungleichmäßigen Atmung das überwachte Minutenvolumen kurzzeitig einen eingestellten Grenzwert über- oder unterschreiten, ohne dass dies zu einer Patientengefährdung führt. In einem derartigen Fall ist eine Alarmierung unerwünscht. Wird der Grenzwert hingegen für eine längere Zeit verletzt, so ist eine Alarmierung zwingend erforderlich.
Weist ein Patient eine pathologische Atmungsform mit Apnoen zwischen den einzelnen Atemzyklen auf, kommt oftmals zu den zuvor erwähnten, klinisch irrelevanten Alarmen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich aufgrund der Filterung des Minutenvolumens Apnoen erst verzögert in den berechneten Wert zeigen. Hierdurch kann es zu Situationen kommen, in denen die Atmung des Patienten nicht mit dem aktuell berechneten Minutenvolumen korrespondiert, so dass bei einer ungleichmäßigen Atmung eine Alarmierung des Minutenvolumens asynchron zur Atemtätigkeit des Patienten geschieht. Eine Alarmierung findet somit statt, wenn der Patient wieder atmet, eine aktuell anstehende Apnoe wird jedoch nicht aufgrund der Überwachung des Minutenvolumens alarmiert.
In 2 ist die Sprungantwort eines Tiefpass-Filters mit einem Zeitwert T90 dargestellt. Die Sprungantwort dieses Filters, der bevorzugt bei der Überwachung des Minutenvolumens eines beatmeten Patienten eingesetzt wird, stellt das zeitliche Verhalten des Filterausgangssignals bei einer Signaländerung am Eingang, hier bei einer Änderung des Minutenvolumens, dar. Durch die in 2 dargestellte Sprungantwort ist der verwendete Filter in seinen Eigenschaften eindeutig charakterisiert. Hierbei ist die T90-Zeit ein Maß für die Verzögerung, mit der sich das Eingangssignal auf das Ausgangssignal auswirkt. Das im Folgenden näher erläuterte Referenzsignal, das letztendlich bei der Ermittlung eines unteren alarmpflichtigen Grenzwerts sowie einer vom Überwachungssystem bis zur Ausgabe eines Alarms tolerierten Apnoedauer zugrunde gelegt wird, stellt das Ausgangssignal am Filter in Abhängigkeit einer Veränderung des Eingangssignals, nämlich des Minutenvolumens, dar. Auch wenn im Folgenden stets von der Verwendung eines Tiefpass-Filters ausgegangen wird, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich unabhängig vom benutzten Filtertyp, seiner Ordnung und der T90-Zeit einsetzen.
In 3 ist der zeitliche Verlauf des Minutenvolumens einer Atmung, das hierdurch am Filter der Messeinheit hervorgerufene Ausgangssignal sowie der Median des Minutenvolumens dargestellt. Die Berechnung des Median des Minutenvolumens basiert nicht auf der Integration und Filterung des tatsächlichen Luftstroms, sondern auf einer Multiplikation von mittlerer Frequenz f_spon und mittlerem Tidalvolumen VT_spon während einer Normalatmung.
MVmedian = fspon · VTspon, wobei VT_spon der Median der gemessenen Tidalvolumina über eine vorgegebene Zeit t und $\bar{f s p o n} = \frac{1}{\bar{T c y c l e}}$
ist. Hierbei entspricht Tcycle dem Median über alle ermittelten Atemzyklus-Zeiten über den gleichen Zeitraum t.
Die Berechnung des Medians geschieht über die Sortierung aller zu mittelnden Werte, wobei das Ergebnis derjenige Wert ist, der in der sortierten Liste in der Mitte steht. Im Vergleich zu anderen Mittelwertberechnungen hat der Median den entscheidenden Vorteil, dass er robust gegen Ausreißer ist. Sollten die Ausreißer, hier die beim Patienten auftretenden Apnoen, im Vergleich zur Spontanatmung signifikant werden, so dürfen die entsprechenden Periodendauern, die wesentlich größer als die physiologischen Atempausen sind, nicht mit berücksichtigt werden.
4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Minutenvolumens im Anschluss an das Auftreten einer Apnoe. Wie deutlich zu erkennen ist, reagiert der Verlauf des Minutenvolumens mit deutlicher zeitlicher Verzögerung auf die zuvor aufgetretene Apnoe. In dem dargestellten Beispiel hat die Apnoe eine Dauer von 7s. Erst nach etwa 5s fällt der Wert des Minutenvolumens leicht ab und sinkt schließlich etwa 24s nach Beginn bzw. 17s nach Ende der Apnoe auf einen Minimalwert, der bei etwa 70 % des ursprünglichen Minutenvolumens liegt. In Abhängigkeit eines üblicherweise für das Minutenvolumen festgelegten Grenzwerts würde bei den bekannten Systemen eine Alarmierung deutlich nachdem die Apnoe vorbei ist stattfinden. Aus diesem Grund sieht das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren neben einem unteren, alarmpflichtigen Grenzwert, bei dessen Unterschreitung zwingend ein Alarmsignal erzeugt wird, einen weiteren unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens vor, der vom Bediener in Abhängigkeit des Patientenzustandes oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwertes eingestellt wird. Der Bediener legt diesen unteren kritischen Grenzwert für das Minutenvolumen, bei dessen Unterschreitung noch nicht unmittelbar die Generierung eines Alarmsignals erfolgt, in Abhängigkeit des Patientenzustandes fest. Weiterhin legt der Bediener einen Wert für eine zeitliche Verzögerung, bei deren Ablauf die Ausgabe eines Alarmsignals nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwertes erfolgt, oder die tolerierbare Apnoedauer fest. Fällt das Minutenvolumen in diesem Fall unter den unteren kritischen Grenzwert, überschreitet ihn allerdings wieder innerhalb der eingegebenen Zeitspanne für die zeitliche Verzögerung, so wird von dem Überwachungsgerät kein Alarmsignal ausgegeben. Der entsprechende zustand wird lediglich in einem Datenspeicher dokumentiert.
Ausgehend von den eingegebenen Werten für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens sowie eine tolerierte, zeitliche Verzögerung bei der Alarmierung wird im Überwachungssystem unter Berücksichtigung des Minutenvolumens ein filterabhängiges Referenzsignal erzeugt. Anhand dieses Referenzsignals ermittelt das System nunmehr einerseits eine tolerierte Apnoedauer, bei deren Auftreten ein entsprechendes Signal erzeugt würde, und andererseits den unteren alarmpflichtigen Grenzwert des Minutenvolumens, der sich aus dem örtlichen Minimum des Referenzsignals ergibt.
Die Bestimmung des Referenzsignals durch die Auswerteeinheit des Überwachungssystems erfolgt ausgehend von einem Wert für den Median des Minutenvolumens. Die Verwendung eines Medians des Minutenvolumens als Ausgangspunkt für das Referenzsignal bietet sich an, da der für die Berechnung des Referenzsignals verwendete Ausgangspunkt dem durchschnittlichen Minutenvolumen während einer spontanen Normalatmung entsprechen soll. Unter einer Normalatmung wird in diesem Zusammenhang eine Atmung verstanden, die außer den Atempausen zwischen Inspiration und Exspiration keine weiteren Apnoen aufweist.
In 5 ist beispielhaft die Ermittlung des kritischen Bereichs, also des Intervalls zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert, dargestellt. In diesem Zusammenhang zeigt 5 unterschiedliche Referenzsignale, die sich ausgehend von einem Wert für das Minutenvolumen jeweils für tolerierte Apnoen mit einer Dauer von 2, 5, 9, 16, 26 sowie 41s ausbilden würden. Da das Referenzsignal letztendlich die über den Filter der Messvorrichtung generierte Antwort auf das als Eingangssignal verwendete Minutenvolumen darstellt, wird die Auswerteeinheit der Messeinrichtung bei gleich langen Apnoen auch gleiche Referenzsignale generieren. Das erfindungsgemäß verwendete Referenzsignal stellt somit eine Systemantwort dar, die für einen Vergleich mit dem zeitlichen Verlauf des Minutenvolumens verwendet wird.
Die Grundidee der Erfindung, nämlich die Ermittlung eines zusätzlichen unteren kritischen Grenzwerts für das Minutenvolumen, der nicht unmittelbar zur Ausgabe eines Alarmsignals führt, besteht darin, dass der Bediener zunächst in Abhängigkeit des Patientenzustandes einen Wert für den unteren kritischen Grenzwert sowie eine tolerierbare zeitliche Verzögerung für die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts vorgeben kann. Ausgehend vom Median des Minutenvolumens generiert die Auswerteeinheit daraufhin ein Referenzsignal und ermittelt den alarmpflichtigen Grenzwert und eine vom Überwachungssystem aufgrund der vorgenommenen Einstellungen tolerierte Apnoedauer.
Bei dem sich ergebenden Abstand zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem noch darunter liegenden alarmpflichtigen Grenzwert, der dem Minutenvolumen im unteren Umkehrpunkt des Referenzsignals entspricht, handelt es sich um den kritischen Bereich des Minutenvolumens. Sofern das Minutenvolumen eines beatmeten Patienten nur kurzzeitig in diesem kritischen Bereich liegt, das Minutenvolumen also zwar auf einen Wert zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert absinkt, aber innerhalb der vorgegebenen Verzögerung für eine Alarmierung den unteren kritischen Grenzwert wieder übersteigt, findet keine Ausgabe eines Alarmsignals statt. Fällt das Minutenvolumen hingegen über einen längeren Zeitraum, z. B. aufgrund einer Hypopnoe, unter den unteren kritischen Grenzwert ab, wird ein Alarmsignal auch dann ausgegeben, wenn der Wert für das Minutenvolumen nicht unter den alarmpflichtigen Grenzwert abfällt.
In diesem Zusammenhang werden in 6 zwei unterschiedliche Minutenvolumenverläufe (6a und 6b) einem Referenzsignal (6c) gegenübergestellt. Das Referenzsignal gemäß 6c ergibt sich aus der Einstellung eines unteren kritischen Grenzwerts von 7,5 l/min sowie einer Verzögerungszeit von 35 s. Auf diese Voreinstellungen folgen ein alarmpflichtiger Grenzwert von 1,8 l/min sowie eine vom Überwachungssystem ohne Alarmierung tolerierte Apnoedauer von 21 s. Die eingegebene Verzögerungszeit, die einer maximal tolerierten Verweildauer des Minutenvolumens innerhalb des kritischen Bereichs entspricht, ist in den 6a bis 6c jeweils als Pfeil dargestellt. Über die jeweiligen Einstellungen des unteren kritischen Grenzwerts sowie der Verzögerungszeit bis zur Ausgabe eines Alarms kann der Bediener unter Berücksichtigung des Patientenzustands bestimmen, welche Atemunterbrechungen (Apnoen) toleriert werden und welche zu einem Alarm führen.
Während es bei dem in 6a dargestellten, auf eine Apnoe folgenden Verlauf des Minutenvolumens nicht zu einer Alarmierung kommt, wird bei dem Verlauf gemäß 6b alarmiert, obwohl der Wert für das Minutenvolumen nicht unter den alarmpflichtigen Grenzwert gefallen ist. In 6a fällt das Minutenvolumen unter den unteren kritischen Grenzwert ab, überschreitet ihn allerdings wieder, bevor die eingegebene Verzögerungszeit von 35 s für die Ausgabe eines Alarms bei Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts erreicht ist. Demgegenüber fällt bei dem in 6b gezeigten Fall das Minutenvolumen zwar auf den gleichen Wert wie in 6a ab, der Wert des Minutenvolumens steigt allerdings langsamer an, so dass schließlich die eingestellte Verzögerungszeit überschritten wird und es zur Ausgabe eines Alarms kommt.
Weiterhin zeigt 7 in einer grafischen Darstellung den Verlauf der am Ausgang des Filters der Messeinheit ausgegebenen Werte des Minutenvolumens. Hierbei repräsentieren die horizontalen durchgezogenen Linien jeweils einen alarmpflichtigen Grenzwert, wobei es sich gemäß 7a um eine Grenzwerteinstellung handelt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, während gemäß 7b zusätzlich zum alarmpflichtigen Grenzwert ein kritischer Bereich für das Minutenvolumen festgelegt ist.
Bei der in 7a gezeigten Einstellung kommt es bei jeder Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwerts zu einer Ausgabe eines akustischen Signals, was einerseits zu einer erheblichen Belastung des Patienten führt und andererseits das Risiko erhöht, dass das Klinikpersonal aufgrund der Vielzahl der Alarm relevante Alarme nicht wahrnimmt. Gleichzeitig sind die Alarmzeiten vergleichsweise lang.
Bei einer Einstellung der Grenzwerte gemäß 7b ist zusätzlich zum alarmpflichtigen Grenzwert ein unterer kritischer Grenzwert vorgesehen. Zwischen diesen Grenzwerten liegt ein kritischer Bereich des Minutenvolumens. Fällt das Minutenvolumen auf einen Wert in diesem Bereich ab, erfolgt eine Alarmierung nur dann, wenn der Wert weiter unter den alarmpflichtigen Grenzwert absinkt oder wenn der Wert nicht innerhalb der eingestellten Verzögerungszeit den unteren kritischen Grenzwert wieder übersteigt. Die Anzahl der akustischen Alarme wird deutlich reduziert, ohne dass es für einen Patienten mit pathologischer Atmungsform ein Risiko darstellt, und die jeweilige Alarmdauer wird verkürzt.
Für die Bestimmung des Referenzsignals werden verschiedene Hashtabellen, wie sie der 8 zu entnehmen sind, verwendet. In diesen Tabellen sind unter anderem die Werte für die Apnoedauer und den alarmpflichtigen Grenzwert hinterlegt. Die Hashtabelle T1 enthält für den einstellbaren Wert des unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens einen jeweils eindeutigen Index und einen Verweis auf die nachgelagerte Hashtabelle T2 mit den Parametern für die einstellbare Verzögerungszeit und den dazu gehörigen Werten für die tolerierte Apnoedauer und den unteren alarmpflichtigen Grenzwert. Wie 8 zu entnehmen ist, enthält T1 in der linken Spalte den Wert für den einstellbaren unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens,wobei dieser anteilig in Prozent vom Median des Minutenvolumens angegeben ist. T2 enthält in der linken Spalte die einstellbare Verzögerungszeit für die Alarmunterdrückung und in den Spalten 2 und 3, jeweils aufsteigend sortiert Werte für die Apnoedauer bzw. den alarmpflichtigen Grenzwert des Minutenvolumens. Wird für den unteren kritischen Grenzwert vom Bediener der Wert 80 % ausgewählt, so wird über die Hashtabelle T1 auf den entsprechenden Wert in der Hashtabelle T2 zugegriffen. Sofern der Bediener des Weiteren eine zulässige Verzögerungszeit für die Alarmunterdrückung von beispielsweise 23 s gewählt hat, ergeben sich für die tolerierte Apnoedauer eine Zeitdauer von 9 s und für den alarmpflichtigen Grenzwert ein Minutenvolumen, das 60 % des Medianwertes entspricht.
Die vom Bediener eingegebene Verzögerungszeit wird in der Hashtabelle T2 als Suchschlüssel innerhalb der Tabelle verwendet. Die gesuchten Werte für die tolerierte Apnoedauer und den alarmpflichtigen Grenzwert finden sich in derselben Zeile der Tabelle. Zur Minimierung des Speicherbedarfs für die Hashtabellen werden nicht alle einstellbaren Werte für den unteren kritischen Minutenvolumenwert und die Verzögerungszeit abgelegt, sondern nur eine für die Genauigkeit ausreichende Anzahl von Stützstellen, über die mittels Interpolation die gesuchten Werte bestimmt werden können. So lassen sich etwa für die Hashtabelle T1 die fehlenden Einträge ermitteln, indem die tolerierte Apnoedauer und der alarmpflichtige Grenzwert sowohl für den in der Tabelle T1 enthaltenen nächsthöheren als auch den nächsttieferen, unteren kritischen Grenzwert-Parameter ermittelt und anschließend interpoliert werden.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst hat der Bediener die Möglichkeit, Werte für den unteren kritischen Grenzwert und die Verzögerungszeit über eine Eingabeeinheit in das Überwachungssystem einzugeben. Auf der Grundlage des erfassten Minutenvolumens des beatmeten Patienten wird der Median des Minutenvolumens berechnet und für den Vergleich mit dem Referenzsignal auf einen Wert von 100% normiert. Ausgehend von dem ermittelten Median und den vom Bediener eingegebenen Werten generiert die Auswerteeinheit ein Referenzsignal.
Sofern in der im Auswerteeinheit hinterlegten Hashtabelle T1 ein Wert für den unteren kritischen Grenzwert aufgefunden wird, werden mit Hilfe der Hashtabelle T2 direkt die korrespondierenden Werte für den alarmpflichtigen Grenzwert und die vom Überwachungssystem bei den gewählten Einstellungen tolerierte Apnoedauer ermittelt. Diese werden dem Bediener ausgegeben, damit überprüft werden kann, ob die entsprechenden Werte und Einstellungen dem zu beatmenden Patienten zumutbar sind.
Ist in der Hashtabelle T1 ein Wert für den unteren kritischen Grenzwert nicht direkt auffindbar, werden tolerierte Apnoedauer und der älarmpflichtige Grenzwert sowohl für den in der Tabelle T1 enthaltenen nächsthöheren als auch den nächsttieferen, unteren kritischen Grenzwert-Parameter ermittelt und anschließend interpoliert. Die aufgrund der Interpolation erhaltenen Werte für den alarmpflichtigen Grenzwert und die vom Überwachungssystem bei den gewählten Einstellungen tolerierte Apnoedauer werden wiederum an den Bediener ausgegeben.
In 10 ist die Darstellung von Atempausen bzw. Apnoen auf einem Display dargestellt, wobei die gezeigte Darstellungsform gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verzögerung einer Alarmausgabe kombiniert ist. In dem Diagramm auf der rechten Seite ist wiederum der Verlauf des Minutenvolumens über eine Zeitspanne von 15 Minuten aufgetragen. Mit einer horizontalen, strichlinierten Linie ist wiederum der untere kritische Grenzwert gekennzeichnet, während die alarmpflichtige Grenze mit Hilfe einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Der Kurvenverlauf des Minutenvolumens resultiert aus einer Atmung eines Patienten mit pathologischem Atemmuster. In diesem Fall atmet der Patient mit der sogenannten Biot-Atmung, die sich durch eine Mehrzahl gleichmäßiger Atemzüge gefolgt von einer längeren Atempause auszeichnet.
Um die Anzahl von Alarmen, die aufgrund der für die Biot-Atmung typischen Atempausen hervorgerufen werden, zu minimieren, ist in der Steuerung wiederum ein kritischer Bereich für das Minutenvolumen hinterlegt, der sich zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert befindet. Die Ausgabe eines akustischen Alarms erfolgt nur dann, wenn der Wert für das Minutenvolumen unter den alarmpflichtigen Grenzwert absinkt oder nicht innerhalb der Verzögerungszeit den unteren kritischen Grenzwert wieder übersteigt. Kommt es aufgrund einer Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwerts zu einer Alarmierung, wird diese erst wieder aufgehoben, wenn der Wert des Minutenvolumens den unteren kritischen Grenzwert überschreitet. Die entsprechenden Alarmierungszeiten sind unterhalb des rechten Diagramms als horizontale Balken dargestellt. Gestreifte Balken repräsentieren hierbei Zeitspannen, in denen sich das Minutenvolumen innerhalb des kritischen Bereichs befunden hat. Dagegen sind Zeitspannen, in denen ein akustischer Alarm ausgegeben wurde, durch vollständig gefüllte Balken dargestellt.
Ergänzend zum Verlauf des Minutenvolumens enthält die Darstellung gemäß 10 auf der linken Seite ein Histogramm, das die Häufigkeit des Auftretens von Atempausen oder Apnoen darstellt. In diesem Histogramm beschreibt die x-Achse die Dauer von Atempausen und Apnoen. Die y-Achse enthält dagegen die Information über die Häufigkeit des Auftretens entsprechender Atempausen bzw. Apnoen, wobei die Darstellung üblicherweise logarithmisch erfolgt. Der Bereich der x-Achse lässt sich in drei Bereiche aufteilen, nämlich einen linken Bereich, in dem natürliche Atempausen, also mit einer Dauer von wenigen Sekunden, dargestellt werden, einen mittleren Bereich, in dem tolerierbare Apnoen, die zu einem innerhalb des kritischen Bereichs liegenden Minutenvolumen führen erfasst sind und einen rechten Bereich, in dem im Beobachtungszeitraum aufgetretene Apnoen, die zu einem Minutenvolumen führen, das unterhalb des alarmpflichtigen Bereichs liegt, aufgetragen sind. Die in 10 gezeigte Darstellung enthält somit eine Gegenüberstellung des Verlaufs eines Minutenvolumens über einen Beobachtungszeitraum, hiervon 15 Minuten, sowie ein Histogramm, in dem die Häufigkeiten der in diesem Zeitraum aufgetretenen Atempausen und Apnoen, und zwar aufgeteilt in natürliche, tolerierbare und nicht tolerierbare Atempausen, erfasst und visualisiert werden. Dem Anwender ist es aufgrund dieser Darstellung vergleichsweise einfach möglich, das Atemmuster und den Zustand des beatmeten Patienten zu erkennen und sofern nötig entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Gleichfalls ist die Ausgabe von akustischen Alarmen wiederum auf ein vom Anwender als ausreichend eingestuftes Mindestmaß begrenzt.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Alarms, bei dem ein Minutenvolumen gemessen und ein Median des Minutenvolumens ermittelt werden sowie ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts generiert wird, in einer Steuerung hinterlegt werden, wobei sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts für eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte zeitliche Verzögerung ist, als auch bei einer Unterschreitung eines alarmpflichtigen Grenzwerts ein Alarmsignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Alarm während einer maschinellen Patientenbeatmung erzeugt wird und unter Berücksichtigung des unteren kritischen Grenzwerts für das Minutenvolumen und der zeitlichen Verzögerung ausgehend vom Median des Minutenvolumens ein Referenzsignal ermittelt wird, aus dem der unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts befindliche alarmpflichtige Grenzwert sowie eine maximal tolerierte Apnoedauer des Patienten abgeleitet werden, wobei das Referenzsignal das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Übertragungsgliedes bei einer Signaländerung am Eingang des Übertragungsgliedes ist und wobei das Referenzsignal erzeugt wird, indem ausgehend vom Median des Minutenvolumens und basierend auf den eingestellten Werten für den unteren kritischen Grenzwert sowie der maximale Verzögerungszeit das Ausgangssignal aufgenommen wird.
Verfahren zur Erzeugung eines Alarms, bei dem ein Minutenvolumen gemessen und ein Median des Minutenvolumens ermittelt werden sowie ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine maximal tolerierte Apnoedauer des Patienten in einer Steuerung hinterlegt werden, wobei sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts für eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte tolerierte Apnoedauer ist, als auch bei einer Unterschreitung eines alarmpflichtigen Grenzwerts ein Alarmsignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Alarm während einer maschinellen Patientenbeatmung erzeugt wird und unter Berücksichtigung des unteren kritischen Grenzwerts für das Minutenvolumen und der maximal tolerierten Apnoedauer ausgehend vom Median des Minutenvolumens ein Referenzsignal ermittelt wird, aus dem der unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts befindlicher alarmpflichtiger Grenzwert sowie eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts erfolgt, abgeleitet werden, wobei das Referenzsignal das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Übertragungsgliedes bei einer Signaländerung am Eingang des Übertragungsgliedes ist und wobei das Referenzsignal erzeugt wird, indem ausgehend vom Median des Minutenvolumens und basierend auf den eingestellten Werten für den unteren kritischen Grenzwert sowie der maximale Verzögerungszeit das Ausgangssignal aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte maximal tolerierte Apnoedauer optisch und/oder akustisch ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarms nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts erfolgt, optisch und/oder akustisch ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal unter Zugrundelegung eines zeitlichen Verhaltens eines bei der Messung des Minutenvolumens zum Einsatz kommenden Filters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal unter Zugrundelegung von während der Beatmung gemessenen Parametern der Beatmung und/oder der Atmung des Patienten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal mit Hilfe von Hashtabellen, in denen Werte für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens sowie für die maximal tolerierbare Apnoedauer hinterlegt sind, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Atempausen des Patienten ermittelt und Informationen über die Atempausen in einem Datenspeicher gespeichert und/oder grafisch auf einer Ausgabeeinheit dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Hashtabelle Werte für den unteren kritischen Grenzwert des Minutenvolumens und in einer zweiten Hashtabelle Werte für die zeitliche Verzögerung, die maximal tolerierte Apnoedauer und für den alarmpflichtigen Grenzwert hinterlegt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Werte für den unteren kritischen Grenzwert und/oder den alarmpflichtigen Grenzwert im Verhältnis zum Median des Minutenvolumens angegeben und/oder eingegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf des Minutenvolumens in einem Bereich zwischen dem unteren kritischen Grenzwert und dem alarmpflichtigen Grenzwert ausgewertet wird und unter Berücksichtigung der Auswertung die Generierung des Alarmsignals erfolgt, obwohl die festgelegte zeitliche Verzögerung noch nicht erreicht ist, oder verzögert wird, obwohl die festgelegte zeitliche Verzögerung bereits erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über einen zurückliegenden Verlauf des Minutenvolumens und/oder über Werte des Minutenvolumens, die sich unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts aber oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwerts befanden, abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über einen zurückliegenden Verlauf des Minutenvolumens und/oder über Werte des Minutenvolumens, die sich unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts aber oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwerts befanden, angezeigt und/oder an ein externes Gerät übertragen werden.
Steuerung, die Elemente zur Umsetzung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Steuerung mit einer darin implementierten Software zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Vorrichtung zur Überwachung eines maschinell beatmeten Patienten mit einer Eingabe- und einer Ausgabeeinheit, mit einer Auswerteeinheit sowie mit wenigstens einer Datenverbindung zum Datentransfer zwischen der Auswerteeinheit und einem Beatmungsgerät, wobei - die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass der Auswerteeinheit über die Datenverbindung Werte eines gemessenen Minutenvolumens zugeleitet werden und die Auswerteeinheit derart ausgeführt ist, dass auf der Grundlage des gemessenen Minutenvolumens ein Median des Minutenvolumens ermittelt wird, - die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass über eine Menüführung der Eingabeeinheit ein unterer kritischer Grenzwert des Minutenvolumens und eine zeitliche Verzögerung, mit der die Ausgabe eines Alarmsignals nach Unterschreiten des unteren kritischen Grenzwerts generiert wird, eingebbar sind und diese Werte der Auswerteeinheit über die Datenverbindung zugeleitet werden, und wobei - die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass in der Auswerteeinheit eine Alarminformation generiert wird, sobald das Minutenvolumen den unteren kritischen Grenzwert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit derart ausgeführt ist, dass in der Auswerteeinheit wenigstens ein das zeitliche Verhalten eines Filters berücksichtigendes Referenzsignal für das Minutenvolumen ermittelt wird, wobei das Referenzsignal das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals eines Filters bei einer Signaländerung am Eingang des Filters ist, und die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass unter Zugrundelegung des Referenzsignals sowie der hinterlegten Werte des unteren kritischen Grenzwerts für das Minutenvolumen und der zeitlichen Verzögerung ein unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts befindlicher alarmpflichtiger Grenzwert sowie eine maximal ohne Alarmierung tolerierte Apnoedauer des Patienten ermittelt werden und sowohl bei einer Unterschreitung des unteren kritischen Grenzwerts für eine Zeitspanne, die länger als die festgelegte zeitliche Verzögerung ist, als auch bei einer Unterschreitung des alarmpflichtigen Grenzwerts über die Ausgabeeinheit ein optisch und/oder akustisch wahrnehmbares Alarmsignal ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit und/oder in einem an diese angebundenen Datenspeicher Werte für den unteren kritischen Grenzwert, den alarmpflichtigen Grenzwert, die zeitliche Verzögerung und die maximal tolerierte Apnoedauer in Hashtabellen hinterlegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass in der Auswerteeinheit und/oder in einem an diese angebundenen Datenspeicher historische Informationen über einen zurückliegenden Verlauf des Minutenvolumens und/oder über Werte des Minutenvolumens, die sich unterhalb des unteren kritischen Grenzwerts aber oberhalb des alarmpflichtigen Grenzwerts befanden, abgelegt sind und über die Ausgabeeinheit angezeigt werden.