DE102019000584A1

DE102019000584A1 - Beatmungsvorrichtung und Beatmungsverfahren

Info

Publication number: DE102019000584A1
Application number: DE102019000584.8A
Authority: DE
Inventors: Birgit Stender; Thomas Krüger
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-07-30
Also published as: WO2020156762A1; CN113348516A; US20220096765A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung (1) zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft, aufweisend ein Ventilationsmodul (2) zum Erzeugen eines Atemluftstroms, ein Ermittlungsmodul (3) zum Ermitteln eines ersten Beatmungsparameters sowie eines vom ersten Beatmungsparameter verschiedenen zweiten Beatmungsparameters der Beatmungsvorrichtung (1) und ein Steuerungsmodul (4) zum Steuern der Beatmungsvorrichtung (1) in Abhängigkeit des ermittelten ersten Beatmungsparameters und/oder des ermittelten zweiten Beatmungsparameters. Das Steuerungsmodul (4) ist ausgebildet, den ersten Beatmungsparameter über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum automatisch zu reduzieren. Die Beatmungsvorrichtung (1) weist ein Klassifikationsmodul (5) auf, welches ausgebildet ist, auf Basis einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters einen Lungenzustand der Lunge des Patienten zu klassifizieren. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft. Die Beatmungsvorrichtung weist ein Ventilationsmodul zum Erzeugen eines Atemluftstroms, ein Ermittlungsmodul zum Ermitteln von Beatmungsparametern der Beatmungsvorrichtung und eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Beatmungsvorrichtung in Abhängigkeit der ermittelten Beatmungsparameter und/oder einer Beatmungssollvorgabe auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Unter einer Beatmungsvorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, mittels welcher ein Gas, ein Gasgemisch, insbesondere Atemluft, ein Anästhetikum oder dergleichen, durch Aufbau eines Atemdrucks in die Lunge des Patienten einleitbar sowie aus dieser herausleitbar ist. Mittels einer Beatmungsvorrichtung ist somit eine fremdgesteuerte Beatmung der Lunge durchführbar, sodass ein aktives Atmen durch den Patienten nicht erforderlich ist.
Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Beatmungsvorrichtungen bekannt, welche sich insbesondere in Aufbau und Funktionsweise unterscheiden. Grundsätzlich wird zwischen Beatmungsvorrichtungen mit einem offenen Beatmungssystem und einem geschlossenen Beatmungssystem unterschieden. Beatmungsvorrichtungen mit einem offenen Beatmungssystem sind ausgebildet, verbrauchte Atemluft des Patienten an eine Umgebung der Beatmungsvorrichtung abzuleiten.
Solche Beatmungsvorrichtungen kommen insbesondere in Fällen zum Einsatz, wenn das Beatmungsmedium, wie beispielsweise normale Atemluft, sauerstoffangereicherte Atemluft oder dergleichen, für die Umwelt unbedenklich ist. Hingegen weisen Beatmungsvorrichtungen mit einem geschlossenen Beatmungssystem einen Gasauslass auf, über welchen die verbrauchte Atemluft in einen geschlossenen Abluftkanal oder Gaskreislauf einleitbar ist.
Derartige Beatmungsvorrichtungen finden insbesondere in Operationssälen als Anästhesievorrichtungen Anwendung, um somit eine Abgabe Anästhetika an die Umgebung des Patienten zu verhindern.
Eine spezielle Funktion einiger Beatmungsvorrichtungen ist die Durchführung von Rekrutierungsmanövern zum Verbessern eines Lungenzustands der Lunge des Patienten. Lungenzustände werden im Wesentlichen in drei Kategorien aufgeteilt, nämlich in kollabiert bzw. collapsed, normal und überdehnt bzw. overdistensed. Bei einer kollabierten Lunge kann als Rekrutierungsmanöver beispielsweise der Beatmungsdruck oder das Beatmungsvolumen erhöht werden. Hierdurch lassen sich kollabierte Bereiche der Lunge wieder aufweiten bzw. ausdehnen. Ein geeignetes Rekrutierungsmanöver bei einer überdehnten Lunge ist eine Reduzierung des Beatmungsdrucks oder des Beatmungsvolumens, um die überdehnten Bereiche der Lunge zu entspannen. Um ein geeignetes Rekrutierungsmanöver durchführen zu können ist eine korrekte Ermittlung des Lungenzustands essenziell.
Aus der Veröffentlichung „Adjusting tidal volume to stress index in an open lung condition optimizes ventilation and prevents overdistension in an experimental model of lung injury and reduced chest wall compliance“ von C. Ferrando et al. ist bekannt, wie nach der Lungenrekrutierung ein sogenannter „Stress-Index“ genutzt wird, um das Tidalvolumen (V_T ) zu adaptieren. Dazu wird der Verlauf des Atemwegdrucks ausgewertet in Abschnitten konstanten Volumenstroms.
Die Berechnung eines solchen Stress-Index ist beispielsweise aus der Veröffentlichung „Airway pressure-time curve profile (stress index) detects tidal recruitment/hyperinflation in experimental acute lung injury“ von S. Grasso et al. bekannt. Die Berechnung kann demnach beispielsweise mittels eines nichtlinearen Regressionsansatzes für einen Abschnitt der Inspirationsphase (inhale), in dem der Volumenstrom konstant gehalten wird, erfolgen.
Ein anderer Ansatz basiert auf der Berechnung des C20/C gemäß der Veröffentlichung „Pediatr. overdistension during mechanical ventilation by using volume-pressure loops“ von J. Fisher et al. Hierbei wird die aus den letzten 20% des Lungenvolumenverlaufs berechnete globale lineare Compliance der Lunge und mit der über den gesamten Lungenvolumenverlauf berechneten linearen Compliance ins Verhältnis gesetzt.
Nachteilig hierbei ist, dass diese Ansätze nicht auf der Parameteridentifikation eines dynamischen Systems, beispielsweise mit druckabhängiger Compliance der Lunge, beruhen. Die Parameterschätzungen bei einem solchen Vorgehen sind nicht besonders robust, sodass eine hohe Fehlerwahrscheinlichkeit vorliegt.
Fischer et al. führen sogenannte „low-flow“ Manöver durch, sodass auch hier das Vorgehen lediglich die Bestimmung von Sekanten bzw. Tangenten und Quotientenbildung erfordert. Das Vorgehen ist in beiden Fällen nicht übertragbar ohne Wechsel aus einer laufenden druckkontrollierten Beatmung, da Anforderungen an den Verlauf des Volumenstroms gestellt werden.
Überdies ist aus der Veröffentlichung „On the feasibility of automated mechanical ventilation control through EIT“ von H. Tregidgo et al. eine Herleitung für die Identifikation eines regionalen mechanischen Lungenmodells auf Basis von exemplarisch vier Lungenkompartimenten aus Impedanzverläufen in Regionen von EIT-Bildern bekannt.
Das Lungenmodell wird durch eine lineare gewöhnliche Differentialgleichung beschrieben. Auf Basis von Messwerten des Ventilationsgeräts in Kombination mit Zeitreihen von EIT-Bildern werden die Parameter „Resistance“ und „Elastance“ für verschiedene Regionen der Lunge geschätzt.
Dieses Vorgehen stellt lediglich die Basis für die Schätzung eines verteilten dynamischen, aber linearen Lungenmodells dar. Die Identifikation dieses Modells beschreibt eine Linearisierung im Arbeitspunkt (mittlerer Atemwegsdruck). Die Compliance ist in dieser Betrachtung zeitlich unabhängig und unabhängig vom Atemwegsdruck bzw. alveolären Druck. Um eine Überdehnung (Overdistension) zu detektieren, ist es aber notwendig, das nichtlineare Verhalten der Lunge, also die Abnahme der Compliance mit zunehmendem alveolärem Druck zu detektieren.
Die Veröffentlichung „Beside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography“ von E. Costa et al. beschreibt, wie auf Basis einer Titration des PEEP (positiver endexspiratorischer Druck) in EIT-Bildern in Kombination mit pneumatischen Messwerten am Mund des Patienten (Volumen, Druck) der Complianceverlust gegenüber dem regionalen Optimum bestimmt werden kann. Oberhalb des regional unterschiedlichen Atemwegsdrucks, bei dem die optimale regionale Compliance erreicht wird, geht man bei einer Abnahme der Compliance von einer Überdehnung (Overdistension) und unterhalb von einem Kollabieren (Collapse) aus.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass hierfür ein Rekrutierungsmanöver in Form einer initialen Erhöhung und dann schrittweise Absenkung des PEEPs erforderlich ist. Diese Erhöhung kann insbesondere dann für den Patienten problematisch werden, wenn der Lungenzustand der Lunge bereits vor dem Rekrutierungsmanöver überdehnt ist. In diesem Fall ist eine weitere Verletzung der Lunge nicht auszuschließen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, eine Beatmungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung bereitzustellen, welche diese Nachteile nicht oder zumindest teilweise nicht aufweist. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beatmungsvorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, welche eine schonende Ermittlung des Lungenzustands des Patienten gewährleisten und dabei eine übermäßige Belastung der Lunge vermeiden.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Beatmungsvorrichtung zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 gelöst.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Beatmungsvorrichtung zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft gelöst. Die Beatmungsvorrichtung weist ein Ventilationsmodul zum Erzeugen eines Atemluftstroms, ein Ermittlungsmodul zum Ermitteln eines ersten Beatmungsparameters sowie eines vom ersten Beatmungsparameter verschiedenen zweiten Beatmungsparameters der Beatmungsvorrichtung und ein Steuerungsmodul zum Steuern der Beatmungsvorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten ersten Beatmungsparameters und/oder des ermittelten zweiten Beatmungsparameters auf. Erfindungsgemäß ist das Steuerungsmodul ausgebildet, den ersten Beatmungsparameter über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum automatisch zu reduzieren.
Ferner weist die Beatmungsvorrichtung ein Klassifikationsmodul auf, wobei das Klassifikationsmodul ausgebildet ist, auf Basis einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters einen Lungenzustand der Lunge des Patienten zu klassifizieren.
Die Beatmungsvorrichtung weist vorzugsweise einen inspiratorischen Schlauchanschluss zum fluidkommunizierenden Koppeln der Beatmungsvorrichtung mit einem inspiratorischen Patientenanschluss des Patienten auf. Vorzugsweise weist die Beatmungsvorrichtung zum Steuern des Durchstroms der Atemluft ein mit dem inspiratorischen Schlauchanschluss fluidkommunizierend angeordnetes inspiratorisches Ventil auf.
Das inspiratorische Ventil ist vorzugsweise in Strömungsrichtung der Atemluft vor dem inspiratorischen Schlauchanschluss im Inneren der Beatmungsvorrichtung angeordnet. Ferner weist die Beatmungsvorrichtung vorzugsweise einen exspiratorischen Schlauchanschluss zum fluidkommunizierenden Koppeln der Beatmungsvorrichtung mit einem exspiratorischen Patientenanschluss des Patienten auf. Vorzugsweise weist die Beatmungsvorrichtung zum Steuern des Durchstroms der Atemluft ein mit dem exspiratorischen Schlauchanschluss fluidkommunizierend angeordnetes exspiratorisches Ventil auf.
Das exspiratorische Ventil ist vorzugsweise in Strömungsrichtung der Atemluft hinter dem exspiratorischen Schlauchanschluss im Inneren der Beatmungsvorrichtung angeordnet. Die Beatmungsvorrichtung kann erfindungsgemäß einen offenen und/oder einen geschlossenen Atemkreis aufweisen. Bei einem offenen Atemkreis ist die Beatmungsvorrichtung ausgebildet, verbrauchte Atemluft an eine Umgebung der Beatmungsvorrichtung abzuleiten. Bei einem geschlossenen Atemkreis ist die Beatmungsvorrichtung ausgebildet, verbrauchte Atemluft einem Atemluftkreislauf zuzuführen und somit ein Austreten der verbrauchten Atemluft an die Umgebung der Beatmungsvorrichtung zu vermeiden.
Das Ventilationsmodul ist zum Erzeugen des Atemluftstroms ausgebildet und von dem Steuerungsmodul steuerbar. Das Ermittlungsmodul kann beispielsweise vollständig oder zumindest teilweise in das Ventilationsmodul integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Steuerungsmodul vollständig oder zumindest teilweise in das Ventilationsmodul integriert ist.
Mittels des Ermittlungsmoduls sind der erste Beatmungsparameter und der zweite Beatmungsparameter ermittelbar. Beatmungsparameter sind beispielsweise ein Beatmungsdruck und ein Beatmungsvolumen. Zum Ermitteln der Beatmungsparameter weist das Ermittlungsmodul vorzugsweise mehrere unterschiedliche Sensoren, insbesondere mindestens einen Drucksensor sowie mindestens einen Volumenstromsensor auf. Es können beispielsweise ein erster Drucksensor am inspiratorischen Ventil bzw. inspiratorischen Schlauchanschluss und ein zweiter Drucksensor am exspiratorischen Ventil bzw. exspiratorischen Schlauchanschluss angeordnet sein.
Durch Bilanzierung auf Basis der Messergebnisse des ersten Drucksensors und des zweiten Drucksensors und ggf. Berücksichtigung von strömungstechnischen Eigenschaften der Atemschläuche und ggf. weiterer patientenseitiger Atemvorrichtungen im Atemluftstrom zwischen dem inspiratorischen Schlauchanschluss und dem exspiratorischen Schlauchanschluss, wie beispielsweise Nachgiebigkeiten, Material- bzw. Oberflächeneigenschaften oder dergleichen, ist somit mittels des Ermittlungsmoduls der am Patienten anliegende Beatmungsdruck ermittelbar. Ferner ist das Ermittlungsmodul zum kontinuierlichen und/oder intermittierenden Ermitteln der Beatmungsparameter ausgebildet. Das Ermittlungsmodul ist ausgebildet, zumindest den ersten Beatmungsparameter und den zweiten Beatmungsparameter vor dem automatischen Reduzieren des ersten Beatmungsparameters sowie nach dem automatischen Reduzieren des ersten Beatmungsparameters zu ermitteln.
Die Steuerungsvorrichtung ist zum Steuern des Ventilationsmoduls, insbesondere auf Basis der vom Ermittlungsmodule ermittelten Beatmungsparameter, ausgebildet. Eine Berücksichtigung der ermittelten Beatmungsparameter hat den Vorteil, dass das Ventilationsmodul besonders präzise steuerbar ist, um am Patienten möglichst exakte Beatmungsdrücke sowie Beatmungsvolumina erzeugen zu können. Zudem ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, automatisch ein Verfahren zum Ermitteln des Lungenzustands der Lunge zu initiieren. Hierfür ist die Steuerungsvorrichtung ausgerichtet, den ersten Beatmungsparameter über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum automatisch um einen Reduzierungsfaktor zu reduzieren.
Ein Atemzyklus umfasst eine Exspiration und eine Inspiration. Vorzugsweise weist der Analysezeitraum mehrere, insbesondere zwischen drei und zehn, besonders bevorzugt fünf, Atemzyklen auf. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, die Absenkung des ersten Beatmungsparameters sprunghaft oder gradierend durchzuführen. Vorzugsweise weist die Beatmungsvorrichtung ein Eingabemodul auf, über welches der Reduzierungsfaktor zum Reduzieren des ersten Beatmungsparameters einstellbar ist. Auf diese Weise ist beispielsweise für einen Patienten mit einer Historie einer kollabierten Lunge ein geringerer Reduzierungsfaktor, als für einen Patienten mit einer Historie einer überdehnten Lunge einstellbar, um ein ungewolltes Kollabieren der Lunge infolge der Absenkung des ersten Beatmungsparameters zu vermeiden. Ein maximaler Reduzierungsfaktor beträgt vorzugsweise 0,4, sodass eine robuste Klassifizierung durchführbar und dabei weiterhin eine kontinuierliche Beatmung sichergestellt ist.
Das Klassifikationsmodul ist ausgebildet, unter Berücksichtigung des vor der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten ersten Beatmungsparameters und zweiten Beatmungsparameters sowie des nach der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten ersten Beatmungsparameters und zweiten Beatmungsparameters, den Lungenzustand der Lunge des Patienten zu klassifizieren. Als Beatmungsparameter kommen beispielsweise ein Beatmungsdruck und ein Beatmungsvolumen in Frage. Unter einem Beatmungsdruck oder driving pressure (dP) wird im Rahmen der Erfindung eine gemessene Druckdifferenz zwischen einem endinspiratorischen Plateau des Atemwegsdrucks (P_plat) und einem positiven endexspiratorischen Atemwegsdruck (PEEP) und verstanden. Das Beatmungsvolumen wird auch Tidalvolumen (V_T ) genannt werden und bezeichnet die Größe eines während eines kompletten Atemzyklus eingebrachten Atemluftvolumens. Eine Veränderung des dP kann in druckkontrollierten Beatmungsmodi durch Veränderung der Sollwertvorgaben für das exspiratorische Druckniveau (PEEP_set ) oder das inspiratorische Druckniveau (P_msp,set) bewirkt werden. In volumenkontrollierten Beatmungsmodi kann eine Veränderung des dP durch PEEPset oder eine Veränderung der Sollwertvorgabe für das V_T (V_T,set) hervorgerufen werden.
Für die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters sind erfindungsgemäß drei unterschiedliche Szenarien bevorzugt. Gemäß einem ersten Szenario wird als erster Beatmungsparameter ein Beatmungsdruck verwendet. Bei konstantem PEEPset wird der P_insp,set reduziert und als zweiter Beatmungsparameter das Beatmungsvolumen überwacht. Steigt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck (V_T/dP), liegt eine Überdehnung vor. Sinkt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck, liegt ein Kollaps vor.
Gemäß einem zweiten Szenario wird als erster Beatmungsparameter ebenfalls ein Beatmungsdruck verwendet und reduziert. In diesem Fall wird bei konstantem P_insp,set der PEEP_set angehoben und als zweiter Beatmungsparameter das Beatmungsvolumen überwacht. Steigt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck, liegt ein Kollaps vor. Sinkt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck, liegt eine Überdehnung vor.
Gemäß einem dritten Szenario wird als erster Beatmungsparameter ein Beatmungsvolumen verwendet. Das Beatmungsvolumen wird reduziert und als zweiter Beatmungsparameter der Beatmungsdruck überwacht. Steigt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck, liegt eine Überdehnung vor. Sinkt das Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck, liegt ein Kollaps vor. Ein konstantes Verhältnis von Beatmungsvolumen zu Beatmungsdruck bedeutet für alle drei Szenarien, dass der Lungenzustand normal ist.
Eine erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Beatmungsvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine automatische Klassifizierung des Lungenzustands der Lunge des Patienten durchführbar ist. Überdies ist die erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung ausgebildet, die Lunge des Patienten zu schonen um somit eine Verschlechterung des Lungenzustands zu vermeiden. Schließlich bietet die automatische Klassifizierung des Lungenzustands den Vorteil, dass ein geeignetes Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands leicht ermittelbar oder sogar automatisch durchführbar ist. Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung eine, insbesondere zyklisch durchführbare, Beatmungsoptimierung des Patienten realisierbar.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Steuerungsmodul ausgebildet ist, korrespondierend zu einer vom Klassifikationsmodul durchgeführten Klassifizierung des Lungenzustands der Lunge des Patienten ein Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands durchzuführen.
Unter einem Verbessern oder einer Verbesserung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Maßnahme verstanden, mittels welcher der Lungenzustand in Richtung eines als normal klassifizierbaren Lungenzustands verändert wird. Hierfür kommt insbesondere eine automatische Anpassung des ersten Beatmungsparameters und/oder des zweiten Beatmungsparameters in Frage. Geeignete Rekrutierungsmanöver können beispielsweise in Form einer Entscheidungsmatrix oder dergleichen in einem Speichermodul der Beatmungsvorrichtung abgelegt sein.
Die Steuerungsvorrichtung ist somit bei bekanntem Lungenzustand in der Lage, ein geeignetes Rekrutierungsmanöver auszuwählen.
Für den Fall, dass der Lungenzustand als kollabiert klassifiziert wird, ist somit ein Rekrutierungsmanöver automatisch durchführbar, welches einer kollabierten Lunge entgegenwirkt.
In Frage kommen hierfür beispielsweise eine Erhöhung des mittleren Atemwegsdrucks, insbesondere durch Erhöhung des PEEPset bei gleichbleibendem dP bzw. V_T .
Für den Fall, dass der Lungenzustand als überdehnt klassifiziert wird, ist somit ein Absenken des mittleren Atemwegsdrucks automatisch durchführbar, welches einer überdehnten Lunge entgegenwirkt.
In Frage kommen hierfür beispielsweise eine Reduzierung des PEEPset bei gleichbleibendem dP bzw. V_T . Ein derartiges Steuerungsmodul hat den Vorteil, dass eine Therapie der Lunge mittels der Automatisierung optimierbar ist. Probleme der Lunge sind schnell identifizierbar und behebbar, ohne dass hierfür ein Eingreifen durch eine Bedienperson vonnöten ist.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Klassifikationsmodul ausgebildet ist, den Lungenzustand der Lunge des Patienten qualitativ als kollabiert, überdehnt oder normal zu klassifizieren. Diese Lungenzustände sind als Basis zur Auswahl eines Rekrutierungsmanövers zur Verbesserung des Lungenzustands gut geeignet. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Beatmungsvorrichtung zur iterativen automatischen Durchführung von Rekrutierungsmanövern ausgebildet ist, sodass ein Lungenzustand in geringen Schritten verbesserbar und ein ungewolltes Überdehnen der Lunge durch ein nicht erforderliches oder ungeeignetes Rekrutierungsmanöver vermeidbar ist.
Das Klassifikationsmodul der Beatmungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, eine Klassifizierung des Lungenzustands während bzw. während des Beatmungsmanövers automatisch durchzuführen, wobei die Beatmungsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet ist, auf Basis dieser Klassifizierung mittels der Steuerungsvorrichtung ein geeignetes Rekrutierungsmanöver durchzuführen oder einer Bedienperson der Beatmungsvorrichtung ein geeignetes Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands vorzugschlagen.
Vorzugsweise ist das Klassifikationsmodul ausgebildet, den Lungenzustand der Lunge des Patienten quantitativ zu klassifizieren. Unter einer quantitativen Klassifizierung des Lungenzustands wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Angabe eines Grads des Kollabierens sowie eines Grads der Überdehnung der Lunge verstanden. Die quantitative Klassifizierung hat den Vorteil, dass hieraus eine Intensität eines geeigneten Rekrutierungsmanövers ableitbar ist.
Bei einem festgestellten relativ hohen Grad der Abweichung vom Normalzustand ist somit ein Rekrutierungsmanöver mit deutlicherer Erhöhung des mittleren Atemwegsdrucks identifizierbar als bei einem relativ geringen Grad der Abweichung. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Anzahl der Rekrutierungsmanöver zum Erreichen eines normalen Lungenzustands deutlich reduzierbar ist. Auf diese Weise ist auch ein Zeitraum zwischen Identifizierung eines Lungenzustands bis zur Herstellung des normalen Lungenzustands auf vorteilhafte Art und Weise sowie mit kostengünstigen Mitteln reduzierbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Beatmungsvorrichtung vorgesehen sein, dass die Beatmungsvorrichtung eine Alarmvorrichtung aufweist, wobei die Alarmvorrichtung ausgebildet ist, einen Alarm auszugeben, wenn der quantitativ klassifizierte Lungenzustand einen Kollabierungsgrenzwert unterschreitet oder einen Überdehnungsgrenzwert überschreitet. Unter einem Kollabierungsgrenzwert wird im Rahmen der Erfindung ein Grad der Kollabierung der Lunge verstanden, bei welchem ein Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands dringend durchgeführt werden sollte, um einer Verschlechterung des Gesundheitszustands des Patienten entgegenzuwirken. Ein Unterschreiten des Kollabierungsgrenzwerts bedeutet hierbei, dass der Grad des Kollabierens der Lunge weiter zunimmt. Unter einem Überdehnungsgrenzwert wird im Rahmen der Erfindung ein Grad des Überdehnens der Lunge verstanden, bei welchem ein Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands dringend durchgeführt werden sollte, um einer Verschlechterung des Gesundheitszustands des Patienten entgegenzuwirken.
Ein Überschreiten des Überdehnungsgrenzwerts bedeutet hierbei, dass der Grad des Überdehnens der Lunge weiter zunimmt. Eine Alarmvorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein kritischer Lungenzustand der Lunge des Patienten einer Bedienperson der Beatmungsvorrichtung anzeigbar ist, sodass die Bedienperson geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Rekrutierungsmanöver, Medikamentenverabreichung oder dergleichen, durchführen kann.
Vorzugsweise ist das Steuerungsmodul ausgebildet, als ersten Beatmungsparameter ein Beatmungsvolumen und/oder einen Beatmungsdruck automatisch zu reduzieren. Beatmungsvolumen und Beatmungsdruck sind zwei wesentliche Beatmungsparameter, welche bei einer Lunge mit einem normalen Lungenzustand innerhalb bestimmter Beatmungsgrenzwerte proportional zueinander sind. Aus Abweichungen dieser Proportionalität ist der Lungenzustand mittels des Klassifikationsmoduls mit einfachen Mitteln bestimmbar.
Es ist bevorzugt, dass das Steuerungsmodul ausgebildet ist, den ersten Beatmungsparameter über einen mehrere Atemzyklen aufweisenden Analysezeitraum schrittweise zu reduzieren. Unter einer schrittweisen Reduzierung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein sprunghaftes Reduzieren des ersten Beatmungsparameters verstanden, beispielsweise eine Reduzierung um 10% oder 5% pro Reduzierungsschritt.
Weiter bevorzugt ist das Steuerungsmodul ausgebildet, hierbei gleichgroße Reduzierungsschritte durchzuführen. Weiter bevorzugt ist die Steuerungsvorrichtung durchgeführt, die Größe der Reduzierungsschritte fortlaufend zu reduzieren. Somit ist ein erster Reduzierungsschritt größer als ein zweiter Reduzierungsschritt und der zweite Reduzierungsschritt größer als der folgende Reduzierungsschritt.
Vorzugsweise ist das Steuerungsmodul ausgebildet, pro Atemzyklus einen Reduzierungsschritt durchzuführen. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders schnelle sowie robuste Klassifizierung durchführbar ist, wobei eine übermäßige Belastung der Lunge vermeidbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Beatmungsvorrichtung eine Anzeigevorrichtung auf, wobei die Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Lungenzustands der Lunge des Patienten und/oder zum Anzeigen eines auf Basis des Lungenzustands empfohlenen Rekrutierungsmanövers ausgebildet ist.
Die Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise als Touchscreen ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Anzeigevorrichtung separat von einem Grundgerät der Beatmungsvorrichtung ausgebildet und mittels eines Datenkabels und/oder eines Stromkabels und/oder über eine kabellose Datenverbindung mit dem Grundgerät koppelbar. Eine Anzeigevorrichtung hat den Vorteil, dass der klassifizierte Lungenzustand für die Bedienperson der Beatmungsvorrichtung leicht anzeigbar ist. Die Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, den Lungenzustand unter Verwendung eines Farbcodes, insbesondere eines Farbspektrums, darzustellen. Die Farbcodes sind vorzugsweise im Hintergrund der Anzeigevorrichtung anzeigbar. Auf diese Weise kann eine Bedienperson durch flüchtigen Blick auf die Anzeigevorrichtung bereits anhand der Farbe des Hintergrunds erkennen, ob der Lungenzustand normal, überdehnt oder kollabiert ist. Durch das Farbspektrum ist ein Grad der Überdehnung bzw. des Kollabierens darstellbar. Das Anzeigen des empfohlenen Rekrutierungsmanövers den Vorteil, dass der Bedienperson auf diese Weise eine für den Patienten vorteilhafte Handlungsempfehlung anzeigbar ist, sodass ein schnelles sowie korrektes Eingreifen durch die Bedienperson verbessert ist.
Vorzugsweise ist das Klassifikationsmodul zum Schätzen eines linearen Lungenmodells der Lunge des Patienten auf Basis des vor der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten ersten Beatmungsparameters und zweiten Beatmungsparameters ausgebildet, wobei das Klassifikationsmodul weiter ausgebildet ist, den Lungenzustand der Lunge anhand des geschätzten Lungenmodells und auf Basis des nach der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten zweiten Beatmungsparameters zu klassifizieren. Das Klassifikationsmodul ist vorzugsweise ausgebildet, das lineare Lungenmodell auf Basis von Messwertverläufen gesamter Atemzyklen und/oder von EIT-Daten der Lunge zu schätzen. Vorzugsweise ist das lineare Lungenmodell mittels der folgenden Differentialgleichung beschreibbar: $\frac{{dp}_{alv}}{dt} = \frac{p_{aw} - p_{alv}}{R \times C}$
Die Zustandsvariable p_alv bezeichnet dabei den Druck über die Compliance der Lunge. Der Atemwegsdruck ist durch p_aw gekennzeichnet. R steht für die Resistance der Lunge und C für die Compliance der Lunge. Dieses lineare Lungenmodell ist als Approximation typischerweise nur in einem bestimmten Bereich des p_alv bzw. p_aw näherungsweise gültig. Zur Bestimmung, ob ein Kollaps oder eine Überdehnung der Lunge vorliegt, ist das Klassifikationsmodul ausgebildet, vor und nach der Veränderung des ersten Beatmungsparameters ermittelte Beatmungsvolumenströme sowie Beatmungsvolumina mit entsprechenden simulierten Verläufen des Beatmungsvolumenstroms sowie des Beatmungsvolumens auf Basis des linearen Lungenmodells zu vergleichen. Ein lineares Lungenmodell hat den Vorteil, dass hiermit eine weitere qualitative Aussage über den Lungenzustand des Patienten generierbar ist, sodass eine Zuverlässigkeit der Beatmungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert ist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Beatmungsvorrichtung ein EIT-Modul zum Feststellen eines Lungenzustands der Lunge oder zumindest eines Teils der Lunge des Patienten aufweist, wobei das Klassifikationsmodul ausgebildet ist, eine nach der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkte sowie vom EIT-Modul festgestellte Veränderung der Ausdehnung und/oder Compliance der Lunge beim Klassifizieren des Lungenzustands zu berücksichtigen. Das EIT-Modul ist vorzugsweise ausgebildet, die gesamte Lunge und/oder einzelne Bereiche der Lunge zu analysieren. Das EIT-Modul ist ausgebildet, die Resistance und/oder Compliance der Lunge bzw. einzelne Bereiche der Lunge zu ermitteln und als EIT-Daten an das Klassifikationsmodul weiterzuleiten. Das Klassifikationsmodul ist ausgebildet, den Lungenzustand auf Basis der Veränderung des zweiten Beatmungsparameters und der EIT-Daten des EIT-Moduls, den Lungenzustand, insbesondere regionale Lungenzustände, zu bestimmen. Ein zusätzliches EIT-Modul hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise regionale Parameter der Lunge bestimmbar sind.
Somit sind beispielsweise lokaler Kollapse und/oder lokale Überdehnungen der Lunge detektierbar. Überdies ist auf dieser Basis eine automatische Auswahl eines geeigneten Rekrutierungsmanövers zur Therapie der Lunge des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung möglich.
Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, den ersten Beatmungsparameter automatisch um zwischen 20% bis 60%, vorzugsweise um zwischen 30% und 50% und besonders bevorzugt um 40% zu reduzieren. Eine derartige Reduzierung des ersten Beatmungsparameters hat den Vorteil, dass bei einer verhältnismäßig geringen Beeinträchtigung des Patienten eine robuste Ermittlung des Lungenzustands ermittelbar ist. Eine Beeinträchtigung des Gesundheitszustands des Patienten wird somit nur in einem erforderlichen Maß in Kauf genommen, um eine zuverlässige bzw. robuste Diagnose des Lungenzustands zu gewährleisten.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

- Erzeugen eines Atemluftstroms mittels eines Ventilationsmoduls der Beatmungsvorrichtung,
- Ermitteln eines ersten Beatmungsparameters und eines vom ersten Beatmungsparameter verschiedenen zweiten Beatmungsparameters mittels eines Ermittlungsmoduls der Beatmungsvorrichtung,
- automatisches Reduzieren des ersten Beatmungsparameters über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum mittels einer Steuerungsvorrichtung der Beatmungsvorrichtung,
- Ermitteln einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters mittels des Ermittlungsmoduls, und
- Klassifizieren eines Lungenzustands der Lunge des Patienten auf Basis der durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters mittels eines Klassifikationsmoduls der Beatmungsvorrichtung.

Vorzugsweise wird das Ventilationsmodul mittels der Steuerungsvorrichtung auf Basis des vom Ermittlungsmodul ermittelten ersten Beatmungsparameters und/oder zweiten Beatmungsparameters gesteuert. Auf diese Weise ist mittels des Ventilationsmoduls ein Atemluftstrom mit einem vorgegebenen ersten Beatmungsparameter und einem vorgegebenen zweiten Beatmungsparameter zum Beatmen der Lunge des Patienten erzeugbar.
Der erste Beatmungsparameter sowie der zweite Beatmungsparameter werden von dem Ermittlungsmodul vorzugsweise kontinuierlich bzw. zumindest regelmäßig ermittelt, um eine kontinuierliche Beatmung der Lunge mit konstanten Beatmungsparametern zu gewährleisten. Überdies sind auf diese Weise Veränderungen des Lungenzustands, wie beispielsweise ein plötzliches Kollabieren der Lunge, ermittelbar. Die Ermittlung des ersten Beatmungsparameters und des zweiten Beatmungsparameters erfolgt sowohl vor der automatischen Absenkung des ersten Beatmungsparameters als auch danach.
Mittels der Steuerungsvorrichtung wird das Ventilationsmodul derart angesteuert, dass der erste Beatmungsparameter über den Analysezeitraum abgesenkt wird. Die Absenkung erfolgt vorzugsweise um zwischen 20% bis 60%, vorzugsweise um zwischen 30% und 50% und besonders bevorzugt um 40%.
Auf Basis einer derartigen Absenkung des ersten Beatmungsparameters sind derart veränderte zweite Beatmungsparameter ermittelbar, mittels welcher eine zuverlässige bzw. robuste Klassifikation des Lungenzustands der Lunge gewährleistet ist. Zudem wird bei einer derartigen Absenkung des ersten Beatmungsparameters die Lunge des Patienten nur geringfügig belastet.
Auf Basis der durch die automatische Absenkung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters wird mittels des Klassifikationsmoduls der Beatmungsvorrichtung der Lungenzustand der Lunge klassifiziert. Dies kann beispielsweise durch Vergleichen der Quotienten aus erstem Beatmungsparameter und zweiten Beatmungsparameter vor der automatischen Absenkung des ersten Beatmungsparameters und danach erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, wie bereits zu einer Beatmungsvorrichtung gemäß des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine automatische Klassifizierung des Lungenzustands der Lunge des Patienten durchführbar ist.
Überdies wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Lunge des Patienten gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei welchem eine Klassifizierung des Lungenzustands während eines Rekrutierungsmanövers durchgeführt wird, geschont, da erfindungsgemäß kein Rekrutierungsverfahren, sondern lediglich eine Absenkung des ersten Beatmungsparameters durchgeführt wird. Auf diese Weise ist das Risiko, eine Verschlechterung des Lungenzustands zu bewirken, erheblich reduziert. Schließlich bietet die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgte automatische Klassifizierung des Lungenzustands den Vorteil, dass ein geeignetes Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands leicht ermittelbar oder sogar automatisch durchführbar ist. Somit ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine, insbesondere zyklisch durchführbare, Beatmungsoptimierung des Patienten realisierbar.
Es kann erfindungsgemäß bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass als erster Beatmungsparameter ein Atemdruck und als zweiter Beatmungsparameter ein Beatmungsvolumen verwendet werden. Beatmungsvolumen und Beatmungsdruck sind zwei wesentliche Beatmungsparameter, welche bei einer Lunge mit einem normalen Lungenzustand innerhalb bestimmter Beatmungsgrenzwerte proportional zueinander sind. Aus Abweichungen dieser Proportionalität ist der Lungenzustand mittels des Klassifikationsmoduls mit einfachen Mitteln bestimmbar.
Vorzugsweise werden der klassifizierte Lungenzustand der Lunge des Patienten und/oder ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels einer Anzeigevorrichtung der Beatmungsvorrichtung angezeigt. Alternativ oder zusätzlich wird ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels der Steuerungsvorrichtung durchgeführt. Im einfachsten Fall wird lediglich der klassifizierte Lungenzustand angezeigt. Eine Bedienperson der Beatmungsvorrichtung kann auf Basis dieser Information sowie seiner Fachkompetenz ein geeignetes Rekrutierungsmanöver identifizieren und initiieren. Durch das Vorgeben eines geeigneten Rekrutierungsmanövers wird der Bedienperson die Identifizierung des geeigneten Rekrutierungsmanövers abgenommen. Lediglich das Initiieren des Rekrutierungsmanövers ist durch die Bedienperson durchzuführen. Bei einer vollautomatischen Beatmungsvorrichtung wird das von der Beatmungsvorrichtung identifizierte geeignete Rekrutierungsmanöver automatisch durchgeführt. Beim Rekrutierungsmanöver gibt die Steuerungsvorrichtung entsprechende Anweisungen, wie beispielsweise ein Senken oder Erhöhen des Beatmungsdrucks oder des Beatmungsvolumens an das Ventilationsmodul weiter. Ein Eingreifen durch die Bedienperson ist in diesem Fall nicht mehr erforderlich. Hierdurch wird die Bedienperson der Beatmungsvorrichtung weiter entlastet.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung durchgeführt. Es ist demnach bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine die Lunge schonende Klassifizierung des Lungenzustands der Lunge des Patienten sichergestellt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich, als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung,
2 in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer kollabierten Lunge auf eine erste Beatmungsdruckreduzierung,
3 in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer überdehnten Lunge auf die erste Beatmungsdruckreduzierung,
4 in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer kollabierten Lunge auf eine zweite Beatmungsdruckreduzierung,
5 in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer überdehnten Lunge auf die zweite Beatmungsdruckreduzierung,
6 Zeitdiagramme von Druck- und Volumina einer kollabierten Lunge im Vergleich mit einem ersten linearen Lungenmodell,
7 Zeitdiagramme von Druck- und Volumina einer überdehnten Lunge im Vergleich mit einem zweiten linearen Lungenmodell und
8 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 8 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in 1 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung 1 weist ein Ventilationsmodul 2 zum Erzeugen eines Atemluftstroms zum Beatmen einer Lunge eines Patienten auf. Die Ventilationsvorrichtung 2 ist mit einer Patienteninspirationsschnittstelle 10 und einer Patientenexspirationsschnittstelle 11 fluidkommunizierend gekoppelt. Überdies weist die Beatmungsvorrichtung 1 vorzugsweise einen nicht dargestellten Lufteinlass und/oder Sauerstoffeinlass und/oder Narkosegaseinlass und/oder Atemluftauslass auf, welche mit der Patienteninspirationsschnittstelle 10, der Patientenexspirationsschnittstelle 11 und dem Ventilationsmodul 2 fluidkommunizierend gekoppelt bzw. über einen Atemluftschlauch zum Beatmen der Lunge des Patienten fluidkommunizierend koppelbar sind. Die Patienteninspirationsschnittstelle 10 ist über einen nicht dargestellten Atemluftschlauch koppelbar, um den Patienten über den Atemluftschlauch zu beatmen. Die Patientenexspirationsschnittstelle 11 ist mit dem Atemluftschlauch koppelbar, um verbrauchte Atemluft vom Patienten zur Beatmungsvorrichtung 1 zu führen. Zudem ist hierdurch ein Verlauf der Exspiration des Patienten besser steuerbar, insbesondere durch Einstellen bzw. Einregeln des PEEP. Auf diese Weise kann ein Kollabieren der Lunge des Patienten verhindert werden.
In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ermittlungsmodul 3 mit der Patienteninspirationsschnittstelle 10 und der Patientenexspirationsschnittstelle 11 derart gekoppelt, dass Luftdrücke sowie Luftvolumenströme in der Patienteninspirationsschnittstelle 10 sowie der Patientenexspirationsschnittstelle 11 mittels der Ermittlungsvorrichtung 3 ermittelbar sind. Überdies kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Ermittlungsvorrichtung 3 weitere Sensoren, wie beispielsweise einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor oder dergleichen, aufweist, um weitere Parameter der Luftströme innerhalb und außerhalb der Beatmungsvorrichtung zu ermitteln. Die Ermittlungsvorrichtung 3 ist somit ausgebildet, den ersten Beatmungsparameter, insbesondere ein Beatmungsvolumen und den zweiten Beatmungsparameter, insbesondere einen Beatmungsdruck, zu ermitteln.
Die Beatmungsvorrichtung 1 weist ein Steuerungsmodul 4 zum Steuern der Beatmungsvorrichtung 1 in Abhängigkeit des von dem Ermittlungsmodul 3 ermittelten ersten Beatmungsparameters und/oder des ermittelten zweiten Beatmungsparameters auf. Das Steuerungsmodul 4 ist somit ausgebildet,
das Ventilationsmodul 2 zu steuern, insbesondere den ersten Beatmungsparameter über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum automatisch zu reduzieren. Ferner weist die Beatmungsvorrichtung 1 ein Klassifikationsmodul 5 auf, welches ausgebildet ist, auf Basis einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters einen Lungenzustand der Lunge des Patienten zu klassifizieren. In dieser bevorzugten Ausführungsform weist die Beatmungsvorrichtung 1 eine optionale Alarmvorrichtung 6 auf.
Die Alarmvorrichtung 6 ist ausgebildet, einen Alarm, insbesondere einen optischen und/oder akustischen Alarm, auszugeben, wenn der quantitativ klassifizierte Lungenzustand einen Kollabierungsgrenzwert unterschreitet oder einen Überdehnungsgrenzwert überschreitet.
Überdies weist die Beatmungsvorrichtung 1 ein EIT-Modul 8 zum Feststellen eines Lungenzustands der Lunge oder zumindest eines Teils der Lunge des Patienten auf. Das Ventilationsmodul 2, Ermittlungsmodul 3, Steuerungsmodul 4, Klassifikationsmodul 5, die Alarmvorrichtung 6 und das EIT-Modul 8 sind innerhalb eines Gehäuses 9 der Beatmungsvorrichtung 1 angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere dieser Komponenten, wie beispielsweise die Alarmvorrichtung 6 oder das EIT-Modul 8, vollständig oder zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses 9 angeordnet sind. Die Beatmungsvorrichtung 1 weist vorzugsweise eine nicht dargestellte Elektrodenschnittstelle zum Koppeln von Patientenelektroden mit dem EIT-Modul auf.
Des Weiteren weist die Beatmungsvorrichtung 1 eine Anzeigevorrichtung 7 zum Anzeigen von Beatmungsparametern auf. Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung 7 zur Anzeige von Betätigungsinformationen zum verbesserten Betätigen der Beatmungsvorrichtung 1 ausgebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung 7 als Touchscreen ausgebildet ist. Ebenso kann die Alarmvorrichtung 6 zumindest teilweise in die Anzeigevorrichtung 7 integriert sein, sodass die Anzeigevorrichtung zum Anzeigen und/oder akustischen Ausgeben von Alarmen ausgebildet ist. Die Anzeigevorrichtung 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Gehäuses 9 angeordnet sowie verstellbar, beispielsweise um eine vertikale Achse drehbar und/oder um eine horizontale Achse schwenkbar, an diesem gehalten. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung 7 vollständig oder zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 9, beispielsweise hinter einem Sichtfenster, angeordnet ist. Ebenso kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung 7 vom Gehäuse 9 abnehmbar ausgebildet ist.
In der 2 ist schematisch in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer kollabierten Lunge auf eine erste Beatmungsdruckreduzierung schematisch in einem Diagramm dargestellt. Die ersten vier Atemzyklen verlaufen mit nicht angepassten Beatmungsparametern. Zum fünften Atemzyklus ist der Beatmungsdruck dP durch Absenkung des P_insp,set bei konstantem PEEPset reduziert. Hierdurch wird eine Reduzierung des Beatmungsvolumens bewirkt. Der Quotient aus Beatmungsvolumen (V_T ) und Beatmungsdruck (dP) (V_T/dP) sinkt in diesem Fall. Hieraus kann das Klassifikationsmodul 5 erkennen, dass ein Kollaps der Lunge vorliegt.
Die 3 zeigt schematisch in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer überdehnten Lunge auf die erste Beatmungsdruckreduzierung schematisch in einem Diagramm. Die ersten vier Atemzyklen verlaufen mit nicht angepassten Beatmungsparametern. Zum fünften Atemzyklus ist der Beatmungsdruck durch Absenkung des P_insp,set bei konstantem PEEPset reduziert. Hierdurch wird eine Reduzierung des Beatmungsvolumens bewirkt. Der Quotient aus Beatmungsvolumen (V_T ) und Beatmungsdruck (dP) (V_T/dP) steigt in diesem Fall. Hieraus kann das Klassifikationsmodul 5 erkennen, dass eine Überdehnung der Lunge vorliegt.
In der 4 ist schematisch in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer kollabierten Lunge auf eine zweite Beatmungsdruckreduzierung schematisch in einem Diagramm illustriert. Die ersten vier Atemzyklen verlaufen mit nicht angepassten Beatmungsparametern. Zum fünften Atemzyklus ist der Beatmungsdruck durch Anhebung des PEEP_set bei konstantem P_insp,set reduziert. Hierdurch wird eine Reduzierung des Beatmungsvolumens bewirkt. Der Quotient aus Beatmungsvolumen (V_T ) und Beatmungsdruck (dP) (V_T/dP) steigt in diesem Fall. Hieraus kann das Klassifikationsmodul 5 erkennen, dass ein Kollaps der Lunge vorliegt.
Die 5 zeigt schematisch in einem Zeitdiagramm eine Reaktion einer überdehnten Lunge auf die zweite Beatmungsdruckreduzierung schematisch in einem Diagramm. Die ersten vier Atemzyklen verlaufen mit nicht angepassten Beatmungsparametern. Zum fünften Atemzyklus ist der Beatmungsdruck durch Anhebung des PEEP_set und konstantem P_insp,set reduziert. Hierdurch wird eine Reduzierung des Beatmungsvolumens bewirkt. Der Quotient aus Beatmungsvolumen (V_T ) und Beatmungsdruck (dP) (V_T/dP) sinkt. Hieraus kann das Klassifikationsmodul 5 erkennen, dass eine Überdehnung der Lunge vorliegt
In der 6 sind schematisch Zeitdiagramme von Druck- und Volumina einer kollabierten Lunge (collapse) im Vergleich mit einem ersten linearen Lungenmodell abgebildet. Das erste lineare Lungenmodell wird auf Basis der Messwertverläufe gesamter Atemzyklen geschätzt.
Bei Vorliegen einer Überdehnung der Lunge liegt die Compliance des linearen Lungenmodells höher als die tatsächliche Compliance bei Erreichen des Plateaudrucks. Berechnete Beatmungsvolumina sind somit höher als gemessene Beatmungsvolumina. Zudem ist eine Anstiegszeit des gemessenen Beatmungsvolumens kürzer und eine Abfallzeit länger gegenüber dem linearen Lungenmodell, bei welchem Anstiegszeit und Abfallzeit gleichlang sind.
Bei Vorliegen eines Kollapses der Lunge liegt die Compliance des linearen Lungenmodells niedriger als die tatsächliche Compliance bei Erreichen des Plateaudrucks. Berechnete Beatmungsvolumina sind somit niedriger als gemessene Beatmungsvolumina. Überdies ist bei Vorliegen eines Kollapses der Lunge die Anstiegszeit des gemessenen Beatmungsvolumens länger und die Abfallzeit kürzer gegenüber dem linearen Lungenmodell.
In der 7 sind schematisch Zeitdiagramme von Druck- und Volumina einer überdehnten Lunge (overdistension) im Vergleich mit einem zweiten linearen Lungenmodell abgebildet. Das zweite lineare Lungenmodell wird getrennt nach Inspiration und Exspiration nur für die Bereiche geschätzt, in welchem der Betrag des Beatmungsvolumenstroms (q) einen bestimmten Grenzwert übersteigt. Somit weist das lineare Lungenmodell ein inspiratorisches Lungenmodell und ein exspiratorisches Lungenmodell auf.
Bei Vorliegen einer Überdehnung sind die Zeitkonstante, Anstiegszeit und Abfallzeit des inspiratorischen Lungenmodells kleiner als die des exspiratorischen Lungenmodells.
Bei Vorliegen eines Kollapses sind die Zeitkonstante, Anstiegszeit und Abfallzeit des inspiratorischen Lungenmodells größer als die des exspiratorischen Lungenmodells.
In 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm abgebildet. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird der Atemluftstrom zum Beatmen des Patienten mittels des Ventilationsmoduls 2 der Beatmungsvorrichtung 1 erzeugt. Hierbei wird das Ventilationsmodul 2 vom Steuerungsmodul 4 gesteuert. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 werden der erste Beatmungsparameter und der zweite Beatmungsparameter mittels des Ermittlungsmoduls 3 der Beatmungsvorrichtung 1 ermittelt. Das Ermitteln erfolgt vorzugsweise kontinuierlich oder wiederholt, um eine definierte Beatmung des Patienten zu gewährleisten. In einem dritten Verfahrensschritt 300 reduziert die Steuerungsvorrichtung 4 der Beatmungsvorrichtung 1 den ersten Beatmungsparameter automatisch über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum. Hierbei wird vorzugsweise entweder der P_insp,set bei konstantem PEEPset gesenkt oder der PEEPset bei konstantem P_insp,set angehoben. In einem vierten Verfahrensschritt 400 ermittelt das Ermittlungsmodul 3 die durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkte Veränderung des zweiten Beatmungsparameters. In einem fünften Verfahrensschritt 500 klassifiziert das Klassifikationsmoduls 5 der Beatmungsvorrichtung 1 den Lungenzustand der Lunge des Patienten auf Basis der durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters. Bevorzugte Klassifizierungskategorien sind „überdehnt“, „normal“ und „kollabiert“. In einem sechsten Verfahrensschritt 600 wird der klassifizierte Lungenzustand der Lunge des Patienten und/oder ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels der Anzeigevorrichtung 7 der Beatmungsvorrichtung 1 angezeigt. Alternativ oder zusätzlich wird in einem siebten Verfahrensschritt 700 ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels der Steuerungsvorrichtung 4 durchgeführt. Das Verfahren wird vorzugsweise iterativ durchgeführt, um sukzessive einen normalen Lungenzustand zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Beatmungsvorrichtung
2: Ventilationsmodul
3: Ermittlungsmodul
4: Steuerungsmodul
5: Klassifikationsmodul
6: Alarmvorrichtung
7: Anzeigevorrichtung
8: EIT-Modul
9: Gehäuse
10: Patienteninspirationsschnittstelle
11: Patientenexspirationsschnittstelle
100: erster Verfahrensschritt
200: zweiter Verfahrensschritt
300: dritter Verfahrensschritt
400: vierter Verfahrensschritt
500: fünfter Verfahrensschritt
600: sechster Verfahrensschritt
700: siebter Verfahrensschritt

Claims

Beatmungsvorrichtung (1) zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft, aufweisend ein Ventilationsmodul (2) zum Erzeugen eines Atemluftstroms, ein Ermittlungsmodul (3) zum Ermitteln eines ersten Beatmungsparameters sowie eines vom ersten Beatmungsparameter verschiedenen zweiten Beatmungsparameters der Beatmungsvorrichtung (1) und ein Steuerungsmodul (4) zum Steuern der Beatmungsvorrichtung (1) in Abhängigkeit des ermittelten ersten Beatmungsparameters und/oder des ermittelten zweiten Beatmungsparameters, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (4) ausgebildet ist, den ersten Beatmungsparameter über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum automatisch zu reduzieren, wobei die Beatmungsvorrichtung (1) ein Klassifikationsmodul (5) aufweist, und wobei das Klassifikationsmodul (5) ausgebildet ist, auf Basis einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters einen Lungenzustand der Lunge des Patienten zu klassifizieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (4) ausgebildet ist, korrespondierend zu einer vom Klassifikationsmodul (5) durchgeführten Klassifizierung des Lungenzustands der Lunge des Patienten ein Rekrutierungsmanöver zum Verbessern des Lungenzustands durchzuführen.
Beatmungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klassifikationsmodul (5) ausgebildet ist, den Lungenzustand der Lunge des Patienten qualitativ als kollabiert, überdehnt oder normal zu klassifizieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klassifikationsmodul (5) ausgebildet ist, den Lungenzustand der Lunge des Patienten quantitativ zu klassifizieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beatmungsvorrichtung (1) eine Alarmvorrichtung (6) aufweist, wobei die Alarmvorrichtung (6) ausgebildet ist, einen Alarm auszugeben, wenn der quantitativ klassifizierte Lungenzustand einen Kollabierungsgrenzwert unterschreitet oder einen Überdehnungsgrenzwert überschreitet.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (4) ausgebildet ist, als ersten Beatmungsparameter ein Beatmungsvolumen und/oder einen Beatmungsdruck automatisch zu reduzieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (4) ausgebildet ist, den ersten Beatmungsparameter über einen mehrere Atemzyklen aufweisenden Analysezeitraum schrittweise zu reduzieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beatmungsvorrichtung (1) eine Anzeigevorrichtung (7) aufweist, wobei die Anzeigevorrichtung (7) zum Anzeigen des Lungenzustands der Lunge des Patienten und/oder zum Anzeigen eines auf Basis des Lungenzustands empfohlenen Rekrutierungsmanövers ausgebildet ist.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klassifikationsmodul (5) zum Schätzen eines linearen Lungenmodells der Lunge des Patienten auf Basis des vor der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten ersten Beatmungsparameters und zweiten Beatmungsparameters ausgebildet ist, wobei das Klassifikationsmodul (5) weiter ausgebildet ist, den Lungenzustand der Lunge anhand des geschätzten Lungenmodells und auf Basis des nach der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters ermittelten zweiten Beatmungsparameters zu klassifizieren.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beatmungsvorrichtung (1) ein EIT-Modul (8) zum Feststellen eines Lungenzustands der Lunge oder zumindest eines Teils der Lunge des Patienten aufweist, wobei das Klassifikationsmodul (5) ausgebildet ist, eine nach der automatischen Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkte sowie vom EIT-Modul (8) festgestellte Veränderung der Ausdehnung und/oder Compliance der Lunge beim Klassifizieren des Lungenzustands zu berücksichtigen.
Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, den ersten Beatmungsparameter automatisch um zwischen 20% bis 60%, vorzugsweise um zwischen 30% und 50% und besonders bevorzugt um 40% zu reduzieren.
Verfahren zum Beatmen einer Lunge eines Patienten mit Atemluft mittels einer Beatmungsvorrichtung (1), aufweisend die folgenden Schritte: - Erzeugen eines Atemluftstroms mittels eines Ventilationsmoduls (2) der Beatmungsvorrichtung (1), - Ermitteln eines ersten Beatmungsparameters und eines vom ersten Beatmungsparameter verschiedenen zweiten Beatmungsparameters mittels eines Ermittlungsmoduls (3) der Beatmungsvorrichtung (1), - automatisches Reduzieren des ersten Beatmungsparameters über einen mindestens einen Atemzyklus aufweisenden Analysezeitraum mittels einer Steuerungsvorrichtung (4) der Beatmungsvorrichtung (1), - Ermitteln einer durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters mittels des Ermittlungsmoduls (3), und - Klassifizieren eines Lungenzustands der Lunge des Patienten auf Basis der durch die automatische Reduzierung des ersten Beatmungsparameters bewirkten Veränderung des zweiten Beatmungsparameters mittels eines Klassifikationsmoduls (5) der Beatmungsvorrichtung (1).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Beatmungsparameter ein Atemdruck und als zweiter Beatmungsparameter ein Beatmungsvolumen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der klassifizierte Lungenzustand der Lunge des Patienten und/oder ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels einer Anzeigevorrichtung (7) der Beatmungsvorrichtung (1) angezeigt wird, und/oder dass ein zur Verbesserung des Lungenzustands der Lunge geeignetes Rekrutierungsmanöver mittels der Steuerungsvorrichtung (4) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Beatmungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird.