DE102019120307A1

DE102019120307A1 - Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102019120307A1
Application number: DE102019120307.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Rüller; Susanne Greve
Original assignee: Forschungszentrum Borstel Leibniz Lungenzentrum FZB
Current assignee: Forschungszentrum Borstel Leibniz Lungenzentrum FZB
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-01-28
Also published as: AU2020321288B2; AU2020321288A1; CN114144218A; EP4004937A1; US20220305227A1; WO2021018691A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einer Sensoranordnung, einer programmierbaren Steuereinheit (10) und einer von der Steuereinheit (10) ansteuerbaren Luftförderungseinheit (6). Die Sensoranordnung weist einen Drucksensor (9) und einen Luftstromsensor (11) auf, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens (3) eingerichtet sind. Die programmierbare Steuereinheit (10) ist zur Auswertung von aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufen und Atemluftstromverläufen eingerichtet. Zur Bereitstellung einer für das Lebewesen (3) besonders komfortablen und individuell auf momentane Bedürfnisse des Lebewesens (3) angepassten Beatmung wird vorgeschlagen, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens (3) und deren Ursache anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einem Beatmungsgerät (1), wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit des Beatmungsgeräts (1) ausgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der unterstützenden Beatmung von Patienten mit Atemproblemen. Unterstützende Beatmung bezeichnet hierbei eine Beatmung von Lebewesen, die während der Beatmung selbständig Atembewegungen ausführen. Beispielsweise zählen hierzu die sogenannte assistierte und die teilkontrollierte Beatmung, bei der eine Atembemühung des Lebewesens von der Vorrichtung erkannt und in Abhängigkeit der natürlichen Atmung des Lebewesens ein Einatmen („Inspiration“) oder ein Ausatmen („Exspiration“) des Lebewesens durch einen relativ zum aktuell bestehenden Druck von der Vorrichtung induzierten Unter- oder Überdruck in den Atemwegen des Lebewesens gefördert wird. Eine Inspiration ist eine Atmungsphase mit überwiegend einwärts in das Lebewesen gerichteter Luftströmung, eine Exspiration ist eine Atmungsphase mit überwiegend auswärts aus dem Lebewesen gerichteter Luftströmung. Ferner ist in der Medizin die kontrollierte Beatmung bekannt, die insofern von der unterstützenden Beatmung abzugrenzen ist, als kontrolliert beatmete Patienten keine eigenständigen Atembewegungen ausführen oder aber die Beatmung dem Patienten aufgezwungen wird, der sich mit seinen eigenständigen Atembemühungen daran anpassen muss. Bei der kontrollierten Beatmung werden Atemfrequenzen und somit Inspirations- und Exspirationsphasen von der Vorrichtung vorgegeben, während diese bei der assistierten Beatmung von der Vorrichtung automatisch an die eigenständig vorgenommene Atmung des Lebewesens angepasst werden. Die teilkontrollierte Beatmung basiert auf einer assistierten Beatmung, es ist jedoch eine Mindestatemfrequenz („Sicherheitsfrequenz“ oder „Backupfrequenz“) von der Vorrichtung vorgegeben. Beispiele für Vorrichtungen zur unterstützenden Beatmung sind im Fall der assistierten Beatmung BiPAP-S, Bilevel-S oder PSV Geräte, im Fall der kontrollierten Beatmung PCV oder BiPAP-T Geräte und im Fall der teilkontrollierten Beatmung BiPAP-ST oder aPCV Geräte.
Als Beispiel für Lebewesen, die eine unterstützende Beatmung benötigen, seien COPD-Patienten genannt, speziell solche mit hyperkapnischer respiratorischer Insuffizienz. Bei diesen Patienten ist es aufgrund verschiedener Erkrankungen zu Strukturveränderungen in der Lunge gekommen, die eine vermehrte Arbeit der Atemmuskulatur erforderlich machen, um einen ausreichenden Gasaustausch zu gewährleisten. Mit Fortschreiten der Erkrankung kommt es zunehmend zu einer Erschöpfung der Atemmuskulatur, in deren Folge es zu Luftnot-Empfindungen bei der Atmung schon bei sehr geringen Anstrengungen kommen kann. In ausgeprägten Fällen sind die Atemmuskulatur und der Atemantrieb, insbesondere auch nachts im Schlaf, nicht mehr in der Lage, die Strukturveränderungen der Lunge durch vermehrte Atemtiefe und Zunahme der Atemfrequenz ausreichend zu kompensieren und es kommt zu einer ventilatorischen Insuffizienz.
Die EP 2542286 A2 offenbart eine Beatmungsvorrichtung mit einer steuerbaren Luftabgabeeinheit oder einer Ventilsteuereinheit mit einem Druckregelventil, wobei die Beatmungsvorrichtung einen Luftmassenmesser, einen Drucksensor und eine programmierbare Steuereinheit aufweist. Um eine unerwünschte Überblähung der Lunge des beatmeten Lebewesens zu vermeiden, werden bei der Steuerung der Luftabgabeeinheit bzw. der Ventilsteuereinheit ein frühzeitig reduzierter Druckverlauf in der Einatmungsphase sowie ein dynamisch geregelter Gegendruck in einer Ausatmungsphase des Lebewesens vorgesehen.
Die WO 2006/079152 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Erkennung ineffizienter Atembewegungen eines beatmeten Lebewesens. Hierzu wird ein exspiratorischer Atemluftstrom des Lebewesens auf Störungen überwacht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung anzugeben, mit der eine für das Lebewesen besonders komfortable und individuell auf momentane Bedürfnisse des Lebewesens angepasste Beatmung bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit dem Computerprogramm gemäß Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Vorrichtung dient der unterstützenden Beatmung eines Lebewesens, beispielsweise eines Menschen. Die unterstützende Beatmung kann beispielsweise aufgrund einer Atemwegs- oder Lungenerkrankung des Lebewesens erforderlich sein, weshalb das Lebewesen in dieser Anmeldung auch als Patient bezeichnet wird. Die Vorrichtung hat eine ansteuerbare Luftförderungseinheit, die beispielsweise einen Ventilator, eine Pumpe, eine steuerbare Turbine oder eine Luftkompressionseinrichtung, z. B. einen Kolbenkompressor, aufweist. Zur Steuerung der abgegebenen Luftmenge kann die Luftförderungseinheit zusätzlich ein Drucksteuerventil oder eine Ventilanordnung aufweisen. Es kann auch ein Ventilsteuerungsgerät an Stelle der Luftförderungseinheit vorgesehen sein. Das Ventilsteuerungsgerät kann als Zusatzgerät zwischen ein konventionelles Beatmungsgerät und das zu beatmende Lebewesen geschaltet werden.
Die Luftförderungseinheit kann beispielsweise wahlweise, insbesondere automatisch einen stufenlos einstellbaren Unter- oder Überdruck erzeugen, etwa durch Anpassung der Drehrichtung und -geschwindigkeit eines Ventilators. Auf diese Weise kann dem Lebewesen die jeweils momentan benötigte Atemunterstützung bereitgestellt werden.
Im Stand der Technik ist es üblich, dass gattungsgemäße Vorrichtungen zur Inspiration den von der Vorrichtung gelieferten Beatmungsdruck anheben („IPAP“ = Inspiratory Positive Airway Pressure, Beatmungsdruck während der Inspiration) und zur Exspiration absenken („EPAP“ = Expiratory Positive Airway Pressure, Beatmungsdruck während der Exspiration). Der IPAP und EPAP werden üblicherweise von einem Therapeuten festgelegt und an der Vorrichtung eingestellt. Neben dem IPAP und dem EPAP werden häufig noch Vorgaben für die Beatmungsfrequenz, die IPAP-Zeit (Zeitdauer, für die der Inspirationsdruck in der Einatemphase festgelegt ist), das Verhältnis der Zeiten von IPAP/EPAP und eine Sensibilität für nachfolgend noch erläuterte Inspirations- und Exspirationstrigger festgelegt. Eine Beatmung wird fachüblicherweise als effizient betrachtet, wenn ein ausreichendes Tidalvolumen und/oder ein ausreichendes Atemminutenvolumen erzielt wird. Das ausreichende Maß wird u.a. nach Erfahrungswerten, der zugrundeliegenden Beatmungsindikation, der Erkrankung und Blutgasanalysen festgelegt.
Die Umschaltung der Vorrichtung von einem EPAP auf einen IPAP kennzeichnet das Ende eines Exspirationsmodus und den Beginn eines Inspirationsmodus, der so lange anhält, bis die Vorrichtung von dem IPAP auf einen EPAP umschaltet. Die Umschaltung der Vorrichtung von einem IPAP auf einen EPAP kennzeichnet das Ende eines Inspirationsmodus und den Beginn eines Exspirationsmodus, der so lange anhält, bis die Vorrichtung von dem EPAP auf einen IPAP umschaltet.
Die Vorrichtung hat eine Sensoranordnung mit einem Drucksensor und einem Luftstromsensor. Der Drucksensor kann beispielsweise ein Differenzdrucksensor sein, der Luftstromsensor ist zum Beispiel ein Pneumotachograph. Beide Sensoren können in einem gemeinsamen Gehäuse oder räumlich getrennt voneinander vorgesehen sein. Zur Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens sind die Sensoren beispielsweise in oder an einer Atemmaske oder in oder an einem Verbindungsschlauch zwischen dem Beatmungsgerät und der Atemmaske oder in einem Ventilsteuergerät der Vorrichtung angeordnet. Ganz allgemein sind im Zusammenhang mit dieser Anmeldung die Wörter „ein/eine“ nicht als Zahlwort zu verstehen, sondern als unbestimmte Artikel mit dem Wortsinn von „mindestens ein/eine“. Somit können beispielsweise auch mehrere Druck- oder Luftstromsensoren vorgesehen sein. Der Drucksensor und der Luftstromsensor sind zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens eingerichtet, sodass die Sensoren zur fortlaufenden Messung der genannten Werte geeignet sind.
Die erfassten Atemluftdruckwerte und Atemluftstromwerte werden beispielsweise kontinuierlich oder quasikontinuierlich an eine programmierbare Steuereinheit der Vorrichtung übertragen und von dieser ausgewertet. Hierzu weist die programmierbare Steuereinheit eine geeignete Recheneinheit sowie gegebenenfalls erforderliche Speichermittel und/oder geeignete Software auf, um beispielsweise mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Atemluftdruckwerte und/oder Atemluftstromwerte jeweils oder miteinander zusammenhängend auszuwerten. Aufgrund der zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerte und Atemluftstromwerte werden diese in den Anmeldeunterlagen auch als Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe bezeichnet, um diese von der Auswertung einzelner, zeitunabhängiger Absolutwerte, beispielsweise im Rahmen einer ausschließlichen Schwellenwertüberwachung, abzugrenzen. Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe können beispielsweise in der Praxis zur Veranschaulichung grafisch als Funktionskurven oder Kurvenabschnitte dargestellt werden und somit einen relativen oder absoluten zeitlichen Verlauf von Druck- oder Luftstromwerten abbilden. Bei der Auswertung können einerseits die absoluten Atemluftdruckwerte und Atemluftstromwerte zu verschiedenen Zeitpunkten betrachtet werden wie auch relative zeitliche Änderungen der jeweiligen Werte. Insbesondere kann auch eine zusammenhängende Auswertung der Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe in Beziehung zueinander vorgesehen sein.
Die programmierbare Steuereinheit ist erfindungsgemäß zur Erkennung beatmungsassoziierter frustraner Atembewegungen des Lebewesens anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe eingerichtet. Unter einer frustranen Atembewegung unter Beatmung wird eine Atembemühung des Lebewesens verstanden, die nicht zu dem mit der Atembemühung angestrebten aufgenommenen oder abgegebenen Luftvolumen führt, beispielsweise von einer Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung nicht ausreichend als Atembemühung erkannt wird und somit nicht zu einer Umschaltung der Vorrichtung von einem Inspirationsmodus zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt führt. Eine solche frustrane Atembewegung kann für den Patienten unangenehm sein und zu gefühlter Atemnot oder Flachatmung führen. Eine frustrane Atembewegung kann aber auch, besonders im Schlaf, nur ineffektiv sein und nur zu einer vermehrten Atemarbeit führen, die dem eigentlichen Ziel der Beatmung entgegenwirkt, da eine Beatmung beispielsweise den Zweck hat, die Atemarbeit des Patienten zu minimieren. Frustrane Atembewegungen können während einer Inspirationsphase und/oder einer Exspirationsphase des Lebewesens auftreten bzw. zu einem Zeitpunkt auftreten, zu dem ein auswärtsgerichteter oder aber einwärtsgerichteter Luftstrom besteht, bzw. zu dem der von der Vorrichtung applizierte Druck sich auf einem IPAP-Niveau oder einem EPAP-Niveau befindet. Obstruktive schlafbezogene Atemregulationsstörungen können zwar auch zu frustranen Atembewegungen führen, entstehen aber nicht primär unter Beatmung und sind daher grundsätzlich zu unterscheiden.
Zur Identifizierung der beatmungsassoziierten, frustranen Atembewegung - im folgenden vereinfachend als frustrane Atembewegung bezeichnet - analysiert die programmierbare Steuereinheit die aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufe und/oder Atemluftstromverläufe. Es wurde erkannt, dass frustrane Atembewegungen bereits anhand charakteristischer Merkmale in den Verläufen der erfassten Sensorwerte identifizierbar sind. Dementsprechend wird die frustrane Atembewegung vorliegend insbesondere ausschließlich anhand der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe erkannt, sodass bereits mit einem oder zwei Sensoren, die üblicherweise bereits für andere Messzwecke in derartigen Vorrichtungen eingesetzt werden, auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen werden kann. Somit sind insbesondere keine zusätzlichen Sensoren zur Erkennung frustraner Atembewegungen erforderlich, beispielsweise keine in die Atemwegsorgane führenden Messsonden, wie es etwa bei Ösophagussonden, Okklusionsmessungen oder polygrafischen bzw. polysomnografischen Analysen zur Untersuchung und Überwachung betroffener Patienten üblich ist. Die Erfindung basiert somit auf einer nicht-invasiven Erkennung frustraner Atembewegungen. Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen Aufbau und eine einfache Funktionsweise auf.
Überraschenderweise ist es trotz Beschränkung der Auswertung auf ein bis zwei physikalische Größen möglich, zuverlässige Aussagen über das Auftreten frustraner Atembewegungen zu treffen, da die in diesem Fall in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen auftretenden charakteristischen Merkmale eindeutig, nachweisbar und wiederholbar sind. Hierbei wird insbesondere der Effekt ausgenutzt, dass zeitliche Werteverläufe eine deutlich höhere Informationsdichte aufweisen als jeweils für sich betrachtete Momentanwerte. Insbesondere können zeitliche Werteverläufe mit geeigneten Speicher- oder Übertragungsmitteln auch über längere Zeiträume ausgewertet werden und beispielsweise Langzeitbeobachtungen zu etwaigen Begleitumständen oder Auslösern frustraner Atembewegungen ermöglichen.
Somit kann die zeitliche Betrachtung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten wertvolle Informationen über den momentanen oder längerfristig betrachteten atmungsbezogenen Zustand des Lebewesens liefern. Aufgrund der präzisen Analyse der Atmung des Lebewesens im Rahmen der Erfindung ist es überdies möglich, maßgeschneiderte Gegenmaßnahmen für die anhand charakteristischer Merkmale identifizierten frustranen Atembewegungen vorzusehen. Insbesondere können gegebenenfalls unterschiedlich ausgeprägte oder unterschiedlich ausgelöste frustrane Atembewegungen aufgrund voneinander abweichender charakteristischer Merkmale unterschieden werden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Durch die Unterscheidung wird es möglich, entsprechende Gegenmaßnahmen individuell auf die Atmungs- und Beatmungssituation des Patienten abzustimmen.
Die für frustrane Atembewegungen charakteristischen Merkmale können Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten und/oder Zeitabschnitten der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe sein. Hierbei können einzelne lokale oder regionale Merkmale jeweils für sich betrachtet oder in Zusammenhang mit weiteren Merkmalen als charakteristisch bezeichnet werden. So kann etwa in einer Exspirationsphase eines Atemluftdruckverlaufs ein lokales Minimum mit innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne darauffolgendem lokalem Maximum als charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. In einem Atemluftstromverlauf können beispielsweise zwei in einer vorgegebenen Zeitspanne aufeinanderfolgende Atemluftstromerhöhungen in einer Exspirationsphase als charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. Es können auch in vordefinierten Zeitspannen auftretende Oszillationen in den Atemluftstrom- und/oder Atemluftdruckverläufen als charakteristische Merkmale einer oder mehrerer aufeinander folgender frustraner Atembewegungen herangezogen werden. Hierbei handelt es sich jeweils um Beispiele, die nicht abschließend als Auflistung charakteristischer Merkmale zu betrachten sind, zumal die präzise Erkennung und Analyse frustraner Atembewegungen anhand der Atemluftstrom- und Atem luftdruckverläufe je nach Atmungs- und Beatmungszustand des Patienten eine hohe Komplexität aufweisen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die charakteristischen Merkmale charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz-Atemluftdruckverläufen und/oder Referenz-Atemluftstromverläufen. Bei dieser Ausgestaltung findet beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit ein Vergleich der mit der Sensoranordnung erfassten Atemluftdruckverläufe und/oder Atemluftstromverläufe mit Referenzverläufen statt, beispielsweise werden diese rechnerisch oder grafisch übereinander gelegt sowie die Form, Intensität und Ausprägung etwaiger Differenzen zwischen den erfassten Verläufen und den Referenzverläufen ermittelt. Beispielsweise können als Atem luftdruck- oder Atemluftstromspitzen ausgebildete Abweichungen der aktuell erfassten Atemluftdruckverläufe und/oder Atemluftstromverläufe von den Referenzverläufen zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere während der Exspirationsphase, als charakteristische Abweichungen herangezogen werden. Die Referenz-Atemluftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstromverläufe können beispielsweise als vorab gespeicherte und in der programmierbaren Steuereinheit hinterlegte Referenzverläufe vorgegeben sein. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung anhand vorangegangener Auswertungen solche Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstrom verläufe „erlernt“ und selbst in der programmierbaren Steuereinheit speichert, um individuelle Atmungsbedingungen des Patienten besser zu berücksichtigen. Ein solcher Lernvorgang kann beispielsweise unter ärztlicher Aufsicht ausgelöst und vorgenommen werden, um einen zumindest annähernd idealen Regel-Beatmungsvorgang zu überwachen und nicht durch bereits hierbei auftretende frustrane Atembewegungen die Erkennung derselben bei einem späteren Vergleich der Verläufe mit Referenzverläufen zu erschweren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die programmierbare Steuereinheit eine Speichereinheit zur Speicherung von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atem luftstromverläufen und/oder von Referenzmerkmalen für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen auf, um die interne Auswertung der Abweichungen und/oder Merkmale durch Vergleich zu erleichtern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Speichereinheit verschiedene krankheitsspezifische Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atemluftstromverläufe und/oder verschiedene krankheitsspezifizische Referenzmerkmale für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen auf. Auf diese Weise können für spezifische Krankheiten charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen präziser und individuell berücksichtigt werden. Die Referenz-Atemluftdruckverläufe und/oder Referenz-Atemluftstromverläufe und/oder die Referenzmerkmale können beispielsweise tabellarisch in einer Speichereinheit der programmierbaren Steuereinheit hinterlegt sein, sodass die Steuereinheit spalten- oder zeilenweise eine Auswahl bzw. Beschränkung der betroffenen Merkmale oder Verläufe vornehmen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Vorrichtung eine Einstellmöglichkeit zur Auswahl der spezifischen Krankheit oder der Ausprägung einer spezifischen Erkrankung durch eine Person, beispielsweise einen Therapeuten oder Patienten. Die Einstellmöglichkeit kann beispielsweise eine Benutzerschnittstelle oder eine Datenschnittstelle für Speichermedien sein. Alternativ oder zusätzlich ist die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Erkennung der vorliegenden Krankheit eingerichtet, beispielsweise anhand für die jeweilige Krankheit charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens anhand einer auftretenden Phasendivergenz zwischen realer Beatmungsphase des Lebewesens und einer von der Vorrichtung durchgeführten Beatmungsphase eingerichtet. Hierbei wird von der Vorrichtung automatisch bzw. selbständig erkannt, dass eine Umschaltung der Vorrichtung von einem Exspirationsmodus zu einem Inspirationsmodus oder umgekehrt fehlerhaft erfolgt ist, beispielsweise zu früh oder zu spät oder gar nicht. Zur Erkennung der Phasendivergenz können insbesondere die vorgenannten charakteristischen Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe genutzt werden, indem beispielsweise charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz-Atemluftdruckverläufen und/oder Referenz-Atemluftstromverläufen von der programmierbaren Steuereinheit identifiziert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit auch das Ausmaß der auftretenden Phasendivergenz ermitteln, beispielsweise einen zeitlichen Versatz zwischen erwarteten charakteristischen Merkmalen und real festgestellten charakteristischen Merkmalen bestimmen. Somit kann ermittelt werden, inwieweit ein Inspirationsmodus oder Exspirationsmodus der Vorrichtung der realen Inspiration oder Exspiration des Lebewesens nachläuft oder vorauseilt oder komplett davon dissoziiert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer nachfolgend noch erläuterten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet. Hierbei können somit zwei wesentliche, häufig in der Praxis auftretende Ursachen frustraner Atembewegungen von der Vorrichtung erkannt und unterschieden werden.
Die Abkürzung PEEP steht für den Fachausdruck „Positive End-Expiratory Pressure“ und somit für den in den Atemwegen des Lebewesens bestehenden Druck am Ende der Ausatmungsphase. Bei einer unvollständigen Ausatmung, die beispielsweise aufgrund des von einem unterstützenden Beatmungsgerät regulierten Drucks oder insbesondere dynamisch induzierten Gegendrucks in der Exspirationsphase auftreten kann, kann dieser Restdruck in den Atmungsorganen am Ende der Ausatmungsphase zunehmen und wird dann als intrinsischer PEEP oder Auto-PEEP bezeichnet. Der intrinsische PEEP kann in der Lunge des Lebewesens lokoregional sehr heterogen ausgeprägt sein. Eine unvollständige Ausatmung kann insbesondere auch dann vorliegen, wenn der Patient einatmet, aber die Ausatmung noch nicht beendet ist.
Insbesondere über mehrere Atemzyklen hinweg führt ein steigender intrinsischer PEEP zu einer Erhöhung der Atemlast und bildet für den Patienten eine Schwelle, die bei jeder Inspiration zusätzlich zu einer mit der Atemtiefe positiv korrelierten Last überwunden werden muss. Zudem führt der steigende intrinsische PEEP zu einer zunehmenden und in der Lunge des Lebewesens auch heterogen ausgebildeten Überblähung, da der Restdruck nicht mehr ausreichend in die Umgebung entweichen kann. Somit ist der intrinsische PEEP für den Patienten nicht nur unangenehm, sondern auch gefährlich. Es kann zu Empfindungen von Luftnot, aber auch zu negativen Auswirkungen auf die Herz- und Kreislaufsituation kommen. Es kann außerdem Pendelluft unter Beatmung entstehen. Auch kann die Beatmung ineffektiv werden, was zu zusätzlichen Belastungen der Lungenstruktur führt. Der Aufbau eines intrinsischen PEEP sollte somit während einer unterstützenden Beatmung eines Lebewesens möglichst vermieden oder zumindest reduziert werden. Hierbei ist zu beachten, dass sich der intrinsische PEEP fortwährend ändern kann, beispielsweise in Abhängigkeit der vorliegenden Krankheit, Infektsituation, Verschleimung, Atemfrequenz oder psychologischen Patientensituation.
Ein intrinsischer PEEP kann unter einer unterstützenden Beatmung zu frustranen Atembewegungen des Patienten führen, bei denen der Restdruck in den Atemwegen sich durch ineffiziente Atembemühungen verändern kann. Diese frustrane Atembewegung lässt sich anhand für den intrinsischen PEEP charakteristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atemluftstromverläufen ablesen, sodass der intrinsische PEEP als Auslöser einer frustranen Atembewegung von anderen Ursachen unterscheidbar ist.
Im Rahmen einer unterstützen Beatmung ist es auch möglich, dass die hierzu verwendete Vorrichtung triggerbedingt einen beginnenden Ein- oder Ausatemvorgang des Lebewesens nicht oder zu einem falschen Zeitpunkt erkennt. Zur Identifizierung der Atemphase dient in solchen Vorrichtungen üblicherweise ein Inspirations- und/oder Exspirationstrigger, der anhand einer gemessenen Druck- oder Luftstromänderung am Ende einer Inspirations- oder Exspirationsphase den Wechsel der Atemrichtung des Lebewesens erkennt und den entsprechenden Inspirations- oder Exspirationsmodus der Vorrichtung einleitet, um beispielsweise einen die Exspiration des Patienten unterstützenden Gegendruck oder einen differenten Druck zu dem während der Inspiration vorliegenden Druck zu erzeugen. Die Sensibilität eines solchen Inspirations- und/oder Exspirationstriggers ist in der Praxis variabel und insbesondere einstellbar, da je nach Zustand des Lebewesens, beispielsweise Schlaf- oder Wachzustand, die Merkmale einer beginnenden Inspiration oder Exspiration unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. Eine Fehlerkennung der realen Beatmungsphase des Lebewesens durch die Vorrichtung aufgrund einer zu hohen oder zu niedrigen Triggersensibilität wird als Triggerinsuffizienz bezeichnet. Eine solche parameterbedingte Triggerinsuffizienz kann als Insuffizienz des Inspirationstriggers und/oder als Insuffizienz des Exspirationstriggers auftreten. Eine zu sensible Einstellung kann beispielsweise aufgrund einer leichten Druckschwankung entgegen der Absicht des Patienten zu einem vorzeitigen Einleiten des Inspirationsmodus führen, eine zu unsensible Einstellung hingegen zu einem zu späten oder gar übersprungenen Exspirationsmodus. Erschwerend kommt hinzu, dass die Triggersensibilität beispielsweise durch Leckagen der Vorrichtung oder des Lebewesens beeinflusst wird, beispielsweise durch Mund- oder Maskenleckagen oder eine technische Leckage der Vorrichtung. Dies kann insbesondere zu einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz des Inspirationstriggers führen. Bei Vorliegen einer solchen Leckage erzeugt die Vorrichtung automatisch einen höheren Gegendruck, um die Leckage zu kompensieren, sodass ein Inspirationstrigger der Vorrichtung einen gegebenenfalls vom Patienten induzierten Unterdruck zu Beginn der Inspiration nicht identifiziert. Eine durch eine Triggerinsuffizienz verursachte frustrane Atembewegung lässt sich anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atem luftstromverläufen ablesen, wobei parameterbedingte und leckagebedingte Triggerinsuffizienz als Auslöser einer frustranen Atembewegung unterscheidbar sind und von anderen Ursachen (z. B. intrinsischem PEEP) abgegrenzt werden können. Die Vorrichtung kann auch zur Feststellung einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz unter Zuhilfenahme messbarer Leckagewerte der Vorrichtung und beispielsweise zum Vergleich der gemessenen Leckagewerte mit Leckagewerten aus vorangegangenen Atemzyklen eingerichtet sein.
Aufgrund der jeweils unterschiedlichen charakteristischen Merkmale einer aufgrund eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung ist die programmierbare Steuereinheit somit in der Lage, die jeweils vorliegende Ursache der frustranen Atembewegung zu identifizieren. Eine Triggerinsuffizienz, aber auch ein intrinsischer PEEP können zu einer Phasendivergenz der realen Beatmungsphase des Lebewesens und der von der Vorrichtung durchgeführten Beatmungsphase führen. Die Phasendivergenz ist von der Vorrichtung beispielsweise anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atem luftstromverläufen erkennbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Unterscheidung einer infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe eingerichtet. Hierdurch ist die Steuereinheit zur weiteren Erkennung und Differenzierung von zwei möglichen Auslösern für eine auftretende Triggerinsuffizienz geeignet.
Eine leckagebedingte Triggerinsuffizienz entsteht beispielsweise aufgrund der vorbeschriebenen Maskenleckage oder technischen Leckagen der Vorrichtung. Die Leckagewerte der Vorrichtung werden beispielsweise therapiedruckabhängig und anhand von Erfahrungswerten oder Messungen ermittelt und fließen als Korrekturwert in die Steuerungsberechnungen ein. Hierbei können Ungenauigkeiten beispielsweise aufgrund der getroffenen Annahmen und gemittelter Werte entstehen, die sich indirekt auf die Sensibilität der Inspirations- und Exspirationstrigger auswirken können. Eine solche leckagebedingte Triggerinsuffizienz ist anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe erkennbar, beispielsweise innerhalb einer Exspirationsphase anhand einer als Wölbung ausgeprägten Atemluftstromerhöhung während des Anstiegs des Atem luftstromverlaufs und einer im Wesentlichen zeitgleich auftretenden, als Wölbung ausgeprägten Atemluftdruckerhöhung.
Eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz entsteht aufgrund einer ungenauen Voreinstellung der Triggerparameter der programmierbaren Steuereinheit, sodass der Inspirations- und/oder Exspirationstrigger zu sensibel oder zu unsensibel eingestellt ist. Es handelt sich somit um eine unmittelbar durch konkrete Geräteeinstellungen beeinflusste Triggerinsuffizienz. Eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz ist anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe erkennbar, beispielsweise innerhalb einer Exspirationsphase anhand einer als Wölbung ausgeprägten Atemluftstromerhöhung während des Anstiegs des Atemluftstroms und während dieser Atemluftstromerhöhung auftretenden Atemluftdruckänderungen in Form einer negativen Spitze und einer anschließenden positiven Spitze im Atemluftdruckverlauf während des Anstiegs des Atemluftstroms.
Aufgrund der Unterscheidbarkeit einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz und einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz durch die programmierbare Steuereinheit kann diese zur Einleitung jeweils geeigneter Gegenmaßnahmen eingerichtet sein. Beispielsweise kann die programmierbare Steuereinheit bei Identifizierung einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz die vorbeschriebenen Korrekturwerte zur Berücksichtigung von Leckagewerten in geeigneter Weise anpassen oder auch dynamisch regeln, bis keine leckagebedingte Triggerinsuffizienz mehr anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftstromverläufen und/oder Atemluftdruckverläufen zu erkennen ist. Andererseits kann die programmierbare Steuereinheit bei Identifizierung einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz die voreingestellten Parametersätze zu dem Inspirations- und/oder Exspirationstrigger selbständig in geeigneter Weise anpassen, einen Benutzer zur Änderung der Parametersätze auffordern oder auch eine dynamische Regelung der Parameter durchführen, bis keine parameterbedingte Triggerinsuffizienz mehr anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftstromverläufen und/oder Atem luftdruckverläufen zu erkennen ist.
Die programmierbare Steuereinheit ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luftstromverläufen eingerichtet. Beispielsweise kann ein Zeitpunkt der Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in einer Exspirationsphase, in der ersten oder zweiten Hälfte der Exspirationsphase oder beim Übergang von einer Inspirations- in eine Exspirationsphase als charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. Erfahrungsgemäß hat sich hierbei gezeigt, dass für frustrane Atembewegungen charakteristische Merkmale vermehrt in exspiratorischen Abschnitten der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe auftreten. Es kann auch eine Zeitdauer der Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung, die typischer Weise 0,1 bis 1,0 Sekunden sein kann, als charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. Hinsichtlich der Form kann die Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung beispielsweise als Wölbung oder Spitze ausgebildet sein. Eine Wölbung stellt eine bogenförmige Erhöhung dar, bei einer Spitze weist die Erhöhung einen Knick, insbesondere einen Knick mit einem spitzen Winkel zwischen dem vor dem Maximum steigenden und nach dem Maximum fallenden Verlauf auf. Es können bei der Auswertung auch mehrere der vorgenannten Kriterien in Beziehung zueinander gesetzt werden, beispielsweise kann bei Auftreten einer als Wölbung ausgebildeten Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in der Mitte er vom Gerät erkannten Exspirationsphase für 0,2 bis 0,7 Sekunden auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen werden. Zur Erkennung und Unterscheidung der vorgenannten Verläufe können gleichsam die auftretenden Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten und/oder Zeitabschnitten der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe herangezogen werden.
Die Vorrichtung ist insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen eingerichtet. Dieser Unterscheidbarkeit liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die charakteristischen Merkmale frustraner Atembewegungen infolge eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz insbesondere hinsichtlich der Zeitpunkte, Zeitspannen und/oder der Formen von Atem luftdruck- und Atemluftstromerhöhungen voneinander abweichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstromverläufe und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe eingerichtet. Hierdurch wird die Erkennungsgenauigkeit verbessert. Beispielsweise stellt die Steuereinheit zunächst eine Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf fest und prüft sodann, ob in einer vorgegebenen Zeitspanne davor, danach oder zum gleichen Zeitpunkt der Atemluftstromerhöhung eine Atemluftdruckerhöhung in dem Atemluftdruckverlauf vorliegt. Neben dem Zeitpunkt können auch die Zeitspannen und Formen auftretender Atem luftdruck- und Atemluftstromerhöhungen aufeinander bezogen werden. Die Erkennung kann somit im Sinne einer Mehrfaktorenabhängigkeit anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstromverläufe und der Atemluftdruckverläufe in Kombination erfolgen.
Die programmierbare Steuereinheit ist insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstromverläufe und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe eingerichtet. Hierdurch wird die Unterscheidungsgenauigkeit verbessert. Beispielsweise stellt die Steuereinheit zunächst eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf fest und prüft sodann, ob im Wesentlichen zur gleichen Zeit und während im Wesentlichen der gleichen Zeitspanne eine als Wölbung ausgebildete Atemluftdruckerhöhung vorliegt. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atembewegung infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz. Insbesondere können die gleichzeitig auftretenden Erhöhungen in dem Atemluftstrom- und Atemluftdruckverlauf eine im Wesentlichen gleiche Form aufweisen, beispielsweise die gleichen Steigungen zu gleichen Zeitpunkten oder ein im Wesentlichen gleiches Integral über die Zeit der jeweiligen Erhöhung.
Weiterhin kann die Steuereinheit auch zunächst eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf feststellen und sodann prüfen, ob in einer vorgegebenen Zeitspanne, beispielsweise vor dem zeitlichen Ende oder während einer zweiten zeitlichen Hälfte der Atemluftstromerhöhung, eine als Spitze ausgebildete Atemluftdruckerhöhung vorliegt. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP. Insbesondere kann die Spitze im Atemluftdruckverlauf im Vergleich zur Wölbung im Atemluftstromverlauf kleiner ausgebildet sein, beispielsweise ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung aufweisen.
Bei einer weiteren charakteristischen Merkmalskombination einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz liegt eine als Wölbung ausgebildete Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf vor, während in der gleichen Zeitspanne der Atemluftstromerhöhung zunächst eine negative, als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung und anschließend eine positive, als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung auftreten. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atembewegung infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz. Insbesondere können die Spitzen im Atemluftdruck im Vergleich zur Wölbung im Atemluftstromverlauf jeweils kleiner ausgebildet sein, beispielsweise ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung aufweisen.
Die programmierbare Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die charakteristischen Merkmale zu identifizieren und in Abhängigkeit voneinander auszuwerten, um eine frustrane Atembewegung zu erkennen und hinsichtlich deren Ursache zwischen intrinsischem PEEP und Triggerinsuffizienz zu unterscheiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit ferner zur Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen eingerichtet. Die Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen kann die Erkennung eines intrinsischen PEEP des Lebewesens erleichtern, sodass eine bessere Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung ermöglicht wird. Die oszillometrische Atemwegswiderstandsmessung ist ohne zusätzliche Vorrichtungsbestandteile durch eine entsprechende Ansteuerung der Luftförderungseinheit umsetzbar. Bei oszillometrischen Atemwegswiderstandsmessungen, die beispielsweise in Form der sogenannten Impulsoszillometrie (IOS) oder der forcierten Oszillationstechnik (FOT) bekannt sind, wird der von der Vorrichtung erzeugte Beatmungsdruck mit kleinamplitudigen hochfrequenten Druckimpulsen überlagert. Anhand des hierbei gemessenen Verhältnisses der Druckdifferenz zur Atemströmung kann der Strömungswiderstand und somit Atemwegswiderstand bestimmt werden. Aus dem Atemwegswiderstand kann indirekt oder direkt auf einen intrinsischen PEEP des Lebewesens geschlossen werden. Somit wird die Erkennungs- und Unterscheidungsgenauigkeit der Vorrichtung für frustrane Atembewegungen aufgrund eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet, infolge der die frustrane Atembewegung auftritt. Hierzu kann von der Steuereinheit beispielsweise die zeitliche Ausdehnung, die Amplitude, die Steigung, das Integral und die Anzahl von auftretenden Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhungen bestimmt und bewertet, beispielsweise mit Referenz- oder Schwellenwerten verglichen werden. Die Analyse kann insbesondere auch über mehrere Atemzyklen erfolgen, um beispielsweise wiederholt auftretende Symptome von einmalig auftretenden Unregelmäßigkeiten zu unterscheiden oder eine Steigerung oder Abnahme der Symptome zu beobachten.
Hierbei ist die programmierbare Steuereinheit gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zur Ausgabe eines beispielsweise optischen, akustischen und/oder haptischen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts für die Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet, um zum Beispiel das Erreichen eines gesundheitskritischen Zustands anzuzeigen und dem Lebewesen oder anderen anwesenden Personen die Einleitung einer angemessenen Reaktion wie beispielsweise eines Notrufs zu ermöglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit bei Erkennung einer frustranen Atembewegung eingerichtet. Somit kann bereits die Vorrichtung selbst geeignete Gegenmaßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung weiterer frustraner Atembewegungen einleiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur fortlaufenden regelnden automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung und/oder Eliminierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet. Hierbei nähert sich die Vorrichtung selbst durch kontinuierliche Veränderung der Ansteuerungsparameter im Sinne eines Regelkreises iterativ den für den Patienten günstigsten Luftstromparametern an. Beispielsweise wird, etwa in einer oder konsekutiv in mehreren Exspirationsphasen, der von der Luftförderungseinheit erzeugte dynamische Gegenluftdruck so lange inkrementell oder intermittierend für einen Zeitraum, der kürzer als eine Exspirationsphase ist, erhöht oder erniedrigt, bis von der programmierbaren Steuerung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe das Auftreten einer frustranen Atembewegung erkannt wird. Bei Identifizierung der frustranen Atembewegung wird anschließend der induzierte Luftdruck wieder geringfügig reduziert oder erhöht oder die intermittierende Luftdruckerhöhung später gestartet und geprüft, ob weitere frustrane Atembewegungen auftreten. Dieser Vorgang kann in beliebiger Frequenz wiederholt werden, um zu jedem Zeitpunkt geeignete Ansteuerungsparameter zu ermitteln, die das Auftreten frustraner Atembewegungen reduzieren oder vermeiden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass ein Arzt oder Therapeut an der Vorrichtung nur noch einen Wertebereich für den IPAP und EPAP sowie gegebenenfalls eine Backup-Frequenz für die Atmung einstellt und der momentan hinsichtlich der Vermeidung frustraner Atembewegungen günstigste IPAP- und/oder EPAP-Wert sowie weitere Parameter von der Vorrichtung selbst anhand der Atemluftstromverläufe und der Atemluftdruckverläufe ermittelt und eingestellt werden.
Eine fortlaufende regelnde automatische Variation der Ansteuerungsparameter, die als Regelungsziel die Eliminierung frustraner Atembewegungen insbesondere aufgrund eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz anvisiert, basiert auf einem grundsätzlich anderen Ansatz als in gegenwärtigen Beatmungskonzepten üblich. So orientieren sich aktuelle Leitlinien zur nichtinvasiven Beatmung vorrangig an pCO2-Werten als Regelkriterium, wobei insbesondere hohe Druckamplituden den CO2-Austausch des Patienten fördern sollen. Hingegen sollen gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsform beispielsweise die Druckwerte, insbesondere der I-PAP, lediglich dahingehend geregelt werden, dass keine frustranen Atembewegungen mehr auftreten, da eine solche geregelte unterstützende Beatmung das Wohlbefinden des Lebewesens steigert und schädigende Auswirkungen eines zu hohen Drucks auf die Lunge vermieden werden.
Der Ansteuerungsparameter kann beispielsweise auch ein Inspirationstrigger oder Exspirationstrigger zum Wechsel der Vorrichtung von einem Inspirations- zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt sein. Somit kann beispielsweise bei Erkennung einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz durch die programmierbare Steuerung automatisch die Sensibilität des Inspirationstriggers oder Exspirationstriggers erhöht oder reduziert werden. Beispielsweise wird die Sensibilität des Inspirationstriggers oder Exspirationstriggers solange erhöht oder reduziert, bis die programmierbare Steuereinheit keine frustrane Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz mehr feststellt.
Die Sensibilitätsänderung des Inspirations- oder Exspirationstriggers kann auch als Reaktion auf eine frustrane Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP erfolgen. Bei Vorrichtungen zur unterstützenden Beatmung wird häufig das Verhältnis des aktuellen zum maximalen Atemstrom als Umschaltkriterium verwendet. Bei einem auftretenden intrinsischen PEEP kann das Verhältnis vergrößert werden, sodass schneller von einer Inspiration in eine Exspiration geschaltet wird. Dadurch wird der intrinsische PEEP verringert. Anschließend kann das Verhältnis wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt oder auch verringert werden, bis wieder charakteristische Merkmale für einen intrinsischen PEEP erkennbar sind.
Der Ansteuerungsparameter kann auch ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft sein. So kann beispielsweise der von der Luftförderungseinheit bereitgestellte Luftstrom reduziert oder erhöht werden, um die Atembemühungen des Lebewesens in geeigneter Weise zu unterstützen. Es können auch unterschiedliche, jeweils geeignete Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromanstiege oder -absenkungen pro Zeiteinheit oder unterschiedliche Minimal- und Maximalwerte von Atemluftdruck und Atemluftstrom von der Steuerung einstellbar sein.
Der Ansteuerungsparameter kann auch ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luftdruck- und/oder Luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft sein. So kann beispielsweise der von der Luftförderungseinheit bereitgestellte Luftstrom reduziert oder erhöht werden, um die Atembemühungen des Lebewesens in geeigneter Weise zu unterstützen. Es können auch unterschiedliche, jeweils geeignete Luftdruck- und/oder Luftstromanstiege oder -absenkungen pro Zeiteinheit oder unterschiedliche Minimal- und Maximalwerte von Luftdruck und Luftstrom von der Steuerung einstellbar sein.
Weitere Ansteuerungsparameter können beispielsweise auch eine von der programmierbaren Steuerung vorgegebene Inspirationszeit oder Exspirationszeit, insbesondere eine jeweilige minimale oder maximale Inspirationszeit oder Exspirationszeit, ein IPAP-Wert, ein EPAP-Wert, eine Druckanstiegszeit (Zeit, in der der IPAP nach Triggerung der Inspiration erreicht wird) und eine Druckabfallzeit (Zeit, in der der EPAP nach Triggerung der Exspiration erreicht wird) sein. Die genannten Ansteuerungsparameter sind insbesondere zur Reduzierung oder Vermeidung einer infolge eines intrinsischen PEEP auftretenden frustranen Atembewegung geeignet.
Auch indirekte Parameter wie beispielsweise ein vorgegebenes Atemzugsvolumen, das durch die vorbeschriebenen Parameter beeinflussbar ist, können als Steuer- oder Regelgrößen einfließen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung zur automatischen Reduzierung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Erhöhung der Exspirationstriggersensibilität eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Erhöhung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirationstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung eingerichtet sein. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Erhöhung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirationstriggersensibilität bis zu einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung eingerichtet ist. Auf diese Weise wird anhand der drei genannten Parameter automatisch von der Steuereinheit ein stets optimaler Betriebspunkt der Vorrichtung mit hohem Benutzerkomfort eingestellt.
Ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromverlauf ist insbesondere für Beatmungsvorrichtungen mit Entblähungsfunktion relevant. Ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luftdruck- und/oder Luftstromverlauf ist insbesondere für Beatmungsvorrichtungen mit Entblähungsfunktion relevant. Solche Beatmungsvorrichtungen erzeugen einen Gegendruck bei der Ausatmung des Patienten. Durch den bereitgestellten Atemwiderstand wird der Luftdruck bzw. Atemluftdruck in den Atemwegen des Lebewesens intermittierend erhöht und ein Kollaps der Atemwege verhindert. Beispielsweise kann die Exspirationsphase des Lebewesens dadurch unterstützt werden, dass in der Ausatmungsphase der Luftdruck bzw. Atemluftdruck in dem Atmungsorgan nach Maßgabe des Atemluftstroms oder daraus abgeleiteter Parameter der Ausatmung derart geregelt wird, dass der aus dem Lebewesen fließende Atemluftstrom ein vorbestimmtes Maß erreicht. Es wird somit nicht, wie bei bekannten Beatmungsgeräten, ein vorgegebener Druck eingestellt, sondern der Luftdruck bzw. Atemluftdruck wird nach Maßgabe des Atemluftstroms der Ausatmung dynamisch geregelt, sodass im Ergebnis ein bestimmter Ausatmungs-Luftstrom sichergestellt werden kann. Hierbei kann der Luftdruck bzw. Atem luftdruck je nach Bedarf erhöht oder abgesenkt werden, wobei durch die Regelung des Luftdrucks bzw. Atemluftdrucks nach Maßgabe des Atemluftstroms dynamisch ein entsprechender Mindestdruck in den Atmungsorganen als sich verändernder Gegendruck aufrecht erhalten werden kann, sodass die kleinen Atemwege und deren Verästelungen zu den Lungenbläschen offen gehalten werden. Es wird somit ein gewisser dynamischer Widerstand bei der Ausatmung geschaffen, der von Patienten überraschenderweise als angenehm und unterstützend empfunden wird. Im Ergebnis erfolgt hierdurch eine verbesserte Entatmung und eine Vermeidung der unerwünschten Überblähung der Lunge. Insbesondere hilft bereits ein relativ kurzer Druckpuls beim Ausatmen hinsichtlich eines Öffnens der Atemwege. Der Gegendruck ist insbesondere eine zumindest abschnittsweise während der Exspirationsphase steigende sowie wieder abfallende und dem Atemstrom des Lebewesens entgegengerichtete Luftdruckbeaufschlagung durch die Vorrichtung.
Der mit der Entblähungsfunktion von der Vorrichtung erzeugte Widerstand kann jedoch auch zu dem oben angesprochenen intrinsischen PEEP führen, wenn Luft aus den Atemwegen und der Lunge des Lebewesens aufgrund des anstehenden Gegendrucks des Beatmungsgeräts nicht ausreichend entweichen kann. Somit ist es gerade für Beatmungsvorrichtungen mit integrierter Entblähungsfunktion bedeutsam, das Auftreten frustraner Atembewegungen zu identifizieren und als Reaktion beispielsweise die eingestellten Gegendruckparameter wie Gegendruckwartezeit oder Gegendruckamplitude zu variieren oder beispielsweise auch eine dynamische Gegendruckregelung zu aktivieren oder zu deaktivieren. Entsprechend ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Ansteuerungsparameter eine von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebene Gegendruckamplitude und/oder Gegendruckwartezeit während der Exspirationsphase. Bei der Gegendruckwartezeit handelt es sich um eine Verzögerung des Gegendruckaufbaus nach Wechsel von einer Inspirationsphase zu einer Exspirationsphase, sie liegt beispielsweise zwischen 0 und 0,8 Sekunden nach Exspirationsbeginn. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gegendruckamplitude und/oder die Gegendruckwartezeit während der Exspirationsphase in Abhängigkeit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes oder IPAP-Wertebereiches einstellbar. Die Gegendruckwartezeit kann umso länger sein, je höher der IPAP-Wert ist oder je höher der zulässige IPAP-Wertebereich gewählt ist. Die Gegendruckamplitude, also der maximale Gegendruckwert, kann in Abhängigkeit des vorliegenden Atemluftdrucks und der Gegendruckwartezeit variiert werden. Die Gegendruckamplitude kann umso größer sein, je höher der IPAP-Wert ist oder je höher der zulässige IPAP-Wertebereich gewählt ist. Die Korrelationen zwischen Gegendruckwartezeit, Gegendruckamplitude und IPAP-Wert können insbesondere in der programmierbaren Steuereinheit hinterlegt sein. Auf diese Weise kann die programmierbare Steuereinheit dazu eingerichtet sein, anhand eines durch äußere Eingabe eingestellten IPAP-Wertes automatisch eine optimale Gegendruckwartezeit und eine optimale Gegendruckamplitude zu ermitteln und einzustellen. Hierbei wählt die Steuereinheit bevorzugt eine längere Gegendruckwartezeit und eine höhere Gegendruckamplitude, je höher der eingegebene oder regulierte IPAP-Wert ist. Es kann auch der zeitliche Gegendruckverlauf variiert werden, sodass beispielsweise ein maximaler Gegendruck früher oder später erreicht oder verlassen wird. Üblicherweise führt ein höherer Gegendruck zu einer längeren Exspirationszeit. Ein zu hoher Gegendruck kann jedoch die Exspiration erschweren, sodass eine Regelung der Gegendruckparameter vorteilhafterweise in Abhängigkeit des Auftretens frustraner Atembewegungen erfolgt.
In der Praxis ist nicht auszuschließen, dass ein intrinsischer PEEP und eine Triggerinsuffizienz gleichzeitig auftreten können und sich gegenseitig beeinflussen oder verstärken. Beispielsweise kann die Sensibilität des Inspirationstriggers für einen erhöhten intrinsischen PEEP zu schwach sein, da der Restdruck in den Atemwegen einen vom Lebewesen aufgebauten Unterdruck zur Inspiration überdeckt. Ferner können auch stark ausgeprägte Atembewegungen, Leckagen und/oder ein gleichzeitig auftretender intrinsischer PEEP einander überlagern und die Erkennung frustraner Atembewegungen anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftstromverläufen und Atemluftdruckverläufen erschweren. Zur Reduzierung der vorgenannten Symptome kann es in einem solchen Fall wirkungsvoll sein, vorsorglich mehrere Gegenmaßnahmen in Kombination einzuleiten, beispielsweise den IPAP zu senken, die Gegendruckwartezeit zu verkürzen und den Gegendruck zu reduzieren. Hierdurch werden gleichzeitig die Leckagen und der intrinsische PEEP vermindert. Alternativ oder zusätzlich kann die vorbeschriebene Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen bei der Unterscheidung von intrinsischem PEEP und Triggerinsuffizienz vorteilhaft sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit ferner zur Erkennung von Inspirationshemmungen des Lebewesens anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet sein. Im Vergleich zu einer frustranen Atembewegung besteht bei der Inspirationshemmung keine Phasendivergenz, sondern es kommt zu einer reduzierten beziehungsweise sogar abgebrochenen Atemluftströmung des Lebewesens während einer Einatmung. Inspirationshemmungen können reflexartig auftreten, beispielsweise durch einen empfindlichen Schutzreflex wie den Hering-Breuer-Reflex. Charakteristische Merkmale einer solchen Inspirationshemmung können in erfassten Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen beispielsweise als in der frühzeitigen Inspirationsphase während eines unveränderten IPAP-Niveaus steil sinkende Atemluftstromkurve ausgeprägt sein. In Reaktion auf eine erkannte Inspirationshemmung kann die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit eingerichtet sein und beispielsweise vorgegebene Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromverläufe der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft, insbesondere auch eine Druckanstiegszeit in geeigneter Weise anpassen, bis die charakteristischen Merkmale der Inspirationshemmung nicht mehr auftreten. Alternativ oder gleichzeitig kann auch der IPAP reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann von der Vorrichtung auch ein optisches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal zur Indikation der Inspirationshemmung ausgebbar sein.
Die charakteristischen Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe können, insbesondere wenn sie miteinander im Zusammenhang betrachtet oder ausgewertet werden, auch als charakteristische Muster angesehen werden, da diese bei frustranen Atembewegungen wiederholt in gleichen oder ähnlichen Ausprägungen auftreten können. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die programmierbare Steuereinheit eine Mustererkennungseinheit zur Erkennung charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe auf. Beispielsweise kann die programmierbare Steuereinheit mit einer entsprechenden Mustererkennungs- und/oder Klassifikationssoftware ausgestattet sein, die zum Beispiel mittels Hauptkomponentenanalysen, Diskriminanzanalysen oder Support Vector Machines rechnerische Mustererkennungs- und Klassifikationsprozesse ausführen kann. Auch der Einsatz künstlicher neuronaler Netze ist vorteilhaft.
Analog zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens mit einem Beatmungsgerät, wobei mittels eines Drucksensors und eines Luftstromsensors des Beatmungsgeräts zeitlich aufeinanderfolgende Atemluftdruckwerte und Atemluftstromwerte des Lebewesens erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit des Beatmungsgeräts aus den Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildete Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe frustrane Atembewegungen des Lebewesens erkannt werden. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Das Beatmungsgerät kann als Vorrichtung der zuvor erläuterten Art ausgebildet sein.
Hierbei können die charakteristischen Merkmale Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten und/oder Zeitabschnitten der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe sein. Die charakteristischen Merkmale können auch charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atemluftstromverläufen sein.
Das Verfahren kann ein Speichern vorgegebener Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atemluftstromverläufe und/oder Referenzmerkmale für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen in einer Speichereinheit der programmierbaren Steuereinheit enthalten. Insbesondere kann ein Speichern verschiedener krankheitsspezifischer Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atemluftstromverläufe und/oder verschiedener krankheitsspezifischer Referenzmerkmale für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen in der Speichereinheit vorgesehen sein.
Das Verfahren kann eine Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens anhand einer auftretenden Phasendivergenz zwischen realer Beatmungsphase des Lebewesens und einem von dem Beatmungsgerät durchgeführten Beatmungsphase enthalten.
Das Verfahren kann eine Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe enthalten.
Das Verfahren kann eine Unterscheidung einer infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe enthalten.
Das Verfahren kann eine Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen enthalten.
Das Verfahren kann eine Erkennung einer frustranen Atembewegung und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstromverläufe und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe enthalten.
Das Verfahren kann ferner eine Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen enthalten.
Das Verfahren kann eine Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz enthalten. Hierbei kann auch eine Ausgabe eines insbesondere akustischen, optischen und/oder haptischen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts für die Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz vorgesehen sein.
Das Verfahren kann eine automatische Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit bei Erkennung einer frustranen Atembewegung enthalten. Insbesondere kann eine fortlaufende regelnde automatische Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung und/oder Eliminierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe vorgesehen sein.
Hierbei ist beispielsweise ein geeigneter Ansteuerungsparameter ein Inspirationstrigger oder Exspirationstrigger zum Wechsel der Vorrichtung von einem Inspirations- zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt. Ein weiterer geeigneter Ansteuerungsparameter ist beispielsweise ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atemluftdruck- und/oder Atem luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft. Ein weiterer geeigneter Ansteuerungsparameter ist beispielsweise ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luftdruck- und/oder Luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft. Der Ansteuerungsparameter kann auch eine von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebene Gegendruckamplitude und/oder Gegendruckwartezeit während der Exspirationsphase sein. Hierbei kann die Gegendruckamplitude und/oder die Gegendruckwartezeit während der Exspirationsphase in Abhängigkeit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes oder IPAP-Wertebereiches einstellbar sein.
Das Verfahren kann eine automatische Reduzierung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder eine automatische Erhöhung der Exspirationstriggersensibilität bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren eine automatische Erhöhung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder eine automatische Reduzierung der Exspirationstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung enthalten.
Das Verfahren kann eine Erkennung von Inspirationshemmungen des Lebewesens anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe enthalten.
Das Verfahren kann eine Mustererkennung zur Erkennung charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe enthalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens mit einem Beatmungsgerät, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit des Beatmungsgeräts ausgeführt wird, wobei mittels eines Drucksensors und eines Luftstromsensors des Beatmungsgeräts zeitlich aufeinanderfolgende Atemluftdruckwerte und Atemluftstromwerte des Lebewesens erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit des Beatmungsgeräts aus den Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildete Atemluftdruckverläufe und Atem luftstromverläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe frustrane Atembewegungen des Lebewesens erkannt und insbesondere hinsichtlich ihrer Ursache, beispielsweise infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens oder infolge einer Triggerinsuffizienz unterschieden werden. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

1 - eine Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens;
2 - einen gewöhnlichen Atemluftdruck- und Atemluftstromverlauf;
3-5 - Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe über die Zeit während eines Atemzyklus mit erkennbaren frustranen Atembewegungen und während eines Atemzyklus ohne erkennbare frustrane Atembewegungen;
6-8 - Atemluftdruckverläufe über die Zeit während eines Atemzyklus mit aktivierter Entblähungsfunktion der Vorrichtung; und
9 - einen real aufgezeichneten Atemluftdruckverlauf und Atemluftstromverlauf mit erkennbaren frustranen Atembewegungen.

Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens 3. Die Vorrichtung 1 hat einen Schlauch 8 und eine Atemmaske 2 oder ein anderes geeignetes Interface zur Verbindung der Vorrichtung 1 mit dem Lebewesen 3. Die Atemmaske 2 ist hierzu beispielsweise an Mund und/oder Nase oder an tiefere Atemwege des Lebewesens 3 anschließbar. Die Atemmaske 2 weist einen zur Atmosphäre hin offenen Auslass 4 auf, der mit dem Schlauch 8 über eine Drosselstelle 5 verbunden ist. Auf diese Weise kann in der Atemmaske 2 eine definierte Leckage vorgesehen sein.
Die Vorrichtung 1 hat eine ansteuerbare Luftförderungseinheit 6 mit einem Ventilator zur Erzeugung des für die unterstützende Beatmung erforderlichen Überdrucks in den Atmungsorganen des Lebewesens 3. Über die Luftförderungseinheit 6 wird beispielsweise von einem mit der Atmosphäre verbundenen Lufteinlass 7 Luft angesaugt und entsprechend verdichtet über den Schlauch 8 zu der Atemmaske 2 und damit zum Lebewesen 3 abgegeben.
Die Vorrichtung 1 weist eine Sensoranordnung mit einem Drucksensor 9 und einem Luftstromsensor 11 auf, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens 3 eingerichtet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Luftförderungseinheit 6 eine integrierte pneumotachographische Messanordnung zur Druck- und/oder Volumenstrommessung aufweisen.
Der Drucksensor 9, der Luftstromsensor 11 sowie die Luftförderungseinheit 6 sind über elektrische Leitungen mit einer programmierbaren Steuereinheit 10 verbunden. Durch die programmierbare Steuereinheit 10 erfolgt die Auswertung der aus den von dem Drucksensor 9 und dem Luftstromsensor 11 erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufen und Atemluftstromverläufen. Die programmierbare Steuereinheit 10 ist zur Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens 3 anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe eingerichtet. Die programmierbare Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, die Ursache(n) der frustranen Atembewegungen zu determinieren und ggf. Gegenmaßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung der frustranen Atembewegungen zu ergreifen. Hierzu kann sie gegebenenfalls eine geeignete Speichereinheit, geeignete Software, Übertragungsmittel und/oder eine Mustererkennungseinheit aufweisen (jeweils nicht näher dargestellt).
Die 2 zeigt in stark schematisierter Weise einen gewöhnlichen Atemluftdruck- und Atemluftstromverlauf, wie er idealisiert bei einem gesunden Lebewesen unter Beatmung messbar ist. Das obere Diagramm zeigt einen Atemluftdruckverlauf als Funktion des Druckes p über der Zeit t. Das mittlere Diagramm zeigt einen Atemluftstromverlauf als Funktion des Volumenstroms v über der Zeit t. Das untere Diagramm zeigt die zeitliche Abfolge von Beatmungsmodi der Vorrichtung 1, hier eines Inspirationsmodus INSP und eines Exspirationsmodus EXSP während eines Atemzyklus infolge einer automatischen Erkennung der Beatmungsphase T_I, T_E des Lebewesens 3 durch die Vorrichtung 1. Es ist lediglich ein vollständiger Atemzyklus mit einer Inspirationsphase T_I und einer Exspirationsphase T_E dargestellt, der als repräsentativ für vorhergehende und nachfolgende Atemzyklen angesehen werden kann. Der Atemzyklus beginnt im Zeitpunkt t₀ und endet mit dem Zeitpunkt t₂. Der Wechsel von einer Inspirationsphase T_I zu einer Exspirationsphase T_E erfolgt nach ungefähr der Hälfte des Atemzyklus im Zeitpunkt t₁. Der Zeitpunkt t₁ kann aber auch deutlich näher zu t₀ liegen, sodass das Verhältnis von T_I zu T_E auch Werte von 1:2 bis 1:4 annehmen oder noch kleiner werden kann. In Einzelfällen kann der Zeitpunkt t₁ auch näher an t₂ liegen. In 2 ist erkennbar, dass der Atemluftdruck in der Inspirationsphase T_I zunächst stetig bis auf den IPAP-Wert p_I angehoben wird, dann über eine gewisse Zeitspanne ein ungefähr gleichbleibendes Druckniveau auf Höhe des IPAP-Wertes p_I einnimmt und noch in der Inspirationsphase T_I stetig abnimmt. In der Exspirationsphase T_E ist hingegen kein Druckaufbau mehr zu verzeichnen, sondern ein gleichbleibender Druck auf dem basalen Druckniveau des Atemzyklus, vorliegend in Höhe des EPAP-Wertes p_E. In 2 ist weiterhin ersichtlich, dass der Atemluftstrom in der Inspirationsphase T_I zunächst stetig steigt und nach Erreichen eines lokalen Maximums noch in der Inspirationsphase T_I stetig abnimmt. Zum Ende der Inspirationsphase T_I bzw. zum Anfang der Exspirationsphase T_E, also etwa zum Zeitpunkt t₁, geht der Atemluftstrom in einen Wertebereich unterhalb des Anfangsniveaus des Einatemluftstroms über, was den Wechsel der Atemflussrichtung des Lebewesens verdeutlicht. Nach Erreichen eines lokalen Minimums steigt der Atemluftstrom wieder, bis er seinen Anfangswert zu Beginn des Atemzyklus erreicht hat und in den nächsten Atemzyklus übergeht. Beispielsweise ein Inspirationstrigger der Vorrichtung 1 erkennt das Ende einer Exspiration T_E und/oder den Beginn einer Inspiration T_I des Lebewesens 3, hier idealisiert im Zeitpunkt t₀, und veranlasst die programmierbare Steuereinheit 10 zum Einschalten eines Inspirationsmodus INSP der Steuereinheit 10. In dem Inspirationsmodus INSP kann beispielsweise die Luftförderungseinheit 6 einen die Inspiration des Lebewesens 3 unterstützenden Überdruck mit einem vorgegebenen Druckverlauf erzeugen. Beispielsweise ein Exspirationstrigger der Vorrichtung 1 erkennt das Ende einer Inspiration T_I und/oder den Beginn einer Exspiration T_E des Lebewesens 3, hier idealisiert im Zeitpunkt t₁, und veranlasst die programmierbare Steuereinheit 10 zum Einschalten eines Exspirationsmodus EXSP der Steuereinheit 10. Im Exspirationsmodus EXSP kann beispielsweise die Luftförderungseinheit 6 einen die Exspiration des Lebewesens 3 unterstützenden Überdruck mit einem vorgegebenen Druckverlauf erzeugen. Idealisiert im Zeitpunkt t₂ beendet die Steuereinheit 10 den Exspirationsmodus EXSP beispielsweise aufgrund eines Signals des Inspirationstriggers. Die idealisierte Darstellung der Umschaltzeitpunkte der beiden Modi berücksichtigt keine etwaigen technisch bedingten Verzögerungszeiten wie beispielsweise elektronische Schaltzeiten. Der Beginn oder das Ende des Inspirationsmodus INSP oder Exspirationsmodus EXSP werden nicht starr von der Steuereinheit 10 vorgegeben, sondern durch die Erkennung einer entsprechenden Atembemühung des Lebewesens 3 dynamisch an die Beatmungsphasen T_I, T_E des Lebewesens 3 angepasst.
Die 3 bis 5 zeigen Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe mit jeweils einem Atemzyklus bestehend aus den Modi INSP und EXSP mit einer frustranen Atembewegung und einem sich anschließenden Atemzyklus ohne frustrane Atembewegung zum Vergleich. Die hierin dargestellten Verläufe weisen unterschiedliche charakteristische Merkmale oder Merkmalskombinationen M₁ bis M₄ für frustrane Atembewegungen des Lebewesens 3 auf. Es ist darauf hinzuweisen, dass die hier gezeigten charakteristischen Merkmale oder Merkmalskombinationen M₁ bis M₄ einerseits zur Erhöhung des Verständnisses stark schematisiert sind und dass sie andererseits lediglich auszughaft Beispiele für in Versuchen bereits als charakteristisch identifizierte Merkmalsausprägungen darstellen.
In den 3 bis 5 beginnt jeweils der erste Atemzyklus, der eine frustrane Atembewegung aufweist, zum Zeitpunkt t₀ und endet im Zeitpunkt t₂. Der Wechsel von einer Inspirationsphase T_I zu einer Exspirationsphase T_E des Lebewesens 3 findet zum Zeitpunkt t₁ statt. Zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ tritt ein charakteristisches Merkmal M₁, M₂, M₃, M₄ in dem Atemluftdruckverlauf und/oder dem Atemluftstromverlauf auf. Der zweite Atemzyklus, der keine frustrane Atembewegung aufweist, beginnt jeweils zum Zeitpunkt t₂ und endet im Zeitpunkt t₆. Der Wechsel von einer Inspirationsphase T_I zu einer Exspirationsphase T_E des Lebewesens 3 findet zum Zeitpunkt t₅ statt.
In der 3 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase T_E während des Anstiegs des Atemluftstromverlaufs zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal M₁ auftritt. Im Atemluftdruckverlauf ist im Wesentlichen zeitgleich mit dem charakteristischen Merkmal M₁ eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als weiteres charakteristisches Merkmal M₂ erkennbar. Die Merkmale M₁ und M₂ können bereits jeweils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufeinander ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die charakteristischen Merkmale M₁ und M₂ gemeinsam auftreten.
Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale M₁ und M₂ nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf sowie eine im Wesentlichen gleichzeitige als Wölbung vorliegende Atemluftdruckerhöhung, die bevorzugt auch noch im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Steigungen und/oder Integrale aufweisen, schließt die Steuereinheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale M₁ und M₂ nicht nur charakteristisch für eine Triggerinsuffizienz, sondern insbesondere für eine leckagebedingte Triggerinsuffizienz sind. Somit ist die gezeigte Triggerinsuffizienz durch Leckagen oder unzureichende von der programmierbaren Steuereinheit 10 ermittelte Korrekturwerte zur Berücksichtigung von Leckagewerten wie Maskenleckagen oder technischen Leckagen verursacht und kann durch entsprechende Gegenmaßnahmen selbständig von der programmierbaren Steuereinheit 10 reduziert oder vermieden werden.
In der 4 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase T_E des Atemluftstromverlaufs während des Anstiegs des Atemluftstroms zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal M₁ auftritt. Im Atemluftdruckverlauf ist zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ in zeitlicher Nähe zu t₄ eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als weiteres charakteristisches Merkmal M₃ erkennbar. Die Merkmale M₁ und M₃ können bereits jeweils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufeinander ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die charakteristischen Merkmale M₁ und M₃ gemeinsam auftreten.
Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale M₁ und M₃ nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens 3 sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atemluftstromverlauf sowie eine gleichzeitig oder während einer zweiten zeitlichen Hälfte der Atemluftstromerhöhung auftretende, als Spitze ausgebildete Atemluftdruckerhöhung, wobei die Atemluftdruckerhöhung bevorzugt ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung als die Atemluftstromerhöhung aufweist, schließt die Steuereinheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP.
In der 5 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase T_E des Atemluftstromverlaufs während des Anstiegs des Atemluftstroms zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal M₁ auftritt. Im Atemluftdruckverlauf ist in der ersten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als negative Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung bzw. -änderung und in der zweiten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als positive Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als gemeinsames charakteristisches Merkmal M₄ erkennbar. Die Merkmale M₁ und M₄ können bereits jeweils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufeinander ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die charakteristischen Merkmale M₁ und M₄ gemeinsam auftreten.
Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale M₁ und M₄ nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atem luftstromverlauf sowie während der ersten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als Spitze ausgeprägte negative Atemluftdruckerhöhung und in der zweiten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ eine als Spitze ausgeprägte positive Atemluftdruckerhöhung, wobei die Atemluftdruckerhöhungen bevorzugt jeweils ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung als die Atemluftstromerhöhung aufweisen, schließt die Steuereinheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale M₁ und M₄ nicht nur charakteristisch für eine Triggerinsuffizienz, sondern insbesondere für eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz sind. Somit ist die gezeigte Triggerinsuffizienz durch der programmierbaren Steuereinheit 10 vorgegebene Parameterwerte zu Sensibilitätseinstellungen des Inspirations- und/oder Exspirationstriggers verursacht und kann durch entsprechende Gegenmaßnahmen selbständig von der Steuereinheit 10 oder durch äußere Korrektureingaben reduziert oder vermieden werden.
In den 6 bis 8 sind beispielhaft Atemluftdruckverläufe über die Zeit während eines Atemzyklus mit aktivierter Entblähungsfunktion der Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei wird in der Exspirationsphase T_E des Atemzyklus von der Vorrichtung 1 ein Gegendruck erzeugt, der dem Lebewesen 3 einen Atemwiderstand bereitstellt und hierdurch ein angenehmeres Ausatmen ermöglicht sowie einen Kollaps der Atemwege verhindert. Der Atemzyklus beginnt zum Zeitpunkt t₀ mit einer Anhebung des Atemluftdrucks auf den IPAP-Wert p_I. Zum Zeitpunkt t₁ endet die Inspiration und es beginnt die Exspiration, die zum Zeitpunkt t₂ endet. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂, also während der Exspiration, wird von der Vorrichtung 1 ein Gegendruck erzeugt. Der Gegendruck wird von einem Gegendruckanfangszeitpunkt t_GA bis zu einem Gegendruckendzeitpunkt t_GE insbesondere dynamisch gesteuert. Zwischen den Zeitpunkten t_GA und t_GE wird ein maximaler Gegendruck erreicht, die Gegendruckamplitude p_G.
In 6 wird dieser Gegendruck bereits mit dem Beginn der Exspiration zum Zeitpunkt t₁ erzeugt, also ohne eine Gegendruckwartezeit nach dem Zeitpunkt t₁. In den 7 und 8 findet eine verzögerte Einleitung der Gegendruckerzeugung statt, sodass eine zeitliche Differenz zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t_GA besteht. Diese zeitliche Differenz wird als Gegendruckwartezeit T_GW bezeichnet. In 8 ist die Gegendruckwartezeit T_GW länger eingestellt als in 7. Zudem sind die Höhen der IPAP-Werte p_I und die Gegendruckamplituden p_G in den 6 bis 8 unterschiedlich gewählt. Die Gegendruckparameter des von der Vorrichtung 1 erzeugten Gegendrucks sind somit variabel einstellbar, von der programmierbaren Steuereinheit 10 vorgegeben und/oder dynamisch an den Atemluftstrom des Lebewesens 3 anpassbar. Zu den Gegendruckparametern gehören insbesondere die Gegendruckwartezeit T_GW, die Gegendruckamplitude p_G sowie Gegendruckanstiegs- und Gegendruckabfallzeiten. Die Gegendruckwartezeit T_GW ist die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels von einer Inspirationsphase zu einer Exspirationsphase und dem Beginn des von der Vorrichtung 1 erzeugten Gegendruckaufbaus. Die Gegendruckamplitude p_G beschreibt den maximalen Druckwert des Gegendrucks über dem Druckwert, der zum Zeitpunkt t₁ + T_GW vorherrscht, bei dem noch kein Gegendruck von der Vorrichtung 1 erzeugt wird. Die Gegendruckamplitude p_G wird bevorzugt in Abhängigkeit der Gegendruckwartezeit T_GW gewählt. Des Weiteren wird die Gegendruckwartezeit T_GW bevorzugt in Abhängigkeit der Höhe des I-PAP-Wertes p_I gewählt. Der Gegendruckverlauf über die Zeit kann variieren, um den individuellen Bedürfnissen des Lebewesens 3 nach einem Atemwiderstand gerecht zu werden. So weist beispielsweise der Gegendruckverlauf in 8 im Vergleich zu dem Gegendruckverlauf in 6 oder 7 eine weniger steile Gegendruckabfallzeit auf. Die Gegendruckparameter werden bevorzugt von der programmierbaren Steuereinheit 10 derart automatisch geregelt, dass das Auftreten frustraner Atembewegungen vermieden oder zumindest reduziert wird, indem die Gegendruckparameter bei Erkennung frustraner Atembewegungen anhand charakteristischer Merkmale durch die Steuereinheit 10 in geeigneter Weise variiert werden.
Die 9 zeigt einen real anhand von Messwerten eines Lebewesens 3 aufgezeichneten Atemluftdruckverlauf und Atemluftstromverlauf mit erkennbaren frustranen Atembewegungen. Dem oberen Diagramm ist hierbei der Atemluftdruckverlauf und dem unteren Diagramm der Atemluftstromverlauf zu entnehmen. Es ist zu erkennen, dass in dem Atemluftstromverlauf wiederholt als Wölbungen vorliegende Atemluftstromerhöhungen in der Exspirationsphase des Lebewesens 3 auftreten. Beispielhaft sind in einem Atemzyklus der zeitliche Beginn und das zeitliche Ende der Atemluftstromerhöhung durch die Pfeile A und B gekennzeichnet. In dem Atemluftdruckverlauf sind wiederholt als Spitzen ausgeprägte Atemluftdruckerhöhungen zu erkennen, wobei die Spitzen der Atemluftdruckerhöhungen ersichtlich kleiner als die als Wölbungen ausgeprägten Atemluftstromerhöhungen sind. Zudem treten die Atemluftdruckerhöhungen zeitlich gesehen am Ende der als Wölbungen vorliegenden Atemluftstromerhöhungen auf, wie für den beispielhaft ausgewählten Atemzyklus durch den Pfeil C ersichtlich, der das Auftreten der Atemluftdruckerhöhung kennzeichnet. Aufgrund der zeitlichen Relation der Atemluftstromerhöhungen und der Atemluftdruckerhöhungen zueinander sowie aufgrund der Formen der jeweiligen Erhöhung kann im Fall der 8 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung aufgrund eines intrinsischen PEEP geschlossen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2542286 A2 [0004]
WO 2006/079152 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einer Sensoranordnung, einer programmierbaren Steuereinheit (10) und einer von der Steuereinheit (10) ansteuerbaren Luftförderungseinheit (6), ■ wobei die Sensoranordnung einen Drucksensor (9) und einen Luftstromsensor (11) aufweist, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens (3) eingerichtet sind, und ■ wobei die programmierbare Steuereinheit (10) zur Auswertung von aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufen und Atem luftstromverläufen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens (3) anhand charakteristischer Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten (t₁, t₂, t₃, t₄, t₅) und/oder Zeitabschnitten (T_I, T_E) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atemluftstromverläufen sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) eine Speichereinheit zur Speicherung von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atem luftstromverläufen und/oder von Referenzmerkmalen für charakteristische Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) frustraner Atembewegungen aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit verschiedene krankheitsspezifische Referenz-Atemluftdruckverläufe und/oder Referenz-Atemluftstromverläufe und/oder verschiedene krankheitsspezifizische Referenzmerkmale für charakteristische Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) frustraner Atembewegungen aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Unterscheidung einer infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes (t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆), der Zeitspanne und/oder der Form einer Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes (t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆), der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atemluftstromverläufen eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung einer frustranen Atembewegung und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstromverläufe (M₁) und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe (M₂, M₃, M₄) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) ferner zur Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Ausgabe eines insbesondere akustischen, optischen und/oder haptischen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit (6) bei Erkennung einer frustranen Atembewegung eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur fortlaufenden regelnden automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit (6) zur Reduzierung und/oder Eliminierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter ein Inspirationstrigger oder Exspirationstrigger zum Wechsel der Vorrichtung (1) von einem Inspirationsmodus (INSP) zu einem Exspirationsmodus (EXSP) oder umgekehrt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter ein von der programmierbaren Steuereinheit (10) vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit (6) geförderten Luft ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter eine von der programmierbaren Steuereinheit (10) vorgegebene Gegendruckamplitude (p_G) und/oder Gegendruckwartezeit (T_GW) während der Exspirationsphase (T_E) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckamplitude (p_G) und/oder die Gegendruckwartezeit (T_GW) in Abhängigkeit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes (p_I) oder IPAP-Wertebereiches einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung zur automatischen Reduzierung des IPAP-Wertes (p_I) und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Erhöhung der Exspirationstriggersensibilität und/oder dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur automatischen Erhöhung des IPAP-Wertes (p_I) und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirationstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) eine Mustererkennungseinheit zur Erkennung charakteristischer Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe aufweist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einem Beatmungsgerät (1), wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit des Beatmungsgeräts (1) ausgeführt wird, wobei mittels eines Drucksensors (9) und eines Luftstromsensors (11) des Beatmungsgeräts (1) zeitlich aufeinanderfolgende Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte des Lebewesens (3) erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit (10) des Beatmungsgeräts (1) aus den Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildete Atemluftdruckverläufe und Atem luftstromverläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteristischer Merkmale (M₁, M₂, M₃, M₄) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe frustrane Atembewegungen des Lebewesens (3) erkannt werden.