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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung zur künstlichen Beatmung mit
- - einer Beatmungsgasquelle,
- - einer zwischen der Beatmungsgasquelle und einem patientenseitigen, proximalen Ende verlaufenden Beatmungsleitungsanordnung,
- - einer Ventilanordnung, umfassend ein Inspirationsventil und ein Exspirationsventil,
- - einer Durchflusssensoranordnung zur quantitativen Erfassung eines Gasflusses in der Beatmungsleitungsanordnung, umfassend einen weiter vom patientenseitigen Ende der Beatmungsleitungsanordnung entfernt angeordneten distalen Durchflusssensor und einen näher beim patientenseitigen Ende der Beatmungsleitungsanordnung gelegenen proximalen Durchflusssensor,
- - eine Drucksensoranordnung zur quantitativen Erfassung eines Gasdrucks von in der Beatmungsleitungsanordnung strömendem Gas,
- - einer Druckveränderungsanordnung zur Veränderung des Gasdrucks des in der Beatmungsleitungsanordnung strömenden Gases, und mit
- - einer Steuereinrichtung, welche wenigstens dazu ausgebildet ist,
- • den Betrieb der Druckveränderungsanordnung auf Grundlage von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors zu steuern, und
- • auf Grundlage von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors und des distalen Durchflusssensors auf einen Fehler zu schließen.
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Als eine Beatmungsvorrichtung ist beispielsweise im Markt als Produkt „SERVO-U“ der Firma Maquet bekannt. Diese bekannte Beatmungsvorrichtung verwendet einen distalen Durchflusssensor im Inneren eines Beatmungsgeräts. An dem Beatmungsgerät ist das distale Ende einer Beatmungsschlauchanordnung der Beatmungsleitungsanordnung angeschlossen. Weiter verwendet die bekannte Beatmungsvorrichtung einen proximalen Durchflusssensor in Form eines Heißdrahtanemometers in einem Y-Verbindungsstück. Das Y-Verbindungsstück verbindet auf seiner zur Beatmungsgasquelle zugewandten Seite ein Schlauchpaar aus einem inspiratorischen Beatmungsschlauch und einen vom inspiratorischen Beatmungsschlauch gesondert ausgebildeten exspiratorischen Beatmungsschlauch mit einer auf seiner dem Patienten zugewandten Seite angeordneten zum Patienten hin führenden Beatmungsleitung. Die Bedienungsanleitung zu dieser bekannten Beatmungsvorrichtung gibt ohne nähere Spezifikation an, dass die Ausgaben von internen Druck- und Flusssensoren mit dem Messergebnis des proximalen Sensors in dem Y-Verbindungsstück verglichen werden und der proximale Sensor deaktiviert wird, wenn zwischen den zum Vergleich herangezogenen Werten eine signifikante Abweichung festgestellt wird.
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Die Beatmungsvorrichtung „SERVO-U“ ist jedoch nicht gattungsgemäß, da deren Steuereinrichtung nicht zur Steuerung des Betriebs der Druckveränderungsanordnung auf Grundlage von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors ausgebildet ist.
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Als gattungsgemäße Beatmungsvorrichtungen sind beispielsweise Beatmungsvorrichtungen der Anmelderin bekannt, die im Markt unter den Bezeichnungen „Hamilton-S1“, „Hamilton-G1“ und „Hamilton-C3“ angeboten und vertrieben werden. Diese sind in der Lage gemäß dem aus dem Hause der Anmelderin bekannten Beatmungsmodus „Adaptive Pressure Ventilation (APV)“ zu arbeiten, bei welchem die Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Messsignal des proximalen Durchflusssensors, also abhängig vom erfassten proximalen Fluss des Beatmungsgases, den Druck des Beatmungsgases in der Beatmungsleitungsanordnung so verändert, dass der proximale Fluss einen vorbestimmten Zielwert oder Zielwertebereich erreicht beziehungsweise beibehält.
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Mit Begriffen der Wortfamilie „Fluss“, wie etwa „Fluss“, „Durchfluss“, „Gasfluss“ und dergleichen, sind in der vorliegenden Anmeldung sowohl ein zeitbezogener Volumenstrom, etwa notiert als Volumen pro Zeit, als auch ein durch den Strom während einer Zeitdauer bewegtes Volumen selbst bezeichnet. Dies gilt für die Darstellung des Standes der Technik ebenso wie für die Beschreibung der Erfindung. Ein Durchflusssensor liefert in der Regel ein Signal, das einen quantifizierten zeitbezogenen Strom eines Fluids, also ein Volumen pro Zeit repräsentiert. Die Steuereinrichtung oder der Durchflusssensor selbst integriert das vom Durchflusssensor erhaltene Signal üblicherweise zu einem Wert auf, welcher ein am Durchflusssensor während des Integrationszeitraums vorbeigeströmtes Volumen repräsentiert. Obwohl das Rohsignal eines Durchflusssensors üblicherweise messprinzipbedingt einen zeitbezogenen Volumenstrom repräsentiert, wird zur Steuerung der Druckveränderungsvorrichtung als Fluss bevorzugt das daraus durch Integration erhaltene Volumen herangezogen, da durch die Integration eine Signalglättung bewirkt wird und das Signal somit präziser datentechnisch verarbeitbar ist. Sofern die vorliegende Anmeldung unterschiedliche Flüsse (Fluss- bzw. Durchflusswerte) in Beziehung zueinander setzt, wie etwa einen durch den distalen Durchflusssensor ermittelten distalen Beatmungsgasfluss und einen durch den proximalen Durchflusssensor ermittelten proximalen Beatmungsgasfluss, sind diese Flüsse zur Sicherstellung ihrer Vergleichbarkeit einheitlich jeweils entweder als zeitbezogener Volumenstrom oder, bevorzugt, als Volumen zu interpretieren.
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Dementsprechend ist mit „Messsignal“ eines Durchflusssensors sowohl das Rohsignal als auch ein daraus durch datentechnische Verarbeitung, wie etwa Integration, erhaltenes weiterverarbeitetes Signal bezeichnet. Wiederum gilt, dass dann, wenn unterschiedliche Messsignale in Beziehung zueinander gesetzt sind, diese jeweils einheitlich in derselben datentechnischen Verarbeitungsstufe zu verstehen sind.
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Die Steuereinrichtungen der gattungsgemäßen Beatmungsvorrichtungen vergleichen Messsignale des distalen und des proximalen Durchflusssensors und schließen dann auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors, wenn sich die Messsignale des distalen und des proximalen Durchflusssensors in einer anderen als der für den jeweils herrschenden Betriebszustand zu erwartenden bzw. zulässigen Weise unterscheiden. Der abhängig vom Betriebszustand erwartete oder zulässige Unterschied der Messsignale kann durch Schwellenwert-Kennwert oder -Kennfelder berücksichtigt werden, in welchen in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung wenigstens ein Unterschiedsschwellenwert zur Fehlererkennung hinterlegt ist, insbesondere als Funktion anderer Betriebsparameter hinterlegt ist.
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Nachteilig an der bekannten gattungsgemäßen Beatmungsvorrichtung und der dort offenbarten, allein auf die Messsignale der Durchflusssensoren gestützten Fehlererfassung ist, dass während der Beatmung von Patienten trotz vorliegender Funktionstüchtigkeit der Messtechnik an der Beatmungsvorrichtung Situationen eintreten können, die die Messsignale des distalen und des proximalen Durchflusssensors so beeinflussen, dass ein Vergleich derselben zu einer falsch-positiven Fehlererfassung führt.
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Grundsätzlich ist vorauszuschicken, dass der vom distalen Durchflusssensor erfasste Beatmungsgas-Durchflusswert stets betragsmäßig größer ist als der vom proximalen Durchflusssensor erfasste Wert.
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Dies liegt zu einem Teil an Elastizitäten in dem zwischen distalem und proximalem Durchflusssensor liegenden Abschnitt der Beatmungsleitungsanordnung. Ein Anteil des Gasstroms, welcher vom distalen Durchflusssensor erfasst wird, dient der Dehnung der elastischen Abschnitte der Beatmungsleitungsanordnung und erreicht den proximalen Durchflusssensor nicht.
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Dies liegt zu einem weiteren Teil an Undichtigkeiten des Exspirationsventils, wegen welcher ein Anteil am gesamten Beatmungsgasstrom als Querstrom in einem strömungsmechanischen Kurzschluss vom Inspirationsventil zum Exspirationsventil strömen kann, ohne den Patienten und ohne den proximalen Durchflusssensor zu erreichen. Auch der als Querstrom für die Beatmung eines Patienten verlorene Gasflussanteil wird vom distalen, nicht jedoch vom proximalen Durchflusssensor erfasst.
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Zum einen hat sich nun gezeigt, dass eine tatsächliche Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des proximalen Durchflusssensors durch sich darin ansammelnde Flüssigkeit - sei es als Kondensat aus der Beatmungsluft oder sei es alternativ oder zusätzlich durch Speichel des Patienten - zu einer signifikanten Verfälschung des Erfassungsergebnis des proximalen Durchflusssensors führt. Genauer wird unter dem Einfluss der sich im Sensor ansammelnden Flüssigkeit üblicherweise ein höherer Beatmungsgasfluss erfasst als tatsächlich vorhanden ist.
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Der in der Regel von Flüssigkeit stets unbeeinflusste distale Durchflusssensor erfasst nach wie vor den korrekten Beatmungsgasfluss, sodass sich aufgrund der fehlerhaften Erfassung durch den proximalen Durchflusssensor die erfassten Flusswerte beider Sensoren betragsmäßig annähern.
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Zum anderen kann jedoch durch eine Änderung der Elastizität der Beatmungsleitungsanordnung oder durch eine Änderung der Compliance der beatmeten Lunge ein ähnlicher Effekt eintreten: Beispielsweise kann durch ein lokales partielles Abknicken eines Beatmungsschlauchs der Beatmungsleitungsanordnung der Beatmungsschlauch steifer werden, sodass er durch das in ihm strömende Beatmungsgas weniger stark gedehnt wird als vor der Änderung. In der Folge kann wegen der geringeren Verformung des Beatmungsschlauchs weniger Beatmungsgas im verformten Beatmungsschlauch gespeichert werden, sodass bei zunächst gleichen Beatmungsparametern mehr Beatmungsgas, also ein größerer Beatmungsgasfluss, den Patienten und somit den proximalen Durchflusssensor erreicht als vor der Steifigkeitsänderung des Beatmungsschlauchs.
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Ein ähnlicher Effekt kann durch Umlagerung des Patienten entstehen, wenn durch eine Lage- oder Haltungsänderung des Patienten Lungenpartien der Beatmung zugänglich oder leichter zugänglich sind, die vor der Umlagerung unzugänglich oder schwerer zugänglich waren. Hierdurch kann der proximale Beatmungsgasfluss bei ansonsten gleichen Beatmungsparametern plötzlich ansteigen.
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Dann, wenn, wie etwa in dem oben genannten Betriebsmodus „APV“ der proximale Beatmungsgasfluss durch Veränderung des Beatmungsgasdrucks gesteuert bzw. geregelt wird, führt eine Zunahme des erfassten proximalen Flusses an Beatmungsgas steuerungs- bzw. regelungsbedingt zu einer Absenkung des Beatmungsgasdruckes, um den als erhöht erfassten proximalen Flusswert wieder auf sein ursprüngliches Soll-Niveau zu senken.
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Die Steuereinrichtung hält somit den erfassten proximalen Beatmungsgasfluss durch Verminderung des Beatmungsgasdrucks konstant. Als Folge des verringerten Drucks des Beatmungsgases sinkt jedoch der vom distalen Durchflusssensor erfasste Fluss, sodass es wiederum zu einer betragsmäßigen Annäherung der vom distalen und vom proximalen Durchflusssensor erfassten Flusswerte kommt.
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Die betragsmäßige Annäherung der erfassten Flusswerte von distalem und proximalem Durchflusssensor ist somit zwar in den meisten Fällen ein Indiz für einen in seiner Funktionalität beeinträchtigten proximalen Durchflusssensor, jedoch nicht in allen Fällen. Allerdings ist auch eine geringe Anzahl von falsch-positiven Fehlermeldungen oder Alarmen bei der künstlichen Beatmung von Patienten unerwünscht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Beatmungsvorrichtungen der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass ein Fehler des proximalen Durchflusssensors mit noch größerer Sicherheit als bisher erkannt werden kann und die oben beschriebenen falsch-positiven Fehlererfassungen vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beatmungsvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors und des distalen Durchflusssensors auf einen Fehlerkandidaten des proximalen Durchflusssensors zu schließen und erst nach Ablauf einer vorbestimmten Verifizierungsphase nach Erkennung des Fehlerkandidaten auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors zu schließen, falls nach Ablauf der Verifizierungsphase Kriterien zur Erkennung des Fehlerkandidaten immer noch vorliegen.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird in der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung ein Fehler nicht sofort ausgelöst, wenn Messsignale des distalen und des proximalen Durchflusssensors vordefinierte Fehlererkennungskriterien erfüllen, sondem es wird erst eine vordefinierte Verifizierungsphase abgewartet. Nur dann, wenn die Fehlererkennungskriterien nach Ablauf der Verifizierungsphase immer noch erfüllt sind, schließt die Steuereinrichtung der Beatmungsvorrichtung auf einen Fehler und gibt gewünschtenfalls ein entsprechendes Fehler-, Warn- oder/und Alarmsignal aus.
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Ein solches Fehlerkriterium kann, wie unten im Detail erläutert werden wird, eine Veränderung des betragsmäßigen Unterschieds zwischen dem vom proximalen und vom distalen Durchflusssensor jeweils erfassten Beatmungsgasfluss sein.
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So kann ein Fehlerkandidat dadurch erkannt werden, dass sich der Unterschied zwischen erfasstem distalem und proximalem Beatmungsgasfluss in einen Wertebereich hinein verändert, welcher als Fehlerwertebereich vordefiniert ist oder/und welcher außerhalb eines Unterschiedswertebereichs mit zulässigen Unterschiedswerten liegt.
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Ursache für eine solche Veränderung muss jedoch nicht notwendigerweise ein Fehler des proximalen Durchflusssensors sein, wenngleich dies in den meisten Fällen so sein wird.
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Liegt nach Ablauf der Verifizierungsphase, die eine Mehrzahl von Atemhüben dauert, der betragsmäßige Unterschied zwischen dem erfassten distalen und proximalen Beatmungsgasfluss immer noch im Fehlerwertebereich oder/und außerhalb des Unterschiedswertebereichs, wird auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors geschlossen und es werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet, wie etwa die Ausgabe eines Alarmsignals.
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Grundsätzlich können die Fehlererkennungskriterien zur Erkennung eines Fehlerkandidaten und zur Bestätigung desselben nach Ablauf der Verifizierungsphase dieselben sein und beispielsweise auf Grundlage nur der Messsignale der Durchflusssensoranordnung beruhen.
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Allerdings können die Messsignale des distalen oder/und des proximalen Durchflusssensors einer relativ starken Beeinträchtigung durch Rauschen unterliegen. Eine noch genauere Fehlerbestimmung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dadurch sichergestellt werden, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors in Abhängigkeit von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors, des distalen Durchflusssensors und der Drucksensoranordnung zu schließen, und zwar in Abhängigkeit von Messsignalen des proximalen Durchflusssensors und des distalen Durchflusssensors, welche während desselben Atemhubs erfasst werden, und in Abhängigkeit von Messsignalen der Drucksensoranordnung, welche während unterschiedlicher Atemhübe erfasst werden.
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Anders als bisher im Stand der Technik erfolgt die Erkennung eines fehlerhaften Betriebs des proximalen Durchflusssensors nicht mehr allein in Abhängigkeit von Messsignalen des distalen und des proximalen Durchflusssensors, sondern zusätzlich in Abhängigkeit von Messsignalen der Drucksensoranordnung.
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Dabei kann die Berücksichtigung von Messsignalen der beiden Durchflusssensoren während ein und desselben Atemhubs nach wie vor als Anfangskriterium verwendet werden, um auf einen Fehlerkandidaten zu schließen. Ob sich der aufgrund der Messsignale der Durchflusssensoren ermittelte Fehlerkandidat als tatsächlicher Fehler des proximalen Durchflusssensors herausstellt, kann in Abhängigkeit von Messsignalen der Drucksensoranordnung ermittelt werden, die in unterschiedlichen Atemhüben erfasst werden. Vorzugsweise ist dabei einer der beiden unterschiedlichen Atemhübe, in denen die Messsignale der Drucksensoranordnung für eine Fehlerbeurteilung erfasst bzw. erzeugt werden, jener Atemhub, in dem die Messsignale des distalen und des proximalen Durchflusssensors zur Erkennung eines Fehlerkandidaten führen.
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Die Fehlererfassung dauert somit erfindungsgemäß länger als bisher im Stand der Technik, da erst mit der Druckerfassung zum späteren Zeitpunkt nach Verstreichen einer Anzahl von Atemhüben auf einen Fehler geschlossen werden kann, jedoch können hierdurch die unerwünschten falsch-positiven Fehlermeldungen nach bisherigen Ergebnissen nahezu vollständig vermieden werden. Die Dauer der Fehlererfassung ist dabei so gewählt, dass selbst dann, wenn im Atemhub der einen Fehlerkandidaten anzeigenden Erfassungsergebnisse der Durchflusssensoren tatsächlich ein Fehler im proximalen Durchflusssensor vorliegt, dieser tatsächlich vorliegende Fehler bis zu seiner endgültigen Erkennung einige Atemhübe später sich nicht so gravierend auf den Patienten auswirkt, wie es eine falsch-positive Fehlererfassung tun könnte. Die erfindungsgemäß gewonnene Sicherheit in der Fehlererfassung überwiegt daher die erhöhte Dauer bis zur endgültigen Fehlererfassung bei weitem.
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Es versteht sich dabei von selbst, dass die jeweiligen Messsignale der einzelnen Sensoren für Gasfluss und Gasdruck fachüblich so zu erfassen sind, dass miteinander zu vergleichende Messsignale auch vergleichbar sind.
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So können die miteinander zu vergleichenden Messsignale der Sensoren Rohdaten-Messsignale sein, welche jedoch üblicherweise während des Beatmungsbetriebs sehr stark schwanken und mitunter einem gewissen Rauschen unterliegen können.
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Ebenso können die zu vergleichenden Messsignale jeweils nur einen während eines Atemhubs erfassten Maximalwert des Flusses oder/und des Druckes berücksichtigen. Weiterhin können die zu vergleichenden Messsignale während eines Atemhubs eine Glättung oder eine Filterung erfahren, etwa dergestalt, dass gleitende Mittelwerte oder gewichtete gleitende Mittelwerte des jeweiligen Messsignals eines Sensors für den Signalvergleich berücksichtigt werden.
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Liegt tatsächlich kein Funktionsfehler im proximalen Durchflusssensor vor, kann der zunächst aufgrund einer Erfassung des proximalen Beatmungsgasflusses veränderte Beatmungsgasdruck oder/und der proximale Beatmungsgasfluss selbst wieder sein ursprüngliches Niveau oder seinen ursprünglichen Niveaubereich des bestimmungsgemäßen Betriebs erreichen, - etwa weil ein Knick im Beatmungsschlauch wieder aufgelöst wurde oder weil sich der Patient in seine ursprüngliche Lage zurückverlagert hat - sodass am zu unterschiedlichen Zeiten erfassten Beatmungsgasdruck oder/und am zu unterschiedlichen Zeiten erfassten proximalen Beatmungsgasfluss erkennbar wird, ob der Fehlerkandidat ein tatsächlicher Fehler ist oder nicht. Die Erfassung des Gasdrucks unterliegt dabei während der Erfassungsdauer üblicherweise weniger starken Variationen oder/und Rauschen als die Erfassung des Gasflusses, sodass sich der Druckwert besser zur Absicherung der Fehlerentscheidung eignet als der proximale Gasfluss. Der vom proximalen Durchflussmesser erfasste Flusswert alleine ist als Kriterium für die Fehlerbeurteilung auch deshalb weniger sicher, da dieser durch Steuerung der Druckveränderungsanordnung gerade auf einem vorbestimmten Wert oder in einem vorbestimmten Wertebereich gehalten werden soll. Der proximale Flusswert ist daher ein regelungstechnisch manipulierter Wert.
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Mit „Beatmungsgasquelle“ ist ganz allgemein jede Art von Beatmungsgasquelle gemeint, die dazu dient, Beatmungsgas in die Beatmungsleitungsanordnung einzuleiten. Dies kann eine Anschlussformation der Beatmungsvorrichtung sein, welche zur Verbindung mit einem gebäudeseitig fest installierten Beatmungsgasvorrat ausgebildet ist. Dies kann auch eine Pumpe sein, welche in der Beatmungsgasvorrichtung Beatmungsgas aus einem Vorrat, der auch die Außenumgebung sein kann, ansaugt und in die Beatmungsleitungsanordnung einleitet. Eine solche Pumpe kann auch als Gebläse ausgestaltet sein.
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Als „Druckveränderungsanordnung“ ist jede Vorrichtung zu verstehen, welche dazu geeignet und bestimmt ist, den Druck des in der Beatmungsleitungsanordnung strömenden Beatmungsgases zu verändern. Dies kann dann, wenn die Beatmungsgasquelle lediglich eine Anschlussformation an einen gebäudeseitig installierten Gasvorrat ist, eine Ventilanordnung zur Druckminderung sein. Die Druckveränderungsanordnung kann dann, wenn die Beatmungsgasquelle die oben genannte Pumpe bzw. das Gebläse aufweist, Teile oder die Gesamtheit der von der Steuereinrichtung in ihrer Leistung veränderlichen Beatmungsgasquelle, etwa die Pumpe oder das Gebläse, selbst umfassen oder sogar sein. Auch dann, wenn die Beatmungsgasquelle die oben genannte Pumpe oder das Gebläse gebildet ist, kann die Druckveränderungsanordnung zusätzlich zur Beatmungsgasquelle selbst ein Druckminderungsventil umfassen oder kann ausschließlich durch ein Druckminderungsventil gebildet sein, etwa wenn die Pumpe oder das Gebläse mit konstanter Last läuft.
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Da, wie oben bereits dargelegt wurde, der vom distalen Durchflusssensor erfasste Beatmungsgasfluss aufgrund von Verlusten, die erst in Inspirationsrichtung stromabwärts des distalen Durchflusssensors auftreten, in der Regel einen betragsmäßig größeren Beatmungsgasfluss erfasst als der proximale Durchflusssensor, kann die Beatmungsvorrichtung zur noch weiter verbesserten Fehlererfassung dadurch weitergebildet sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, dann auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors zu schließen,
- - wenn ein betragsmäßiger Fluss-Unterschiedswert, welcher einen Unterschied zwischen dem vom distalen Durchflusssensor erfassten distalen Gasfluss und dem vom proximalen Durchflusssensor während desselben Atemhubs erfassten proximalen Gasfluss angibt, außerhalb eines Fluss-Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereich liegt, und
- - wenn ein betragsmäßiger Druck-Unterschiedswert, welcher einen Unterschied zwischen den während unterschiedlicher Atemhübe von der Drucksensoranordnung erfassten Gasdrücken angibt, außerhalb eines Druck-Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereich liegt.
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Jeder der Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereiche kann vorbestimmt sein oder kann aufgrund von in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung hinterlegten Berechnungsroutinen abhängig von jeweils herrschenden Beatmungsparametern oder/und Zustandsparametern des zu beatmenden Patienten bestimmt werden.
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Dabei kommt es erfindungsgemäß nicht darauf an, dass die Steuereinrichtung in ihren Rechenoperationen tatsächlich alleine mit Beträgen der Erfassungswerte oder der Unterschiedswerte operiert. Es kommt vielmehr darauf an, dass die Rechenoperationen, die die Steuereinrichtung ausführt, in ihrer Wirkung den beschriebenen Bedingungen genügen.
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Da der am häufigsten auftretende Fall eines Fehlerkandidaten jener sein wird, dass sich die vom distalen und vom proximalen Durchflusssensor erfassten Flusswerte einander betragsmäßig annähern, kann die Sicherheit der Fehlererfassung durch die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung noch weiter dadurch erhöht werden, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, dann auf einen Fehler des proximalen Durchflusssensors zu schließen,
- - wenn der Betrag der Fluss-Differenz als der betragsmäßige Fluss-Unterschiedswert zwischen dem vom distalen Durchflusssensor erfassten distalen Gasfluss und dem während desselben Atemhubs vom proximalen Durchflusssensor erfassten proximalen Gasfluss einen Fluss-Differenzschwellenwert unterschreitet, und
- - wenn der Betrag der Druck-Differenz als der betragsmäßige Druck-Unterschiedswert zwischen den während unterschiedlicher Atemhübe von der Drucksensoranordnung erfassten Gasdrücken einen Druck-Differenzschwellenwert überschreitet.
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Wiederum soll es dabei unerheblich sein, ob die Steuereinrichtung in ihren Rechenoperationen tatsächlich nur die Beträge von Erfassungs- und Differenzwerten verwendet. Entscheidend ist, dass die Rechenoperationen der Steuereinrichtung im Ergebnis den genannten Bedingungen entsprechen.
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Für die Bestimmung der Differenzschwellenwerte gilt das oben zu den Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereichen Gesagte entsprechend. Jeder der Differenzschwellenwerte kann vorbestimmt sein oder situativ bestimmt werden.
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Bevorzugt erfolgt eine erste Erfassung eines Gasdrucks durch die Drucksensoranordnung zur Beurteilung des Fehlerkandidaten zeitnah mit der Feststellung, dass überhaupt ein Fehlerkandidat vorliegt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, als Basis für die Ermittlung des betragsmäßigen Druck-Unterschiedswerts einen Bezugs-Gasdruck zu speichern, welcher unter Einbeziehung des in einem Bezugs-Atemhub erfassten Gasdrucks gebildet ist, wobei der Bezugs-Atemhub jener Atemhub ist, in welchem der betragsmäßige Fluss-Unterschiedswert nach einer Folge von wenigstens vier Atemhüben mit betragsmäßigen Fluss-Unterschiedswerten innerhalb des Fluss-Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereichs erstmals außerhalb eines Fluss-Unterschiedswerte-Zulässigkeitsbereich liegt, oder/und der diesem Atemhub unmittelbar vorhergehende Atemhub ist.
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Der Bezugs-Atemhub kann außerdem ein Mittelwert, etwa auch ein gewichteter Mittelwert, von in zwei oder mehr unterschiedlichen Atemhüben erfassten Druckwerten sein, welche unterschiedlichen Atemhüben vorzugsweise unmittelbar aufeinander folgen, und von welchen der zeitlich jüngste einer der oben genannten möglichen Bezugs-Atemhübe ist.
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Wenngleich also der Bezugs-Gasdruck aus einer Mehrzahl von einzelnen Gasdruckwerten aus zwei oder mehr unterschiedlichen Atemhüben gebildet sein kann, ist für einen einfachen, aber gleichwohl sicheren Fall einer verbesserten Fehlererfassung vorteilhaft, wenn der Bezugs-Gasdruck der in dem Bezugs-Atemhub erfasste Gasdruck ist.
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Mit der Verwendung von durch die Drucksensoranordnung in unterschiedlichen Atemhüben erfassten Druckwerten ist eine Zeitdauer unvermeidlich, die ab Erkennung eines Fehlerkandidaten bis zur Erkennung eines Fehlers verstreicht. Es ist dabei nicht empfehlenswert, diese Zeitdauer zu kurz zu wählen, da die Ursachen von Fehlerkandidaten, welche mittels einer Messsignalverarbeitung durch die Steuereinrichtung erkannt werden, dann, wenn kein Sensorfehler vor liegt, in der Regel nicht sofort wieder verschwinden. Es hat sich zur Vermeidung von zu kurzen Zeitdauern für die Beurteilung eines Fehlerkandidaten als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verifikationsphase wenigstens 8, vorzugsweise wenigstens 18, stärker bevorzugt wenigstens 38, höchst bevorzugt wenigstens 48 Atemhübe lang ist. Dies bedeutet für die bevorzugte Ausführungsform, welche den in unterschiedlichen Atemhüben erfassten Gasdruck des Beatmungsgases berücksichtigt, dass vorteilhafterweise zwischen den Atemhüben, in denen die zur Ermittlung eines Fehlers des proximalen Durchflusssensors relevanten Gasdruckerfassungen durch die Drucksensoranordnung erfolgen, wenigstens 8, vorzugsweise wenigstens 18, stärker bevorzugt wenigstens 38, höchst bevorzugt wenigstens 48 Atemhübe liegen.
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Ebenso sollte eine Beurteilung eines erkannten Fehlerkandidaten nicht unnötig lange dauern, da ansonsten der Patient über zu lange Zeit mit tatsächlich fehlerhaftem Durchflusssensor und damit mit daraus resultierenden fehlerhaften Beatmungsparametern beatmet werden könnte. Zur Vermeidung einer zu langen Beatmungszeit unter möglicherweise falschen Bedingungen aufgrund eines fehlerhaften proximalen Durchflusssensors hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verifikationsphase nicht mehr als 78, vorzugsweise nicht mehr als 68, stärker bevorzugt nicht mehr als 58 Atemhübe lang ist. Dies bedeutet für die bevorzugte Ausführungsform, welche den in unterschiedlichen Atemhüben erfassten Gasdruck des Beatmungsgases berücksichtigt, dass vorteilhafterweise zwischen den Atemhüben, in denen die zur Ermittlung eines Fehlers des proximalen Durchflusssensors relevanten Gasdruckerfassungen durch die Drucksensoranordnung erfolgen, nicht mehr als 78, vorzugsweise nicht mehr als 68, stärker bevorzugt nicht mehr als 58 Atemhübe liegen.
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Wenngleich die vorliegende Beatmungsvorrichtung Fehler von proximalen Drucksensoren in zahlreichen Beatmungsbetriebsmodi mit erhöhter Sicherheit erfassen kann, ist die durch die vorliegende Erfindung erzielte erhöhte Genauigkeit bei der Fehlererkennung besonders für den Betriebsmodus „APV“ relevant, wie er oben beschrieben ist. Daher ist die Steuereinrichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bevorzugt dazu ausgebildet, im bestimmungsgemäßen Beatmungsbetrieb die Druckveränderungsanordnung zur Veränderung des Gasdrucks des in der Beatmungsleitungsanordnung strömenden Gases nach Maßgabe des Messsignals des proximalen Durchflusssensors derart anzusteuern, dass ein vom proximalen Durchflusssensor erfasster Gasflusswert innerhalb eines vorgegebenen Gasfluss-Wertebereichs liegt. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die die Druckveränderungsanordnung derart anzusteuern, dass der vom proximalen Durchflusssensor erfasster Gasflusswert im Wesentlichen konstant ist.
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Wenngleich der proximale Durchflusssensor ein beliebiger Durchflusssensor sein kann, welcher ein beliebiges physikalisches Messprinzip oder sogar mehrere unterschiedliche Messprinzipien zur Erfassung eines Gasflusses nutzen kann, ist aus Gründen der Genauigkeit des mit einem ordnungsgemäß funktionierenden Durchflusssensors erfassbaren Gasflusses der proximale Durchflusssensor bevorzugt ein Differenzdrucksensor.
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Vorteilhafterweise kann die für einen Differenzdrucksensor als Durchflusssensor ohnehin notwendige Drucksensoranordnung zur Erfassung des Gasdrucks herangezogen werden, welche die Steuereinrichtung zur Beurteilung des Fehlerkandidaten verwendet. Daher kann zur Verringerung der zur Bildung der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung notwendigen Anzahl an Bauteilen vorgesehen sein, dass die Drucksensoranordnung wenigstens einen der am Differenzdrucksensor erfassten Gasdrücke als den Gasdruck von in der Beatmungsleitungsanordnung strömendem Gas erfasst und dass die Steuereinrichtung diesen erfassten Gasdruck zur Ermittlung eines Fehlers des proximalen Durchflusssensors verwendet.
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In diesem Fall ist der vom proximalen Durchflusssensor erfasste proximale Fluss lediglich eine aus den Messsignalen der Drucksensoranordnung des Differenzdrucksensors abgeleitete Größe. Die oben genannten Messsignale des proximalen Durchflusssensors einerseits und der Drucksensoranordnung andererseits können daher ein und dieselben Messsignale sein. In Abwandlung der oben gewürdigten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung daher dazu ausgebildet sein, auf einen Fehler des als Differenzdrucksensor ausgebildeten proximalen Durchflusssensors nur in Abhängigkeit von Messsignalen des distalen Durchflusssensors und der Drucksensoranordnung zu schließen, und zwar in Abhängigkeit von Messsignalen des distalen Durchflusssensors, welche während desselben Atemhubs erfasst werden, und in Abhängigkeit von Messsignalen der Drucksensoranordnung, welche während unterschiedlicher Atemhübe erfasst werden, wobei bevorzugt einer der unterschiedlichen Atemhübe jener ist, in dem die Messsignale des distalen Durchflusssensors erfasst werden.
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Dabei müssen die am Differenzdrucksensor von der Drucksensoranordnung erfassten Druck-Messsignale für einen Vergleich mit den Messsignalen des distalen Durchflusssensors nicht einmal in übereinstimmende physikalische Größen umgerechnet werden. Es kann stattdessen auch schlicht eine Prüf-Kennzahl aus distalem Fluss-Messsignal und proximalem Druck-Messsignal gebildet werden, beispielsweise als Verhältnis der beiden Messsignale bzw. Messsignalwerte. Liegt eine so gebildete Prüf-Kennzahl außerhalb eines vordefinierten oder aus Patienten-Zustands- und Beatmungsbetriebsparametern definierbaren Zulässigkeits-Wertebereichs oder unter- oder oberhalb einer vordefinierten oder definierbaren Zulässigkeitsschwelle, wird auf einen Fehlerkandidaten geschlossen. Liegen nach Ablauf der Verifikationsphase noch Kriterien für eine Fehlererfassung vor, wird auf einen Fehler geschlossen. Ein solches Kriterium kann die Prüf-Kennzahl selbst sein, die nach Ablauf der Verifikationsphase entweder wieder in ihren Zulässigkeits-Wertebereich zurückgekehrt ist oder nicht, oder/und ein solches Kriterium kann das Druck-Messsignal der Drucksensoranordnung sein, das wieder auf sein Niveau unmittelbar vor der Ermittlung des Fehlerkandidaten zurückgekehrt ist oder nicht.
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Zur möglichst raschen Behebung des einmal erkannten Fehlers ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, dann, wenn sie auf einen Fehler in dem proximalen Durchflusssensor schließt, eine Fehlermeldung auszugeben.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Beatmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
- 2 einen beispielhaften ersten Plot von Erfassungssignalen des distalen und des proximalen Durchflusssensors sowie der Drucksensoranordnung der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung von 1, dessen Signalverläufe in der Steuereinrichtung der Beatmungsvorrichtung von 1 zur Erkennung eines Fehlerkandidaten, aber nicht zur Erkennung eines Fehlers führen, und
- 3 einen beispielhaften zweiten Plot von Erfassungssignalen des distalen und des proximalen Durchflusssensors sowie der Drucksensoranordnung der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung von 1, dessen Signalverläufe in der Steuereinrichtung der Beatmungsvorrichtung von 1 zur Erkennung eines Fehlerkandidaten und schließlich eines Fehlers führen.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Beatmungsvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Beatmungsvorrichtung 10 dient im dargestellten Beispiel zur künstlichen Beatmung eines humanen Patienten 12.
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Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung 10 als mobile Beatmungsvorrichtung 10 auf einem rollbaren Gestell 13 aufgenommen sein kann.
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Die Beatmungsvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem - von außen wegen des blickdichten Gehäusematerials nicht erkennbar - eine Druckveränderungsanordnung 16 und eine Steuereinrichtung 18 aufgenommen sein können.
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Die Druckveränderungsanordnung 16 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und weist eine Gasquelle 15 in Gestalt einer Pumpe, eines Verdichters oder eines Gebläses auf, die jeweils lastveränderlich ansteuerbar sind und daher nicht nur der Einleitung von Beatmungsgas in die Beatmungsvorrichtung, sondern auch der Änderung des Drucks des eingeleiteten Beatmungsgases dienen. Die Gasquelle 15 kann alternativ auch durch einen Druckbehälter gebildet sein, welcher an das Gehäuse 14 der Beatmungsvorrichtung 10 anschließbar ist. Die Druckveränderungsanordnung 16 kann die Gasquelle 15 und gegebenenfalls zusätzlich - oder im Falle eines unter Druck stehenden Gasvorrats als Gasquelle alternativ - ein Reduzierventil und dergleichen aufweisen. Weiter weist die Beatmungsvorrichtung 10 in an sich bekannter Weise ein Inspirationsventil 20 und ein Exspirationsventil 22 auf.
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Die Steuereinrichtung 18 ist üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor realisiert. Sie umfasst eine in 1 nicht dargestellte Speichereinrichtung, um für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 notwendige Daten speichern und erforderlichenfalls aufrufen zu können. Die Speichereinrichtung kann bei Netzwerkbetrieb auch außerhalb des Gehäuses 14 gelegen und durch eine Datenübertragungsverbindung mit der Steuereinrichtung 18 verbunden sein. Die Datenübertragungsverbindung kann durch eine Kabel- oder eine Funkstrecke gebildet sein. Um jedoch zu verhindern, dass Störungen der Datenübertragungsverbindung sich auf den Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 auswirken können, ist die Speichereinrichtung bevorzugt in die Steuereinrichtung 18 integriert oder wenigstens im selben Gehäuse 14 wie diese aufgenommen.
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Zur Eingabe von Daten in die Beatmungsvorrichtung 10 bzw. genauer in die Steuereinrichtung 18 weist die Beatmungsvorrichtung 10 einen Dateneingang 24 auf, welcher in dem in 1 dargestellten Beispiel durch eine Tastatur repräsentiert ist. Die Steuereinrichtung 18 kann alternativ oder zusätzlich zur dargestellten Tastatur Daten über verschiedene Dateneingänge erhalten, etwa über eine Netzwerkleitung, eine Funkstrecke oder über Sensoranschlüsse 26, auf die weiter unten im Einzelnen eingegangen wird.
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Zur Ausgabe von Daten an den behandelnden Therapeuten kann die Beatmungsvorrichtung 10 ein Ausgabegerät 28 aufweisen, im dargestellten Beispiel einen Bildschirm.
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Zur künstlichen Beatmung ist der Patient 12 mit der Beatmungsvorrichtung 10, genauer mit der Druckveränderungsanordnung 16 im Gehäuse 14, über eine Beatmungsleitungsanordnung 30 verbunden. Der Patient 12 ist hierfür intubiert.
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Die Beatmungsleitungsanordnung 30, über welche frisches Beatmungsgas von der Gasquelle 15 und der Druckveränderungsanordnung 16 in die Lunge des Patienten 12 geleitet werden kann, weist außerhalb des Gehäuses 14 einen Inspirationsschlauch 32 auf. Der Inspirationsschlauch 32 kann unterbrochen sein und einen ersten Inspirationsteilschlauch 34 und einen zweiten Inspirationsteilschlauch 36 aufweisen, zwischen welchen eine Konditionierungseinrichtung 38 zur gezielten Befeuchtung und gegebenenfalls auch Temperierung des dem Patienten 12 zugeführten frischen Beatmungsgases vorgesehen sein kann. Die Konditionierungseinrichtung 38 kann mit einem externen Flüssigkeitsvorrat 40 verbunden sein, über den Wasser zur Befeuchtung oder auch ein Medikament, etwa zur Entzündungshemmung oder zur Erweiterung der Atemwege, dem Beatmungsgas zugeführt werden kann. Bei einem Einsatz der vorliegenden Beatmungsvorrichtung 10 als Anästhesie-Beatmungsvorrichtung können auf diese Weise volatile Anästhetika kontrolliert über die Beatmungsvorrichtung 10 an den Patienten 12 abgegeben werden. Die Konditionierungseinrichtung 38 sorgt dafür, dass das frische Beatmungsgas dem Patienten 12 mit einem vorbestimmten Feuchtegehalt, gegebenenfalls unter Zugabe eines Medikamenten-Aerosols, und mit einer vorbestimmten Temperatur zugeleitet wird.
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Die Beatmungsleitungsanordnung 30 weist neben dem bereits erwähnten Inspirationsventil 20 das Exspirationsventil 22 und weiter einen Exspirationsschlauch 42 auf, über welchen verstoffwechseltes Beatmungsgas aus der Lunge des Patienten 12 in die Atmosphäre abgeblasen wird.
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Der Inspirationsschlauch 32 ist mit dem Inspirationsventil 20 gekoppelt, der Exspirationsschlauch 42 mit dem Exspirationsventil 22. Von den beiden Ventilen ist jeweils nur eines gleichzeitig zum Durchlass einer Gasströmung geöffnet. Die Betätigungssteuerung der Ventile 20 und 22 erfolgt ebenfalls durch die Steuereinrichtung 18.
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Während eines Beatmungszyklus ist zunächst für die Dauer der Inspirationsphase das Exspirationsventil 22 geschlossen und das Inspirationsventil 20 geöffnet, sodass frisches Beatmungsgas vom Gehäuse 14 zum Patienten 12 geleitet werden kann. Eine Strömung des frischen Beatmungsgases wird durch gezielte Druckerhöhung des Beatmungsgases durch die Druckveränderungsanordnung 16 bewirkt. Aufgrund der Druckerhöhung strömt das frische Beatmungsgas in die Lunge des Patienten 12 und expandiert dort den lungennahen Körperbereich, also insbesondere den Brustkorb, gegen die individuelle Elastizität der lungennahen Körperteile. Hierdurch steigt auch der Gasdruck im Inneren der Lunge des Patienten 12 an.
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Am Ende der Inspirationsphase wird das Inspirationsventil 20 geschlossen und das Exspirationsventil 22 geöffnet. Es beginnt die Exspirationsphase. Aufgrund des bis zum Ende der Inspirationsphase erhöhten Gasdrucks des in der Lunge des Patienten 12 befindlichen Beatmungsgases strömt dieses nach dem Öffnen des Exspirationsventils 22 in die Atmosphäre, wobei sich mit fortschreitender Strömungsdauer der Gasdruck in der Lunge des Patienten 12 verringert. Erreicht der Gasdruck in der Lunge 12 einen an der Beatmungsvorrichtung 10 eingestellten positiven end-exspiratorischen Druck, also einen geringfügig höheren Druck als den Atmosphärendruck, wird die Exspirationsphase mit dem Schließen des Exspirationsventils 22 beendet und es schließt sich ein weiterer Beatmungszyklus an.
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Während der Inspirationsphase wird dem Patienten 12 das sogenannte Beatmungs-Tidalvolumen zugeführt, also das Beatmungsgas-Volumen pro Atemhub. Das Beatmungs-Tidalvolumen multipliziert mit der Anzahl an Beatmungszyklen pro Minute, also multipliziert mit der Beatmungsfrequenz, ergibt das Minutenvolumen der vorliegend durchgeführten künstlichen Beatmung.
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Bevorzugt ist die Beatmungsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinrichtung 18, dazu ausgebildet, Beatmungs-Betriebsparameter, die den Beatmungsbetrieb der Beatmungsvorrichtung 10 kennzeichnen, während des Beatmungsbetriebs wiederholt zu aktualisieren bzw. zu ermitteln, um sicherzustellen, dass der Beatmungsbetrieb zu jedem Zeitpunkt möglichst optimal auf den jeweils zu beatmenden Patienten 12 abgestimmt ist. Besonders vorteilhaft erfolgt die Bestimmung eines oder mehrerer Beatmungs-Betriebsparameter mit der Beatmungsfrequenz, sodass für jeden Beatmungszyklus aktuelle und damit optimal an den Patienten 12 angepasste Beatmungs-Betriebsparameter bereitgestellt werden können.
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Hierzu ist die Beatmungsvorrichtung 10 mit einem oder mehreren Sensoren datenübertragungsmäßig verbunden, welche den Zustand des Patienten oder/und den Betrieb der Beatmungsvorrichtung überwachen.
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Einer dieser Sensoren ist ein proximaler Durchflusssensor 44, welcher in einem Y-Verbindungsstück 45 die dort in der Beatmungsleitungsanordnung 30 herrschende Beatmungsgas-Strömung erfasst. Der Durchflusssensor 44 kann mittels einer Sensor-Leitungsanordnung 46 mit den Dateneingängen 26 der Steuereinrichtung 18 gekoppelt sein. Die Sensor-Leitungsanordnung 46 kann, muss jedoch nicht, elektrische Signalübertragungsleitungen umfassen. Sie kann ebenso Schlauchleitungen aufweisen, die den in Strömungsrichtung beiderseits des Durchflusssensors 44 herrschenden Gasdruck an die Dateneingänge 26 übertragen, wo diese von Drucksensoren 27 quantifiziert werden. Der Durchflusssensor 44 ist vorliegend als Differenzdruck-Durchflusssensor 44 dargestellt. Der Durchflusssensor 44 ist zwar bevorzugt ein nach dem Differenzdruck-Prinzip arbeitender Durchflusssensor, kann jedoch auch ein nach einem anderen physikalischen Wirkprinzip arbeitender Durchflusssensor sein.
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Im Gehäuse 14 ist ein weiterer Durchflusssensor 48 vorgesehen, welcher aufgrund seiner größeren Entfernung vom Patienten 12 - verglichen mit dem proximalen Durchflusssensor 44 - als distaler Durchflusssensor 48 bezeichnet ist.
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Die Messsignale der Drucksensoren 27 können zur Durchführung eines besonders vorteilhaften Betriebsmodus verwendet werden, welcher in der Fachwelt als „Adaptive Pressure Ventilation“ oder kurz APV bekannt sind. Dabei wird - vereinfacht ausgedrückt - der im proximalen Durchflusssensor 44 gemessene Beatmungsgas-Fluss durch Veränderung des Drucks des Beatmungsgases in der Beatmungsleitungsanordnung 30 durch die Druckveränderungsanordnung 16 so verändert, dass der vom proximalen Durchflusssensor 44 erfasste Beatmungsgasfluss einem vorgegebenen Sollwert entspricht oder in einem vorgegebenen Sollwertebereich gelegen ist. Der Sollwert bzw. Sollwertebereich kann dabei durch einen behandelnden Arzt über die Eingabevorrichtung vorgegeben werden oder kann aus den der Steuereinrichtung 18 zugänglichen Patientendaten errechnet werden.
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Im Betriebsmodus „APV“ führt somit eine Änderung des vom proximalen Durchflusssensor 44 erfassten Beatmungsgasflusses in der Regel zu einer Änderung des Drucks des Beatmungsgases in der Beatmungsleitungsanordnung 30.
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Aufgrund des Ortes seiner Anbringung in dem Y-Verbindungsstück 45 ist der proximale Durchflusssensor 44 im Gegensatz zum distalen Durchflusssensor 48 grundsätzlich auch in der Lage, den Fluss von exspiratorischem Beatmungsgas durch den Exspirationsschlauch 42 zu erfassen.
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Die korrekte Funktion der Durchflusssensoren 44 und 48 ist für den korrekten Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 und somit für die Gesundheit des Patienten 12 wesentlich.
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Es hat sich im Betrieb gezeigt, dass gerade der proximale Durchflusssensor 48 aufgrund seiner Nähe zum Patienten 12 einem größeren Fehlerrisiko unterliegt als der distale Durchflusssensor 48. Der proximale Durchflusssensor 44, durch den auch exspiratorisches Beatmungsgas strömt, ist beispielsweise stärker als der distale Durchflusssensor 48 durch im Beatmungsgas enthaltene Feuchtigkeit belastet. Dies gilt umso mehr, wenn der distale Durchflusssensor 48 wie im vorliegenden Beispiel der 1 in Inspirationsrichtung stromaufwärts der Konditionierungseinrichtung 38 angeordnet ist und somit im Wesentlichen nur von trockenem inspiratorischem Beatmungsgas durchströmt wird.
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Die Steuereinrichtung 18 der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung 10 ist zur Überwachung des Betriebs der aus dem proximalen Durchflusssensor 44 und dem distalen Durchflusssensor 48 gebildeten Durchflusssensoranordnung ausgebildet, um eine Fehlfunktion der Durchflusssensoranordnung rechtzeitig erkennen zu können.
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Üblicherweise misst der distale Durchflusssensor 48 einen betragsmäßig größeren Beatmungsgasfluss als der proximale Durchflusssensor 44, da der distale Durchflusssensor 48 näher an der Beatmungsgasquelle 15 gelegen ist als der proximale Durchflusssensor 44 und damit weniger gasflussmindernden Fehlereinflüssen unterliegt.
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Ein solcher Einfluss ist beispielsweise die Elastizität der Beatmungsleitungsanordnung 30, insbesondere des Inspirationsschlauchs 32. Wird in diesen inspiratorisches Beatmungsgas eingeleitet, welches systemimmanent gegenüber der umgebenden Atmosphäre unter Überdruck stehen muss, verrichtet das eingeleitete inspiratorische Beatmungsgas Arbeit gegen die Elastizität des Inspirationsschlauchs 32 und dehnt diesen. In dem durch diese Dehnung vergrößerten Volumen des Inspirationsschlauchs 32 wird Beatmungsgas aufgenommen, welches zwar den distalen Durchflussmesser 48 durchströmt hat, jedoch den Patienten 12 und den unmittelbar vor ihm liegenden proximalen Durchflusssensor 44 nicht mehr erreicht.
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Darüber hinaus schließt das Exspirationsventil 22 in vielen Fällen nicht hermetisch dicht ab, so dass in der Inspirationsphase ein Querstrom in strömungsmechanischem Kurzschluss zwischen Inspirationsventil 20 und Exspirationsventil 22 entsteht. In diesem Querstrom strömt zwar Beatmungsgas, das den distalen Durchflusssensor 48 durchströmt, jedoch weder den proximalen Durchflusssensor 44, noch den Patienten 12 erreicht, sondern zuvor in dem Y-Verbindungsstück 45 unmittelbar vom Inspirationsschlauch 32 in den Exspirationsschlauch 42 strömt.
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Daher liegt das Niveau der Flusserfassung durch den distalen Durchflusssensor 48 betragsmäßig höher als das Niveau der Flusserfassung durch den proximalen Durchflusssensor 44.
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Wie oben bereits angedeutet wurde, kann sich Feuchtigkeit aus dem Beatmungsgas im proximalen Durchflusssensor 44 niederschlagen und dessen Messergebnis verfälschen. Die Folge eines flüssigkeitsbelasteten proximalen Durchflusssensors 44 ist nach bisheriger Erfahrung stets ein Messsignal, welches einen betragsmäßig höheren Beatmungsgasfluss anzeigt als tatsächlich vorliegt.
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Ein übermäßig von Flüssigkeit belasteter und daher fehlerhaft erfassender proximaler Durchflusssensor 44 regeneriert von selbst nicht mehr und muss gegen einen fehlerfreien, von Flüssigkeit unbelasteten Sensor ausgetauscht werden, um eine korrekte Beatmung des Patienten 12 weiterhin sicherzustellen.
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Ein ähnlicher Effekt, also ein erhöhter proximaler Durchfluss, kann jedoch auch aufgrund anderer Ursachen als einer übermäßigen Flüssigkeitsbelastung des proximalen Durchflusssensors 44 eintreten: Wird beispielsweise ein Abschnitt des Inspirationsschlauchs 32 - aus welchen Gründen auch immer - abgeknickt oder eingeklemmt, so dass sich wenigstens lokal dessen Steifigkeit erhöht, wird der Inspirationsschlauch 32 durch den Überdruck des in diesen eingeleiteten Beatmungsgases weniger stark gedehnt als vor dem Abknicken bzw. Einklemmen. Die Folge ist, dass ein größerer Anteil des von der Beatmungsgasquelle 15 eingeleiteten Beatmungsgases als bisher zum proximalen Durchflusssensor 44 und damit zum Patienten 12 gelangt.
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Ebenso könnte durch Erwärmung, beispielsweise weil das Gehäuse 14 vorübergehend im Patientenzimmer von der Sonne beschienen wird, eine Undichtigkeit des Exspirationsventils 22 verringert werden, wodurch sich der für die Beatmung verlorene Querstromanteil an Beatmungsgas verringert. Auch hier würde ein größerer Anteil des Beatmungsgases als bisher den proximalen Durchflusssensor 44 erreichen.
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Ebenso ist denkbar, dass durch eine Lageänderung des Patienten Bereiche seiner Lunge für eine künstliche Beatmung zugänglich werden, die bisher unzugänglich oder nur unter großem Widerstand zugänglich waren. Auch hierdurch wird ein größerer Beatmungsgasstrom als bisher durch den proximalen Durchflusssensor 44 hindurch zum Patienten 12 strömen.
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Im oben beschriebenen Betriebsmodus „APV“ führt ein erfasster erhöhter proximaler Beatmungsgasfluss stets zu einer Veränderung des Beatmungsgasdrucks, und zwar zu einer Verminderung desselben, um den proximalen Beatmungsgasfluss auf den ursprünglichen Wert zurückzuführen.
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In 2 ist ein Messsignalverlauf gezeigt, wie er für einen Abschnitt einer künstlichen Beatmung durch die Beatmungsvorrichtung 10 typisch sein kann.
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Die Werte der Abszissenachse geben die Zeit in Minuten an, die Ordinate sei eine Skaleneinteilung zur Wiedergabe des Messsignals 50 des distalen Durchflusssensors 48, des Messsignals 52 des proximalen Durchflusssensors 44 und des Messsignals 54 eines der Drucksensoren 27.
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Bis zur Zeit von etwa 39,05 Minuten (siehe Markierungsstrich 56) verläuft die Beatmung des Patienten 12 völlig normal, d. h. der vom distalen Durchflusssensor 48 gemessene Fluss gemäß Messsignal 50 und der vom proximalen Durchflusssensor 44 gemessene Fluss ausweislich des Messsignals 52 sind betragsmäßig um wenigstens einen vorbestimmten Differenzbetrag voneinander verschieden.
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Zu der durch den Markierungsstrich 56 angezeigten Zeit kommt es infolge eines vorherigen Anstiegs des vom proximalen Durchflusssensor 44 erfassten Beatmungsgasflusses zu einer Absenkung des Beatmungsgasdrucks, angezeigt durch den Verlauf des Messsignals 54. Mit der Absenkung des Beatmungsgasdrucks gemäß Messsignal 44 kommt es zu einer Absenkung des ausweislich des Messsignals 50 erfassten distalen Flusses am distalen Durchflusssensor 48. Die vom distalen und vom proximalen Durchflusssensor erfassten Beatmungsgasflüsse nähern sich einander betragsmäßig an, was üblicherweise ein Zeichen für eine Fehlfunktion in der Durchflusssensoranordnung der Beatmungsvorrichtung 10 ist.
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Wie jedoch bei Markierungsstrich 58, etwa bei Minute 40,05, zu erkennen ist, hat sich binnen einer Minute der ursprüngliche Beatmungszustand wieder hergestellt, d. h. die Messsignale 50 und 52 des distalen bzw. des proximalen Durchflusssensors 48 und 44 sind wieder auf ihrem ursprünglichen Niveau und weisen den ursprünglichen Abstand auf. Ebenso ist der Druck ausweislich des Messsignals 54 des Beatmungsgases wieder auf sein Niveau von vor der Zeit des Markierungsstrichs 56 angestiegen.
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Tatsächlich ist die Ursache des zwischen den Markierungsstrichen 56 und 58 von 2 erkennbaren abnormalen Verlaufs der Messsignale 50, 52 und 54 nicht etwa ein Fehler in einem der Sensoren der Beatmungsvorrichtung 10, sondern ist begründet durch eine Bewegung des beatmeten Patienten 12, welcher sich nach etwa einer Minute wieder in die ursprünglich eingenommene Lage zurückbewegt hat bzw. von Pflegepersonal in seine ursprünglich eingenommene Lage zurückbewegt wurde.
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Wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen Verzögerung (Verifikationsphase) in der Fehlerauslösung von bevorzugt etwa 50 Atemhüben zwischen einer Erkennung eines Fehlerkandidaten und einer Überprüfung, ob Fehlerkriterien immer noch erfüllt sind, führt der Messsignalverlauf von 2 - abweichend vom Stand der Technik - nicht zu einer Fehlerauslösung, sondern der etwa zur Zeit des Markierungsstrichs 56 erkannte Fehlerkandidat wird nach Ablauf der Verifikationsphase aus der Steuereinrichtung 58 wieder gelöscht, weil zu diesem späteren Bewertungszeitpunkt Fehlerkriterien nicht mehr erfüllt sind.
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In 3 ist dagegen ein Messsignalverlauf dargestellt, welcher tatsächlich auf einem fehlerhaften proximalen Durchflusssensor 44 beruht und daher zu einer Fehlerauslösung führt.
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Wiederum geben die Werte der Abszissenachse die Zeit in Minuten an, während die Ordinatenachse in Skalenteilen untergliedert ist, um darin das Messsignal 50' des distalen Durchflusssensors 48, das Messsignal 52' des proximalen Durchflusssensors 44 und das Messsignal 54' von einem der Drucksensoren 27 darzustellen.
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Kurz nach Minute 216 (siehe Markierungsstrich 56') steigt der vom proximalen Durchflusssensor 44 erfasste Fluss an, woraufhin der Druck des Beatmungsgases unter einer großen Schwankung abgesenkt wird. Dem Druck des Beatmungsgases folgt der erfasste distale Fluss. Da sich nach einer vorbestimmten Verzögerung (Verifikationsphase) von etwa 50 Atemhüben (siehe Zeit nach dem Markierungsstrich 58'), die abnormale Situation nicht zurückgebildet hat, sondern zum einen der betragsmäßige Abstand zwischen distalem erfassten Fluss gemäß Messsignal 50' und proximalem erfassten Fluss gemäß Messsignal 52' einen vorbestimmten Differenzschwellenwert unterschreitet und ebenso der erfasste Druck des Beatmungsgases ausweislich Messsignal 54' dauerhaft auf einem niedrigeren Niveau als in der Zeit vor dem Markierungsstrich 56' verharrt, wird bei dem Signalverlauf gemäß 3 eine vorbestimmte Anzahl von Atemhüben, etwa 50 Atemhübe, nach Erkennung eines Fehlerkandidaten bei Markierungsstrich 56' ein Fehler erkannt und eine entsprechende Fehlermeldung bzw. Alarm durch die Steuereinrichtung 18 an der Beatmungsvorrichtung 10 ausgegeben.
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Im Gegensatz zu 2 ist die Fehlerquelle des abnormalen Verlaufs der Messsignale 50', 52' und 54' von 3 ein mit zu viel Flüssigkeit belasteter proximaler Durchflusssensor 45.
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Aufgrund der erfindungsgemäß abgewarteten Zeitspanne bzw. Anzahl an Atemhüben zwischen Erkennung eines Fehlerkandidaten und Verifizierung des Fehlers kann mit einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung 10 ein falsch-positiver Alarm vermieden werden, der gemäß dem Stand der Technik mit dem Messsignalverlauf von 2 ausgelöst worden wäre.
