DE102020002656A1

DE102020002656A1 - Beatmungssteuereinheit und Beatmungssteuersystem

Info

Publication number: DE102020002656A1
Application number: DE102020002656.7A
Authority: DE
Inventors: Przemyslaw GDANIEC; Tobias GLAW
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2021-11-04
Also published as: CN113599642A; US20210338954A1; US12053582B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beatmungssteuereinheit (100) zum Regeln eines Gasflusses (102) innerhalb eines Beatmungssystems (105), mit einem Empfangsmodul (120), einem ersten und zweiten Berechnungsmodul (130, 135) und einem Ausgabemodul (140). Das Empfangsmodul weist eine Signalschnittstelle (122) auf, die ausgebildet ist, ein Inspirationsflusssignal (125) und ein Exspirationsflusssignal (127) in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu empfangen. Das erste Berechnungsmodul ist ausgebildet, einen Leckagefluss (132) basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss zu berechnen, während eine externe Gasflussquelle (110) getrennt von dem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist. Das zweite Berechnungsmodul ist ausgebildet, einen externen Gasfluss (136) nach einem Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems zu berechnen, basierend auf dem berechneten Leckagefluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss. Das Ausgabemodul ist ausgebildet, ein Ausgabesignal (142) auszugeben, das auf dem berechneten externen Gasfluss basiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beatmungssteuereinheit zum Regeln eines Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems mit einem Beatmungskreis und einer an dem Beatmungskreis angeschlossenen externen Gasflussquelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Beatmungssystem und ein Verfahren zum Regeln eines Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems bei Vorliegen einer externen Gasflussquelle.
Bei der Beatmung einer Person wird durch ein angeschlossenes Beatmungssystem ein inspiratorischer Gasfluss zu der Person bereitgestellt, der von der Person zumindest teilweise eingeatmet wird. Der Teil des zugeführten Gases, der in den Mund der Person geführt wird, wird auch als Patientengasfluss bezeichnet. Die von der Person ausgeatmete Luft trägt zu einem exspiratorischen Gasfluss des Beatmungssystems bei, der von der Person weggeführt und typischerweise weiterverarbeitet wird, beispielsweise durch einen CO2-Absorber oder dergleichen.
Es ist bekannt, die Gasflüsse innerhalb eines Beatmungssystems zu überwachen, um eine erforderliche Beatmung einer an dem Beatmungssystem angeschlossenen Person sicherzustellen. Insbesondere wird durch ein Überwachen des exspiratorischen Gasflusses sichergestellt, dass eine Leckage innerhalb der Gasführung des Beatmungssystems erkannt wird, falls sie zu einer erheblichen Reduzierung des der Person bereitgestellten Gases führt.
Insbesondere ist aus US 9,358,356 B2 bekannt, einen externen Gasfluss einer externen Gasflussquelle, wie etwa eines Vernebler zu überwachen und den inspiratorischen Gasfluss zu reduzieren, falls der zusätzliche externe Gasfluss einen zu großen Gasfluss zu dem Patienten verursacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Regeln des Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems, insbesondere eine verbesserte Überwachung der zugrundeliegenden Gasflüsse, bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Beatmungssteuereinheit zum Regeln eines Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems mit einem Beatmungskreis und einer an dem Beatmungskreis angeschlossenen externen Gasflussquelle vorgeschlagen. Dabei weist die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit ein Empfangsmodul, ein erstes Berechnungsmodul, ein zweites Berechnungsmodul und ein Ausgabemodul auf.
Das Empfangsmodul weist eine Signalschnittstelle auf, die ausgebildet ist, ein Inspirationsflusssignal und ein Exspirationsflusssignal wiederholt zu empfangen, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu empfangen, wobei das Inspirationsflusssignal einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss und das Exspirationsflusssignal einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss indiziert.
Das erste Berechnungsmodul ist ausgebildet, einen Leckagefluss basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss zu berechnen, während die externe Gasflussquelle getrennt von dem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist. Dabei ist das erste Berechnungsmodul weiterhin ausgebildet, ein Leckagesignal auszugeben, das den berechneten Leckagefluss indiziert.
Das zweite Berechnungsmodul ist ausgebildet, das Leckagesignal zu empfangen und einen externen Gasfluss nach dem Empfang des Leckagesignals und einem Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems zu berechnen, basierend auf dem berechneten Leckagefluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss.
Das Ausgabemodul ist ausgebildet, ein Ausgabesignal auszugeben, das auf dem berechneten externen Gasfluss basiert. Insbesondere ist das Ausgabemodul ausgebildet, durch das Ausgabesignal den berechneten externen Gasfluss zur weiteren Verarbeitung, insbesondere für ein Regeln des inspiratorischen Gasflusses, bereitzustellen.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass der externe Gasfluss typischerweise im Wesentlichen konstant oder mit sich regelmäßig wiederholendem Amplitudenverlauf angelegt wird, wohingegen der Leckagefluss sich über die Zeit verändern kann. Deswegen wurde erfindungsgemäß vorgeschlagen, in einem ersten Schritt ohne externe Gasflussquelle einen Leckagefluss, insbesondere einen temporären Leckagefluss zu berechnen, um unter Berücksichtigung dieses Leckageflusses den externen Gasfluss der nun anzuschließenden externen Gasflussquelle zu berechnen. Auf diese Weise können alle wesentlichen Gasflüsse innerhalb des Beatmungssystems quantitativ erfasst werden, was eine besonders präzise Berechnung des dem Patienten zugeführten Patientengasflusses erlaubt.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine Bestimmung des aktuellen Leckageflusses und des externen Gasflusses einer externen Gasflussquelle. Das ist insbesondere vorteilhaft für solche externen Gasflussquellen, die nicht über das Beatmungssystem quantitativ gesteuert werden, so dass deren externer Gasfluss dem Beatmungssystem nicht ohne weiteres bekannt sein kann. Ein mögliches Beispiel für eine derartige externe Gasflussquelle ist ein Vernebler, der über den externen Gasfluss dem Patienten ein Medikament zuführt.
Die vorgeschlagene zweistufige Bestimmung des externen Gasflusses kann im Klinikalltag besonders vorteilhaft realisiert werden, da das Beatmungssystem typischerweise schon arbeitet, bevor die externe Gasflussquelle in das Beatmungssystem eingebracht wird. Daher kann das erste Berechnungsmodul bereits den Leckagefluss berechnen, ehe die externe Gasflussquelle in das Beatmungssystem eingebracht wird und das zweite Berechnungsmodul die Berechnung des externen Gasflusses übernimmt. Mithin ist kein gesondertes Ausschalten und Einschalten der externen Gasflussquelle für das erfindungsgemäße Regeln des Gasflusses, insbesondere des inspiratorischen Gasflusses, notwendig.
Der Empfang des Inspirationsflusssignals und des Exspirationsflusssignals in wiederholten zeitlichen Abständen, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Abständen, stellt sicher, dass eine Veränderung in der Funktionstätigkeit eines angeschlossenen Beatmungsgeräts und/oder ein Fehler innerhalb des Beatmungskreises, wie etwa ein zu großer Leckagefluss, schnell erkannt werden können.
Ist der externe Gasfluss berechnet und dadurch vermessen worden, kann die externe Gasflussquelle daraufhin auch wieder von dem Beatmungskreis getrennt und angeschlossen werden, ohne dass ein erneutes Vermessen des externen Gasflusses notwendig ist, da der externe Gasfluss für die gleiche Quelle typischerweise konstant über die Zeit ist.
Das Berechnen des externen Gasflusses kann erfindungsgemäß auch das Berechnen eines externen Gasflussverlaufs umfassen, beispielsweise bei der Verwendung einer regelmäßig gepulsten externen Gasflussquelle. Der derart vermessene externe Gasflussverlauf kann entsprechend der im Folgenden erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsformen genauso weiterverarbeitet werden wie ein berechneter konstanter externer Gasfluss. In diesem Sinne ist im Folgenden unter einem externen Gasfluss stets ein konstanter Wert eines externen Gasflusses oder ein sich wiederholender externer Gasflussverlauf zu verstehen. Für die Bestimmung des externen Gasflussverlaufs kann der exspiratorische Gasfluss vorzugsweise in kurzen zeitlichen Abständen derart ausgegeben werden, dass ein zeitaufgelöster Verlauf des externen Gasflusses erfindungsgemäß berechnet werden kann. Details zu dieser Berechnung sind im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert.
Die Berechnung basierend auf der Differenz von zwei Gasflüssen kann erfindungsgemäß eine Berechnung zum Bestimmen einer Volumendifferenz bedeuten. So ist ein Gasfluss ein Gasvolumen pro Zeiteinheit, weshalb sich aus einem Aufsummieren aufeinanderfolgender Differenzen von Gasflüssen eine Volumendifferenz für diese Gasflüsse ergibt.
Ein Beatmungskreis im Sinne der Erfindung kann ein offener oder ein geschlossener Beatmungskreis sein. Insbesondere kann es sich dabei um einen geschlossenen Beatmungskreis handeln, bei dem das vom Patienten ausgeatmete Gas zurück zu einem Beatmungsgerät geführt wird, oder um einen offenen Beatmungskreis, bei dem vom Patienten ausgeatmetes Gas aus dem System entweicht.
Aktuell sind der exspiratorische Gasfluss und der inspiratorische Gasfluss im Sinne der Erfindung, wenn sie innerhalb eines kurzen zurückliegenden Zeitbereichs jeweils durch das entsprechende Inspirationsflusssignal und das entsprechende Exspirationsflusssignal empfangen wurden. Der kurze zurückliegende Zeitbereich ist dabei ein für die Auswertung des Beatmungssystems relevante zurückliegender Zeitbereich, wie etwa ein zeitlicher Bereich von weniger als 10 Minuten, insbesondere ein zeitlicher Bereich von weniger als 5 Minuten, besonders bevorzugt ein zeitlicher Bereich von weniger als 2 Minuten. So kann beispielsweise die erfindungsgemäße Berechnung durch das zweite Berechnungsmodul auf demjenigen aktuellen inspiratorischen Gasfluss basieren, der bereits für das erste Berechnungsmodul zur Berechnung des Leckageflusses verwendet wurde. Der inspiratorische Gasfluss durch das Beatmungsgerät ändert sich nicht durch das Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis, so dass der aktuelle inspiratorische Gasfluss innerhalb des ersten Berechnungsmoduls auch nach dem Verbinden mit der externen Gasflussquelle im Sinne der Erfindung aktuell ist.
Das Ausgabesignal indiziert erfindungsgemäß eine Information, die auf dem berechneten externen Gasfluss basiert. Dies kann der berechnete externen Gasfluss selbst oder eine von dem berechneten externen Gasfluss abgeleitete Größe sein.
Die Module der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit können beabstandet voneinander oder in einem gemeinsamen Gerät, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet sein. Vorzugsweise werden mindestens zwei der Module auf einem gemeinsamen Prozessor ausgeführt. Die Module sind dabei zumindest auf Software-Ebene getrennte Verarbeitungsinstanzen.
Das Empfangsmodul kann aus mehreren räumlich getrennten Empfangssubmodulen aufgebaut sein, die ausgebildet sind, unabhängig voneinander das Exspirationssignal und/oder das Inspirationssignal zu empfangen. Insbesondere kann ein Empfangssubmodul in räumlicher Nähe zu weiteren Modulen der Beatmungssteuereinheit angeordnet sein, während ein weiteres Empfangssubmodul beabstandet von weiteren Modulen der Beatmungssteuereinheit angeordnet ist.
Der inspiratorische Gasfluss im Sinne der Erfindung ist derjenige Gasfluss, der durch ein Beatmungsgerät bereitgestellt wird. Insofern werden einem mit dem Beatmungskreis verbundenen Patienten sowohl der inspiratorische Gasfluss als auch der externe Gasfluss hinzugefügt, wohingegen der exspiratorische Gasfluss und der Leckagefluss vom Patienten wegführen.
Der Beatmungskreis mit der an den Beatmungskreis angeschlossenen externen Gasflussquelle ist erfindungsgemäß kein Teil der Beatmungssteuereinheit, sondern des Beatmungssystems. In einer Ausführungsform ist die externe Gasflussquelle oder zumindest ein Teil der externen Gasflussquelle, wie beispielsweise ein Steuermodul der externen Gasflussquelle ein Teil der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit.
Die externe Gasflussquelle ist im Sinne der Erfindung getrennt von dem Beatmungskreis, falls kein Gasfluss von der externen Gasflussquelle in den Beatmungskreis hinein möglich ist. Ein solches Trennen kann also beispielsweise durch ein tatsächliches Entfernen der externen Gasflussquelle oder durch ein Verschließen eines entsprechenden Strömungskanals, beispielsweise durch ein Abschalten der externen Gasflussquelle, erfolgen.
Der durch die externe Gasflussquelle verursachte externe Gasfluss kann unter Umständen ein negativer Gasfluss sein. So kann beispielsweise die externe Gasflussquelle ausgebildet sein, einen absaugenden Gasfluss zur Gasprobenentnahme aus dem Beatmungskreis herauszuführen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit beschrieben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Beatmungssteuereinheit weiterhin ein Regelungsmodul auf, das ausgebildet ist, das Ausgabesignal zu empfangen und eine Regelung des inspiratorischen Gasflusses basierend auf dem berechneten externen Gasfluss auszulösen. In dieser Ausführungsform kann vorteilhaft der dem Patienten zugeführte Gasfluss abhängig von dem berechneten externen Gasfluss geregelt werden, so dass beispielsweise in einer Variante dieser Ausführungsform ein maximaler bereitzustellende Gesamtgasfluss nicht überschritten wird. Vorzugsweise wird der durch das Beatmungsgerät bereitgestellte inspiratorische Gasfluss um denjenigen Volumenstrom reduziert, der durch den externen Gasfluss über die externe Gasflussquelle dem Beatmungskreis hinzugefügt wird.
Vorzugsweise ist die externe Gasflussquelle ein Vernebler. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit für den Fall, dass die externe Gasflussquelle keinen Gasflusssensor umfasst, der den externen Gasfluss misst, so dass innerhalb der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit dieser externen Gasfluss erfindungsgemäß zu berechnen ist. Ein derartiger als externe Gasflussquelle vorgesehener Vernebler führt typischerweise über den externen Gasfluss ein Medikament dem Beatmungskreis und somit auch dem durch den Patienten eingeatmeten Gas zu.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind der Leckagefluss und/oder der externe Gasfluss basierend auf einer Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen einer entsprechenden Mehrzahl von Atemzügen einer einem Beatmungssystem angeschlossenen Person bestimmt. Die Berücksichtigung einer Mehrzahl von Atemzügen ermöglicht in einer Variante dieser Ausführungsform vorteilhaft die Bildung eines Mittelwertes, durch den temporäre atypische Veränderungen der Gasflüssen nicht so stark berücksichtigt werden bei der Berechnung des Leckageflusses oder des externen Gasflusses, wie eine langfristige Veränderung dieser Gasflüsse. Insbesondere wird dadurch bei der Berechnung des externen Gasflusses und/oder des Leckageflusses ein grundsätzlicher Trend des inspiratorischen und exspiratorischen Gasflusses berücksichtigt und nicht eine kurzzeitige Veränderung. In einer alternativen oder ergänzenden Variante dieser Ausführungsform ermöglicht die Berücksichtigung einer Mehrzahl von Atemzügen die Anwendung eines Tiefpassfilters um temporäre atypische Veränderungen der Gasflüsse nicht so stark zu berücksichtigen. Ein solcher Tiefpassfilter kann beispielsweise ein Bessel-Filter, ein PT1-Glied oder ein Chebyshev-Filter sein. Alternativ oder ergänzend kann der Tiefpassfilter die periodischen Veränderungen aufgrund des Atemvorgangs herausfiltern, um so einen konstanten vorgegebenen inspiratorischen und/oder exspiratorischen Gasfluss auszuwerten.
Vorzugsweise kann die Beatmungssteuereinheit ein einmaliges atypisches Beatmungsergebnis, wie beispielsweise ein Husten des zu beatmenden Patienten erkennen, insbesondere anhand des entsprechenden atypischen Gasflusses oder Druckverlaufs erkennen, und einen Atemzug mit solch einem atypischen Beatmungsereignis aus der Mittelung über eine Mehrzahl von Atemzügen und/oder aus der weiteren Auswertung ausschließen. Hierdurch ist eine besonders präzise Bestimmung von Leckagefluss und/oder externem Gasfluss möglich, da ungewünschte Störeffekte, wie etwa ein Husten oder Niesen herausgefiltert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit ausgebildet, den berechneten externen Gasfluss zu empfangen und den Leckagefluss basierend auf dem berechneten externen Gasfluss und auf der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss zu berechnen. In dieser Ausführungsform wird der Leckagefluss ein weiteres Mal berechnet. In einer bevorzugten Variante wird der Leckagefluss nach dem Berechnen des externen Gasflusses in regelmäßigen Abständen erneut bestimmen. Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine Veränderung des Leckageflusses kurzfristig erkannt werden. Dies ist vorteilhaft, da der Leckagefluss durch eine kurzfristige Änderung des Beatmungskreis, wie beispielsweise durch einen zusätzlichen Leckagefluss, anfällig für kurzfristige Veränderungen ist. Der berechnete externe Gasfluss wird typischerweise über einen vorbestimmten Behandlungszeitraum konstant gehalten, so dass dieser nicht wiederholt berechnet werden braucht und für die zukünftige Bestimmung des Leckageflusses verwendet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Beatmungssteuereinheit weiterhin ein weiteres Berechnungsmodul auf, dass dazu ausgebildet ist, einen dem Patienten zugeführten Patientengasfluss basierend auf dem berechneten externen Gasfluss, auf dem berechneten Leckagefluss und auf der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss zu berechnen. Vorzugsweise indiziert dabei das durch das Ausgabemodul ausgegebene Ausgabesignal den Patientengasfluss. Die Bestimmung des Patientengasflusses erlaubt vorteilhaft die Erfassung der Menge des dem Patienten zugeführten Gases. In dieser Ausführungsform wird vorteilhaft ausgenutzt, dass sämtliche für die Bilanzierung der Gasflüssen notwendigen aktuell vorliegenden Gasflüsse durch die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit bekannt sind. Weitere Einflüsse, wie beispielsweise die Volumenänderung im Schlauchsystem aufgrund von Druck- oder Temperaturänderungen können über bekannte Verrechnungsprozesse berücksichtigt werden, wie beispielsweise das Verrechnen des bekannten Hose-Compliance-Flows. Derartige Einflüsse seien im Sinne dieser Erfindung innerhalb des inspiratorischen Gasflusses und/oder innerhalb des exspiratorischen Gasflusses berücksichtigt. Der Patientengasfluss ist eine für die Beatmung relevanter Größe, so dass deren Bestimmung die klinische Behandlung eines Patienten vorteilhaft ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, abhängig von dem bestimmten Patientengasfluss den inspiratorischen Gasfluss zu regeln, insbesondere durch ein Regelungsmodul der Beatmungssteuereinheit zu regeln. Hierdurch kann das Bereitstellen eines vorbestimmten Tidalvolumens der Beatmung durch das Beatmungssystem sichergestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Beatmungssystem mit einem Beatmungskreis und einer an dem Beatmungskreis angeschlossenen externen Gasflussquelle vorgeschlagen, die eine Beatmungssteuereinheit gemäß mindestens einem der oben genannten Ausführungsformen umfasst.
Das erfindungsgemäße Beatmungssystem weist alle Vorteile auf, die die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit aufweist. Weiterhin ist vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Beatmungssystem, dass die Beatmungssteuereinheit auf die weiteren Komponenten des Beatmungssystems abgestimmt sein kann.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Beatmungssystem mindestens eine erste Messeinheit, die den inspiratorischen Gasfluss misst und ein entsprechendes Inspirationsflusssignal ausgibt, und mindestens eine zweite Messeinheit, die den exspiratorischen Gasfluss misst und ein entsprechendes Exspirationsflusssignal ausgibt. Die erste und die zweite Messeinheit sind dabei kabelbasiert oder kabellos mit dem Empfangsmodul der Beatmungssteuereinheit verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Beatmungssystem weiterhin ein Steuermodul für die externe Gasflussquelle auf, wobei das Steuermodul ausgebildet ist, vor einem Empfangen des durch das erste Berechnungsmodul bereitgestellten Leckagesignals die externe Gasflussquelle getrennt von dem Beatmungskreis zu halten und mit dem Empfang des Leckagesignals ein Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis auszulösen. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird sichergestellt, dass entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorgehen während der Berechnung des Leckageflusses durch das erste Berechnungsmodul die externe Gasflussquelle getrennt von dem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist und das während der Berechnung des externen Gasflusses die externe Gasflussquelle in Verbindung mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist. Durch eine derartige automatisierte Steuerung der Verbindung der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis werden manuelle Fehler bei der Handhabung des erfindungsgemäßen Beatmungssystems vermieden. So wird beispielsweise vermieden, dass der externe Gasfluss berechnet wird ohne, dass die externe Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis verbunden ist und/oder dass der Leckagefluss erstmals berechnet wird während die externe Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis verbunden ist. Mithin wird durch das Beatmungssystem gemäß dieser Ausführungsform die erfindungsgemäße Berechnung des externen Gasflusses besonders zuverlässig unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Beatmungssystem ein Druck-Auswertungsmodul auf, das dazu ausgebildet ist, anhand des innerhalb des Beatmungskreises an mindestens einer Position vorliegenden Drucks auf den durchgeführten Anschluss der externen Gasflussquelle zu schließen. Diese Schlussfolgerung kann beispielsweise auf einem von dem Atemrhythmus unabhängigen Anteil des vorliegenden Druckes innerhalb des Schlauchsystems basieren. Alternativ oder ergänzend kann das Druck-Auswertungsmodul dazu ausgebildet sein, anhand eines gemessenen zeitlichen Druckverlaufs auf ein atypisches aktuelles Ereignis, wie beispielsweise ein Husten oder ein Niesen der beatmeten Person, zu schließen und darauf die Weiterverarbeitung von aktuell gewonnen Daten entsprechend zu beeinflussen, insbesondere während des Vorliegens eines atypischen aktuellen Ereignisses zu verhindern.
Darüber hinaus ist es möglich, weitere Atemzüge aus der Berechnung des Leckageflusses auszuschließen, wenn abzusehen ist, dass die Qualität der Berechnung des Leckageflusses aktuell beeinträchtigt ist. Beispielsweise kann die Qualität beeinträchtigt sein durch eine Änderung mindestens einer Beatmungseinstellung, wie etwa dem endexspiratorischen Atemdruck (PEEP), dem Beatmungsmodus, dem Atemvolumen, dem Atemdruck und/oder einem vorgegebenen Zeitverhalten der Beatmung.
Der Berechnung des externen Gasflusses liegt grundsätzlich die Annahme zugrunde, dass die eigentliche Leckage, also beispielsweise die unbeabsichtigte Leckage am Patientenanschluss, zwischen den Berechnungsprozessen des ersten und zweiten Berechnungsmoduls möglichst gleichgeblieben ist. Unterschiede in der Differenz von inspiratorischem und exspiratorischem Gasfluss sollten nur durch die Hinzunahme des externen Gasflusses der externen Gasflussquelle verursacht sein. Der Leckagefluss zwischen oder während der beiden Berechnungsprozesse der beiden Berechnungsmodule wird daher vorzugsweise überwacht, um eine Veränderung des Leckageflusses zu detektieren. Bei zu starken Veränderungen des Leckageflusses innerhalb der jeweiligen Berechnungsmodule kann eine Warnung an den Benutzer, oder eine Aufforderung zur Wiederholung der jeweiligen Messung und/oder Berechnung über eine Benutzerschnittstelle erfolgen. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit eines stark fehlerhaft bestimmten externen Gasflusses reduziert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Regeln eines Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems bei Vorliegen einer externen Gasflussquelle vorgeschlagen. Das erfindungsgemäß Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Empfangen eines ersten Inspirationssignals, das einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss indiziert, und eines ersten Exspirationssignals, das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss indiziert;
- Berechnen eines Leckageflusses basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss, während die externe Gasflussquelle getrennt von einem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist;
- Ausgeben eines Leckagesignals, das den bestimmten Leckagefluss indiziert;
- Empfangen eines zweiten Exspirationssignals, das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss nach der Berechnung des Leckageflusses indiziert;
- Berechnen eines externen Gasflusses nach einem Empfang des Leckagesignals und einem Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems, basierend auf dem berechneten Leckagefluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss;
- Ausgeben eines Ausgabesignals, das auf dem berechneten externen Gasfluss basiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein zweischrittiges Manöver zum Vermessen des externen Gasflusses auf, bei dem zuerst der Leckagefluss bestimmt wird, um dann basierend auf dem Leckagefluss den externen Gasfluss zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die gleichen Vorteile auf wie die erfindungsgemäße Beatmungssteuereinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine von dem externen Gasfluss unabhängige Bestimmung des Leckageflusses und eine darauffolgende besonders präzise Bestimmung des externen Gasflusses. So stellt das erfindungsgemäße Verfahren sicher, dass die relevanten Gasflusse innerhalb des Beatmungskreises zuverlässig berechnet werden und für die weitere Verarbeitung, beispielsweise zum Bestimmen des Patientengasflusses, berücksichtigt werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst ein letzter Schritt ein Regeln des inspiratorischen Gasflusses basierend auf dem berechneten externen Gasfluss. Hierdurch kann vorteilhaft ein gesamtes dem Patienten pro Atemzug bereitgestelltes Gasvolumen geregelt werden. Insbesondere kann der inspiratorische Gasfluss reduziert werden um die Menge an extern zugeführtem Gasvolumen pro Zeiteinheit.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der inspiratorische Gasfluss weiterhin basierend auf dem berechneten Leckagefluss geregelt. In dieser zur vorherigen Ausführungsform ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann besonders präzise der inspiratorische Gasfluss derart geregelt werden, dass an einem vorbestimmten Punkt des Beatmungskreises, wie beispielsweise am Patienten, ein vorbestimmter Gasfluss im Betrieb des entsprechenden Beatmungssystems vorliegt, insbesondere unabhängig von einer etwaigen Leckage oder einer externen Gasflussquelle vorliegt.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin ein Empfangen eines zweiten Inspirationssignals auf, das einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss nach der Berechnung des Leckageflusses, insbesondere nach der Ausgabe des Leckagesignals, indiziert. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird für die Berechnung des externen Gasflusses der letzte gemessene inspiratorische Gasfluss verwendet. Da sich der inspiratorische Gasfluss über die Zeit aus unterschiedlichen Gründen verändern kann, führt das Berücksichtigen des letzten gemessene inspiratorischen Gasflusses, insbesondere eines nach der Berechnung des Leckageflusses nochmals gemessenen inspiratorischen Gasflusses, zu einem besonders aktuellen inspiratorischen Gasfluss für die Berechnung des externen Gasflusses. Dadurch kann der berechnete Wert für den externen Gasfluss besonders genau sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin ein erneutes Berechnen des Leckageflusses basierend auf dem berechneten externen Gasfluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss auf. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird nach dem erfindungsgemäßen Bestimmen des externen Gasflusses weiterhin kontinuierlich der Leckagefluss bestimmt. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil ein Leckagefluss typischerweise unvorhergesehen auftritt, so dass dessen zeitnahe Erkennung durch das medizinische Personal oder durch das Beatmungssystem von Vorteil ist. Insbesondere können dadurch zeitnah Gegenmaßnahmen wie die Schließung einer Leckage oder die Vergrößerung des inspiratorischen Gasflusses eingeleitet werden.
Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Beatmungssteuereinheit gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb eines Beatmungssystems gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beatmungssteuereinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb des Beatmungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Beatmungssteuereinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb des Beatmungssystems gemäß dem zweiten Aspekt Erfindung;
4 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Beatmungssteuereinheit 100 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb eines Beatmungssystems 105 gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Beatmungssteuereinheit 100 ist ausgebildet zum Regeln eines Gasflusses 102 innerhalb des Beatmungssystems 105 mit einem Beatmungskreis 106 und einer an dem Beatmungskreis 106 angeschlossenen externen Gasflussquelle 110. Das Beatmungssystem 105 weist dabei weiterhin ein einen inspiratorischen Gasfluss 126 bereitstellendes Beatmungsgerät 107 auf. Schließlich weist das Beatmungssystem 105 auch einen exspiratorischem Gasflusssensor 108 auf, der den exspiratorischen Gasfluss 128 misst. Der Beatmungskreis 106 führt über ein Y-Stück 109 zu einem mit dem Beatmungssystem 105 zu versorgenden Patienten 104. Der weitere Verlauf des Gasflusses 102 auf der exspiratorischen Seite des Beatmungskreises 106 ist nicht im Detail dargestellt und für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nicht relevant. Beispielsweise wird im Bereich der Anästhesie durch den Patienten 104 ausgeatmetes Gas über einen CO₂-Absorber zurück zu dem inspiratorischen Gasfluss 126 geleitet.
Die Beatmungssteuereinheit 100 umfasst ein Empfangsmodul 120, ein erstes Berechnungsmodul 130, ein zweites Berechnungsmodul 135 und ein Ausgabemodul 140.
Das Empfangsmodul 120 weist eine Signalschnittstelle 122 auf, die ausgebildet ist, ein Inspirationsflusssignal 125 und ein Exspirationsflusssignal 127 in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu empfangen, wobei das Inspirationsflusssignal 125 einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss 126 und das Exspirationsflusssignal 127 einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss 128 indiziert. Die regelmäßigen zeitlichen Abstände sind vorzugsweise zeitliche Abstände von weniger als 10 Sekunden, insbesondere von weniger als 5 Sekunden, vorzugsweise von weniger als 2 Sekunden. In einer bevorzugten Variante wird im Wesentlichen kontinuierlich das Inspirationsflusssignal 125 von dem Beatmungsgerät 107 bereitgestellt und durch die Signalschnittstelle 122 empfangen, wobei das Beatmungsgeräts 107 einen nicht dargestellten Inspirationsflusssensor umfasst, der den aktuellen inspiratorischen Gasfluss 126 misst. Alternativ oder ergänzend wird in dieser Variante im Wesentlichen kontinuierlich das Exspirationsflusssignal 127 durch den exspiratorischen Gasflusssensor 108 bereitgestellt. Insofern kann der erfindungsgemäße Empfang in regelmäßigen zeitlichen Abständen auch kurze technisch bedingte zeitliche Abstände von weniger als 0,5 Sekunden umfassen. In einer bevorzugten Variante des dargestellten Ausführungsbeispiels wird der aktuelle inspiratorische Gasfluss 126 und der aktuelle exspiratorische Gasfluss 128 lediglich in gewissen zeitlichen Abständen durch eine Auswertung des entsprechenden Inspirationsflusssignals 125 oder Exspirationsflusssignals 127 ausgewertet.
Das erste Berechnungsmodul 130 ist ausgebildet, eine entsprechende Information betreffend den aktuellen inspiratorischen Gasfluss 126 und den aktuellen exspiratorischen Gasfluss 128 zu empfangen und basierend darauf einen Leckagefluss 132 zu berechnen. Diese Berechnung basiert auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss 126 und aktuellem exspiratorischem Gasfluss 128. Damit der berechnete Leckagefluss 132 im Wesentlichen dem tatsächlich vorliegenden Leckagefluss 150 entspricht, der vorliegend beispielhaft an einem Mundstück zu dem Patienten 104 dargestellt ist, wird der Leckagefluss 132 nur dann berechnet, wenn die externe Gasflussquelle 110 mit ihrem unbekannten externen Gasfluss 155 getrennt von dem Beatmungskreis 106 des Beatmungssystems 105 ist. Schließlich ist das erste Berechnungsmodul 130 weiterhin ausgebildet, ein Leckagesignal 134 auszugeben, dass den berechneten Leckagefluss 132 indiziert.
Dieses Leckagesignal 134 wird zusammen mit einer Information bezüglich dem aktuellen inspiratorischen Gasfluss 126 und dem aktuellen exspiratorischen Gasfluss 128 durch das zweite Berechnungsmodul 135 empfangen, wobei die beiden Flusssignale 125 und 127 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bis zum zweiten Berechnungsmodul 135 verlaufend dargestellt sind. Das zweite Berechnungsmodul 135 ist dabei ausgebildet, nach einem Verbinden der externen Gasflussquelle 110 mit dem Beatmungskreis 106 und nach dem Empfang des Leckagesignals 134 den externen Gasfluss 136 basierend auf dem berechneten Leckagefluss 132 und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss 126 und aktuellem exspiratorischem Gasfluss 128 zu bestimmen. Dadurch, dass der berechnete Leckagefluss 132 bei der Berechnung des externen Gasflusses 136 berücksichtigt wird, entspricht der berechnete externe Gasfluss 136 vorzugsweise weitestgehend dem tatsächlich durch die externe Gasflussquelle 110 anliegenden externen Gasfluss 155. Der tatsächlich anliegende externe Gasfluss 155 wird in dem dargestellten Beatmungssystem 105 im Bereich des Y-Stücks 109 zugeführt.
Das Ausgabemodul 140 ist ausgebildet, ein Ausgabesignal 142 auszugeben, das auf dem berechneten externen Gasfluss 136 basiert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel indiziert das Ausgabesignal 142 den berechneten externen Gasfluss 136.
Wie in 1 gezeigt, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein manuelles Verbinden und Lösen der externen Gasflussquelle 110 entsprechend der erfindungsgemäßen Funktionsweise der Beatmungssteuereinheit 100 erforderlich. So ist die externe Gasflussquelle 110 während der Berechnung des Leckageflusses 132 durch das erste Berechnungsmodul 130 nicht an dem Beatmungskreis 106 angeschlossenen. Nach einem Anschließen der externen Gasflussquelle 110 über einen externen Gasanschluss 114 an das Y-Stück 109 kann die Berechnung des externen Gasflusses 155 durch das zweite Berechnungsmodul 135 erfolgen. In anderen Ausführungsbeispielen erfolgt ein Verbinden und Lösen der externen Gasflussquelle automatisiert, insbesondere automatisiert über ein entsprechendes Steuermodul. Erfindungsgemäß kann die externe Gasflussquelle permanent an dem Beatmungskreis angebracht sein und aktiviert oder deaktiviert werden, insbesondere automatisiert aktiviert oder deaktiviert werden. Dies ist umfasst von dem erfindungsgemäßen Trennen und Anschließen der externen Gasflussquelle in dem entsprechenden Ausführungsbeispiel. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die externe Gasflussquelle unmittelbar hinter dem Beatmungsgerät und vor dem Y-Stück angeordnet oder in einem anderen Bereich des Beatmungskreises zwischen Beatmungsgerät und Patient angeordnet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Module der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit 100 in einem gemeinsamen Gerät angeordnet, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse 101 angeordnet. In weiteren Ausführungsbeispielen ist mindestens ein Modul nicht in einem gemeinsamen Gehäuse mit den weiteren Modulen angeordnet.
Die Verarbeitung durch die erfindungsgemäßen Module der Beatmungssteuereinheit 100, insbesondere die Verarbeitung durch das erste Berechnungsmodul 130 und durch das zweite Berechnungsmodul 135 kann zumindest teilweise durch einen gemeinsamen Prozessor erfolgen. Die Module sind dabei zumindest auf Software-Ebene voneinander getrennte Verarbeitungsinstanzen.
Die externe Gasflussquelle 110 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Vernebler 116. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der externen Gasflussquelle um einen Tracheal-Gas-Insufflator.
Die Berechnung des Leckageflusses 132 und des externen Gasflusses 136 erfolgt über eine Bilanzierung der jeweils aktuell in dem Beatmungskreis 106 vorliegenden Gasflüsse. Dabei wird der Leckagefluss 132 während eines ersten Berechnungsmanövers durch das erste Berechnungsmodul 130 berechnet, und der externe Gasfluss 136 wird während eines zweiten Berechnungsmanövers durch das zweite Berechnungsmodul 135 berechnet.
Das erste Berechnungsmanöver durch das erste Berechnungsmodul 130 basiert darauf, dass sich der Leckagefluss F_L direkt aus der Differenz zwischen dem inspiratorischen Gasfluss F_I und dem exspiratorischen Gasfluss F_E ergibt, da bis auf den Leckagefluss, den inspiratorischen Gasfluss und den exspiratorischen Gasfluss keine weiteren Gasflüsse im Beatmungskreis vorliegen. In einer bevorzugten Variante dieses Ausführungsbeispiels wird der Leckagefluss F_L basierend auf einer Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen einer entsprechenden Mehrzahl von Atemzügen des Patienten 104 bestimmt. Vorzugsweise erfolgt diese Berechnung durch Bildung der Differenz der Mittelwerte des inspiratorischen Gasflusses und das exspiratorischen Gasflusses. In einer alternativen oder ergänzenden Variante wird eine Verarbeitung der Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen oder der Mehrzahl von Differenzen von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen über eine Filterfunktion, insbesondere über einen Tiefpassfilter, verwendet. Ein derartiger Tiefpassfilter kann beispielsweise ein Bessel-Filter, ein PT1-Glied oder ein Chebyshev-Filter sein. Ein derartiger Tiefpassfilter sorgt dafür, dass eine temporäre Störung eines regelmäßigen Atemrhythmuses bei der Bestimmung des Leckageflusses nicht oder kaum berücksichtigt wird. So hat eine derartige temporäre Störung eine geringere Frequenz als der regelmäßige Atemrhythmus, so dass sie über einen derartigen Tiefpassfilter herausgefiltert werden kann. Das nach dieser Filterung verbliebene Signal ist aufgrund des Atemrhythmuses periodisch ausgebildet und kann angesichts des jeweils bekannten Gasflusses hinsichtlich des inspiratorischen und exspiratorischen Gasvolumens pro Atemzug ausgewertet werden. Die Filterung durch den Tiefpassfilter kann ergänzend oder alternativ so vorgesehen sein, dass die Atemfrequenz herausgefiltert wird, so dass beispielsweise der bereitgestellte inspiratorische und/oder exspiratorische Gasfluss als konstanter Signalanteil als Ergebnis der Tiefpassfilterung ausgelesen werden kann. Die Verwendung von Mittelwerten einer Vielzahl von inspiratorischen Gasflüssen und einer Vielzahl von exspiratorischen Gasflüssen und die Verwendung von gefilterten Werten können miteinander kombiniert werden.
Das zweite Berechnungsmanöver durch das zweite Berechnungsmodul 135 basiert darauf, dass durch das Verbinden mit der externen Gasflussquelle 110 der externe Gasfluss F_EX dem Beatmungskreis 106 zugeführt wird. Somit ergibt eine Bilanzierung der vorliegenden Gasflüsse unter Berücksichtigung der Annahme, dass der Patientengasfluss im Mittel null beträgt, da das in den Patienten fließende Gas auch wieder aus dem Patienten herausfließt, folgende Gleichung: $0 = F_{I} - F_{E} - F_{L} + F_{E}$
Bei dieser Gleichung handelt es sich um eine über eine oder mehrere Inspirations- und Exspirationsphase/-phasen gemittelte Gleichung. Diese Gleichung entspricht offenkundig einer entsprechenden Gleichung für die jeweils vorliegenden Gasflussvolumina. Der inspiratorische Gasfluss F_I und der externe Gasfluss FEX werden dem Patienten zugeführt und haben daher ein positives Vorzeichen und der exspiratorische Gasfluss F_E und der Leckagefluss F_L führen von dem Patienten weg und haben daher ein negatives Vorzeichen. Somit ergibt sich für die Bestimmung des externen Gasflusses direkt die mögliche Bestimmungsgleichung F_EX=-F_I+F_E+F_L. Erfindungsgemäß nutzt das zweite Berechnungsmodul 135 direkt diese Bestimmungsgleichung für ein jeweiliges Paar aus aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss oder eine Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen aus einer entsprechenden Mehrzahl von Atemzügen des Patienten. Hierbei wird vorzugsweise die Leckage während der beiden Berechnungsmanöver als konstant angenommen, so dass für diese Berechnung der im ersten Berechnungsmodul bestimmte Leckagefluss oder das daraus im ersten Berechnungsschritt bestimmte Leckagevolumen verwendet wird.
Alternativ oder ergänzend wird basierend auf einer Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen einer entsprechenden Mehrzahl von Atemzügen ein Leckageleitwert entsprechend eines Leckagemodells berechnet und daraus der Leckagefluss ermittelt. Beispielsweise basiert der Leckageleitwert auf einem über einen gewissen Zeitraum gemittelten Wert für die Differenz zwischen aktuellem inspiratorischen Gasfluss und aktuellem exspiratorischen Gasfluss. Hierbei wird der Leckageleitwert über einen gewissen Zeitraum, insbesondere über die beiden Berechnungsmanöver als konstant angenommen. Vorzugsweise ist der Leckagefluss ein druckabhängiger Leckagefluss und/oder der Leckageleitwert ein druckabhängiger Leckageleitwert.
Alternativ oder ergänzend kann ein weiteres Leckagemodel verwendet werden, um die Leckagefluss zu berechnen. Das Leckagemodel kann den aktuellen Leckagefluss basierend auf einem aktuellen Druck am Patientenanschluss (Paw) schätzen. Ein Beispiel hierfür wäre ein exponentielles Leckagemodell, welches den Leckagefluss FL mit folgender Gleichung abschätzt: $FL = G α * (Paw) α$
Dabei sind Ga und a vom Leckagealgorithmus gemäß dem Leckagemodell zu schätzende Werte. Dieses Verfahren ist aus DE 10 2005 061 439 B3 bekannt und kann mit weiteren zu messenden Parametern kombiniert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Berechnung von Leckagefluss und/oder externem Gasfluss werden vorzugsweise die letzten aktuell empfangenen Werte für den aktuellen inspiratorischen Gasfluss und den aktuellen exspiratorischen Gasfluss verwendet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch alternativ lediglich der letzte aktuell empfangene Wert für den exspiratorischen Gasfluss verwendet, wohingegen der inspiratorische Gasfluss ein innerhalb eines Behandlungsvorganges eingestellter oder vorbestimmter inspiratorischer Gasfluss ist. Dieser inspiratorische Gasfluss wird erfindungsgemäß zumindest für das erste Berechnungsmanöver durch das erste Berechnungsmodul aktuell bereitgestellt. Das derart ausgebildete Ausführungsbeispiel ermöglicht die erfindungsgemäße Funktionsweise der Beatmungssteuereinheit dadurch, dass der inspiratorische Gasfluss für ein funktionsfähiges Beatmungsgerät im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Mithin ist eine regelmäßige Bestimmung des inspiratorischen Gasflusses nicht notwendig. Der inspiratorische Gasfluss kann erfindungsgemäß festgelegt und über das Inspirationssignal an die Beatmungssteuereinheit ausgegeben werden. Ein derart festgelegter inspiratorischer Gasfluss ist im Sinne der Erfindung auch ein aktueller inspiratorischer Gasfluss, da dieser inspiratorische Gasfluss als aktuell vorliegend angenommen werden kann.
Die Signale innerhalb der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit können kabelbasiert oder kabellos übertragen werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die jeweilige Signalübertragung durch eine kabelbasierte Kommunikation der jeweiligen Module untereinander, wobei das erste Berechnungsmodul und das zweite Berechnungsmodul durch einen gemeinsamen Prozessor realisiert sind.
Bei dem Sensor zum Messen des inspiratorischen oder exspiratorischen Gasflusses handelt es sich vorzugsweise um einen handelsüblichen Durchflusssensor. Dieser kann beispielsweise auf einem Ultraschallverfahren, einer Differenzdruckmessung oder auf einer magnetischen-induktiven Messung beruhen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beatmungssteuereinheit 200 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb des Beatmungssystems 205 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Beatmungssteuereinheit 200 unterscheidet sich dadurch von der in 1 dargestellten Beatmungssteuereinheit 100, dass das Empfangsmodul 220 eine Signalschnittstelle 222 aufweist, die zwei separate Komponenten 223, 224 umfasst um das Inspirationsflusssignal 125 und das Exspirationsflusssignal 127 zu empfangen.
Weiterhin unterscheidet sich die Beatmungssteuereinheit 200 dadurch, dass sie ein weiteres Berechnungsmodul 260 umfasst, dass dazu ausgebildet ist einen dem Patienten zugeführten Patientengasfluss 258 basierend auf dem berechneten Leckagefluss 132 und dem berechneten externen Fluss 136 sowie aus der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss 126 und aktuellem exspiratorischem Gasfluss 128 zu berechnen. Der dem Patienten zugeführten Patientengasfluss 258 umfasst ein Gasvolumen, das im Wesentlichen dem sogenannten Tidalvolumen während der Beatmung des Patienten 104 entspricht. Der berechnete Patientengasfluss 262 entspricht aufgrund der zuverlässigen Berechnung des Leckageflusses 232 und des externen Gasflusses 236 im Wesentlichen dem tatsächlich dem Patienten zugeführten Patientengasfluss 258. Dabei ergibt sich die Berechnung des zugeführten Patientengasflusses F_P aufgrund der bereits erläuterten Bilanzierung der existierenden Gasflüsse innerhalb des Atemvorganges wie folgt: $F_{P} = F_{I} - F_{E} - F_{L} + F_{EX}$
Im Gegensatz zu der bereits beschriebenen Bilanzgleichung, handelt es sich bei den in dieser Gleichung genutzten Größen nicht um zeitlich gemittelte Werte, so dass hier nicht angenommen werden kann, dass der Patientengasfluss null ist, da der Patientengasfluss während des Atemvorgangs ausgewertet und nicht gemittelt wird. Folglich wird für die Berechnung des zugeführten Patientengasflusses durch das weitere Berechnungsmodul 260 zumindest der aktuelle exspiratorische Gasfluss 128 ausgewertet. Der tatsächlich dem Patienten zugeführte Patientengasfluss 258 ist eine wichtige Größe zum Regeln des Beatmungsgerätes 107. So kann beispielsweise der Patientengasfluss derart zuzuführen sein, dass ein vorbestimmtes Tidalvolumen der Beatmung erreicht wird.
Das Ausgabesignal 242 des Ausgabemoduls 140 wird direkt an das Beatmungsgeräts 107 ausgegeben und indiziert den berechneten Patientengasfluss 262. In dem Beatmungsgerät 107 ist ein Regelungsmodul 270 dazu ausgebildet, das Ausgabesignal 242 zu empfangen und eine Regelung des inspiratorischen Gasflusses 126 basierend auf dem berechneten Patientengasfluss 262 durchzuführen. Dabei wird der berechnete Patientengasfluss 262 mit einem vorbestimmten Soll-Patientengasfluss entsprechend dem vorbestimmten Tidalvolumen der Beatmung verglichen und der bereitgestellte inspiratorische Gasfluss 126 entsprechend geregelt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Regelungsmodul in einem gemeinsamen Gehäuse mit den weiteren Modulen der Beatmungssteuereinheit angeordnet. Vorzugsweise ist das Regelungsmodul ein Teil der erfindungsgemäßen Beatmungssteuereinheit.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Beatmungssteuereinheit 300 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung innerhalb des Beatmungssystems 305 gemäß dem zweiten Aspekt Erfindung.
Die Beatmungssteuereinheit 300 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Beatmungssteuereinheit 100 unter anderem dadurch, dass sie innerhalb des Beatmungsgerätes 307 angeordnet ist. Die Signalschnittstelle 320 ist daher eine interne Signalschnittstelle innerhalb des Beatmungsgerätes 307. Das Beatmungsgerät 307 weist eine erste äußere Schnittstelle 380 zum Empfang des Exspirationsflusssignals 127 auf. Weiterhin unterscheidet sich die Beatmungssteuereinheit 300 und das umgebende Beatmungssystem 305 dadurch, dass das Leckagesignal 134 über eine zweite äußere Schnittstelle 382 an ein Steuermodul 318 der externen Gasflussquelle 310 gesendet wird oder von diesem Steuermodul 318 abgerufen wird. Das Steuermodul 318 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Teil der externen Gasflussquelle 310. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuermodul 318 ein separates Modul, welches mit der externen Gasflussquelle 318 über einen entsprechend bereitgestellten Kommunikationskanal kommuniziert. Das Steuermodul 318 ist dazu ausgebildet, durch den Empfang des Leckagesignals ein Verbinden der externen Gasflussquelle 310 mit dem Beatmungskreis 106 auszulösen. Dies erfolgt über die Öffnung einer Öffnungsvorrichtung 319, insbesondere eines Öffnungsventils.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Benutzerschnittstelle vorgesehen, die ausgebildet ist, eine Benutzereingabe zu empfangen, die anzeigt, ob die externe Gasflussquelle verbunden oder getrennt ist, also beispielsweise ob die externe Gasflussquelle aktiviert oder deaktiviert ist oder ob ein entsprechendes Ventil zur hydrodynamischen Verbindung der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis geöffnet oder geschlossen ist. So kann die Beatmungssteuereinheit etwas über den Zustand der externen Gasflussquelle erfahren, ohne dass eine elektrische oder mechanische Verbindung zur Übertragung eines entsprechenden Signals erforderlich ist. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise ein Touchdisplay, eine Tastatur, ein Einstellrad, ein Schalter und/oder ein Touchpad umfassen.
Weiterhin unterscheidet sich die Beatmungssteuereinheit 300 dadurch, dass der berechnete externe Gasfluss 136 zusammen mit dem aktuellen exspiratorischen Gasfluss und dem aktuellen inspiratorischen Gasfluss innerhalb eines weiteren Leckageberechnungsmoduls 390 zum Berechnen des aktuellen Leckageflusses 150 verwendet wird. Hierbei wird angenommen, dass der externe Gasfluss über die Zeit konstant ist und mithin dieser externe Gasfluss innerhalb der Bilanzierung der vorhandenen Gasflüsse wie oben beschrieben als konstanter Wert angenommen werden kann. Hierdurch kann der ursprünglich durch dieses erste Berechnungsmodul 130 berechnete Wert für den Leckagefluss 132 verworfen und erneut bestimmt und/oder über die Zeit gemittelt werden. Das dauerhafte Auswerten des aktuellen Leckageflusses ermöglicht vorteilhaft ein schnelles Erkennen einer plötzlich auftretenden Leckage und somit ein entsprechendes Nachregeln des Beatmungsgerätes 307 zum Bereitstellen des vorbestimmten Patientenflusses entsprechend des vorbestimmten Tidalvolumens für die Beatmung des Patienten 104.
Das Ausgabesignal 342 wird entsprechend der Struktur des Beatmungssystems 305 über eine interne kabelbasierte Verbindung an das Regelungsmodul 370 des Beatmungsgerätes 307 gesendet. Das Regelungsmodul 370 bildete einen Teil einer Verarbeitungseinheit 395 des Beatmungsgerätes 307.
In einem vorteilhaften nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuermodul der externen Gasquelle derart mit der Beatmungssteuereinheit verbunden, dass durch das Verbinden der externen Gasquelle mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems eine Berechnung des externen Gasflusses durch das zweite Berechnungsmodul ausgelöst wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren 400 ist zum Regeln eines Gasflusses innerhalb eines Beatmungssystems bei Vorliegen einer externen Gasflussquelle ausgebildet. Dabei weist das erfindungsgemäße Verfahren 400 die im Folgenden erläuterten Schritte auf.
Ein erster Schritt 410 umfasst ein Empfangen eines ersten Exspirationssignals, das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss indiziert. Ein weiterer von dem ersten Schritt 410 unabhängiger Schritt 415 umfasst ein Empfangen eines ersten Inspirationssignals, das einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss indiziert.
Ein nächster Schritt 420 umfasst ein Berechnen eines Leckageflusses basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss, während die externe Gasflussquelle getrennt von einem Beatmungskreis des Beatmungssystems ist.
Ein darauffolgender Schritt 430 umfasst ein Ausgeben eines Leckagesignals, das den bestimmten Leckagefluss indiziert.
Ein weiterer Schritt 440 umfasst ein Empfangen eines zweiten Exspirationssignals, das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss nach der Berechnung des Leckageflusses indiziert.
Ein nächster Schritt 450 umfasst ein Berechnen eines externen Gasflusses nach einem Empfang des Leckagesignals und einem Verbinden der externen Gasflussquelle mit dem Beatmungskreis des Beatmungssystems, basierend auf dem berechneten Leckagefluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss.
Ein abschließender Schritt 460 umfasst ein Ausgeben eines Ausgabesignals, das auf dem berechneten externen Gasfluss basiert.
Die Schritte 410 und 415 können unabhängig voneinander ausgeführt werden und werden dabei vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen ausgeführt. Die Schritte 420 und 430 werden in dieser Reihenfolge nach den Schritten 410, 415 ausgeführt. Der Empfang des zweiten Inspirationssignals im Schritt 440 wird vorzugsweise ergänzt durch einen Empfang eines zweiten Inspirationssignals im Rahmen des gestrichelt dargestellten Schrittes 445. Die beiden Schritte 440 und 445 werden dabei vorzugsweise unabhängig voneinander ausgeführt.
Die Schritte 450 und 460 beschreiben ein zweites Berechnungsmanöver, welches dem Berechnungsmanöver gemäß den Schritten 420 und 430 zeitlich folgt.
Die Vermessung des externen Gasflusses durch die beschriebene Berechnung im zweiten Berechnungsmanöver braucht vorzugsweise nur einmal für eine konkrete externe Gasflussquelle erfolgen, da sich der externe Gasfluss bei der gleichen externen Gasflussquelle typischerweise nicht oder kaum verändert.
Vorzugsweise umfasst ein letzter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Regeln des inspiratorischen Gasflusses basierend auf dem berechneten externen Gasfluss und/oder basierend auf dem berechneten externen Gasfluss und der berechneten Leckage. Das Regeln basiert vorzugsweise auf einem innerhalb des Verfahrens berechneten Patientengasflusses. Vorzugsweise ist ein anzustrebender Patientengasfluss anhand eines für die Beatmung festgelegten Tidalvolumens der Beatmung vorgegeben.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein anschließendes wiederholtes Berechnen des Leckageflusses basierend auf dem berechneten externen Gasfluss und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss und aktuellem exspiratorischem Gasfluss.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: Beatmungssteuereinheit
101: Gehäuse
102: Gasfluss
104: Patient
105, 205, 305: Beatmungssystem
106: Beatmungskreis
107, 307: Beatmungsgerät
108: Gasflusssensor
109: Y-Stück
110, 310: externe Gasflussquelle
114: externer Gasanschluss
116: Vernebler
120, 220, 320: Empfangsmodul
122, 222: Signalschnittstelle
125: Inspirationsflusssignal
126: inspiratorischer Gasfluss
127: Exspirationsflusssignal
128: exspiratorischer Gasfluss
130: erstes Berechnungsmodul
132: berechneter Leckagefluss
134: Leckagesignal
135: zweites Berechnungsmodul
136: berechneter externer Gasfluss
140: Ausgabemodul
142, 242, 342: Ausgabesignal
150: tatsächlicher Leckagefluss
155: tatsächlicher externer Gasfluss
223: erster Komponente der Signalschnittstelle
224: zweite Komponente der Signalschnittstelle
258: tatsächlicher Patientengasfluss
260: weiteres Berechnungsmodul
262: berechneter Patientengasfluss
270, 370: Regelungsmodul
318: Steuermodul
319: Öffnungsvorrichtung
380: erste äußere Schnittstelle
382: zweite äußere Schnittstelle
390: Leckageberechnungsmodul
395: Verarbeitungseinheit
400: Verfahren
410, 415, 420, 430, 440 445, 450, 460: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9358356 B2 [0004]
DE 102005061439 B3 [0066]

Claims

Beatmungssteuereinheit (100) zum Regeln eines Gasflusses (102) innerhalb eines Beatmungssystems (105) mit einem Beatmungskreis (106) und einer an dem Beatmungskreis (106) angeschlossenen externen Gasflussquelle (110), mit - einem Empfangsmodul (120), aufweisend eine Signalschnittstelle (122), die ausgebildet ist, ein Inspirationsflusssignal (125) und ein Exspirationsflusssignal (127) wiederholt zu empfangen, wobei das Inspirationsflusssignal (125) einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss (126) und das Exspirationsflusssignal (127) einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss (128) indiziert, - einem ersten Berechnungsmodul (130), das ausgebildet ist, einen Leckagefluss (132) basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128) zu berechnen, während die externe Gasflussquelle (110) getrennt von dem Beatmungskreis (106) des Beatmungssystems (105) ist, und wobei das erste Berechnungsmodul (130) weiterhin ausgebildet ist, ein Leckagesignal (134) auszugeben, das den berechneten Leckagefluss (132) indiziert; - einem zweiten Berechnungsmodul (135), das ausgebildet ist, das Leckagesignal (134) zu empfangen und einen externen Gasfluss (136) nach dem Empfang des Leckagesignals (134) und einem Verbinden der externen Gasflussquelle (110) mit dem Beatmungskreis (106) des Beatmungssystems (105) zu berechnen, basierend auf dem berechneten Leckagefluss (132) und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128); - einem Ausgabemodul (140), das ausgebildet ist, ein Ausgabesignal (142) auszugeben, das auf dem berechneten externen Gasfluss (136) basiert.
Beatmungssteuereinheit (200) gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Regelungsmodul (270), das ausgebildet ist, das Ausgabesignal (242) zu empfangen und eine Regelung des inspiratorischen Gasflusses (126) basierend auf dem berechneten externen Gasfluss (136) auszulösen.
Beatmungssteuereinheit (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die externe Gasflussquelle (110) ein Vernebler (116) ist.
Beatmungssteuereinheit (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leckagefluss (132) und/oder der externe Gasfluss (136) basierend auf einer Mehrzahl von inspiratorischen und exspiratorischen Gasflüssen (126, 128) einer entsprechenden Mehrzahl von Atemzügen einer einem dem Beatmungssystem (105) angeschlossenen Person (104) bestimmt sind.
Beatmungssteuereinheit (300) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, das ausgebildet ist, den berechneten externen Gasfluss (136) zu empfangen und den Leckagefluss (132) basierend auf dem berechneten externen Gasfluss (136) und auf der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128) zu berechnen.
Beatmungssteuereinheit (200) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein weiteres Berechnungsmodul (260), dass dazu ausgebildet ist, einen dem Patienten (104) zugeführten Patientengasfluss (262) basierend auf dem berechneten externen Gasfluss (136), auf dem berechneten Leckagefluss (132) und auf der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128) zu berechnen, und wobei das durch das Ausgabemodul (140) ausgegebene Ausgabesignal (242) den Patientengasfluss (262) indiziert.
Beatmungssystem (105) mit einem Beatmungskreis (106) und einer an dem Beatmungskreis (106) angeschlossenen externen Gasflussquelle (110), aufweisend die Beatmungssteuereinheit (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6.
Beatmungssystem (305) gemäß Anspruch 7, weiterhin aufweisend ein Steuermodul (318) für die externe Gasflussquelle (310), wobei das Steuermodul (318) ausgebildet ist, vor einem Empfangen des durch das erste Berechnungsmodul (130) bereitgestellten Leckagesignals (134) die externe Gasflussquelle (310) getrennt von dem Beatmungskreis (106) zu halten und mit dem Empfang des Leckagesignals (134) ein Verbinden der externen Gasflussquelle (310) mit dem Beatmungskreis (106) auszulösen.
Verfahren (400) zum Regeln eines Gasflusses (102) innerhalb eines Beatmungssystems (105) bei Vorliegen einer externen Gasflussquelle (110), aufweisend die Schritte - Empfangen eines ersten Inspirationssignals (125), das einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss (126) indiziert, und eines ersten Exspirationssignals (127), das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss (128) indiziert; - Berechnen eines Leckageflusses (132) basierend auf einer Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128), während die externe Gasflussquelle (110) getrennt von einem Beatmungskreis (106) des Beatmungssystems (105) ist; -Ausgeben eines Leckagesignals (134), das den bestimmten Leckagefluss (132) indiziert; - Empfangen eines zweiten Exspirationssignals, das einen aktuellen exspiratorischen Gasfluss (128) nach der Berechnung des Leckageflusses (132) indiziert; - Berechnen eines externen Gasflusses (136) nach einem Empfang des Leckagesignals (134) und einem Verbinden der externen Gasflussquelle (110) mit dem Beatmungskreis (106) des Beatmungssystems (105), basierend auf dem berechneten Leckagefluss (132) und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128); - Ausgeben eines Ausgabesignals (142), das auf dem berechneten externen Gasfluss (136) basiert.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 9, wobei ein letzter Schritt ein Regeln des inspiratorischen Gasflusses (126) basierend auf dem berechneten externen Gasfluss (136) umfasst.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der inspiratorische Gasfluss (126) weiterhin basierend auf dem berechneten Leckagefluss (132) geregelt wird.
Verfahren (400) gemäß mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, weiterhin aufweisend ein Empfangen eines zweiten Inspirationssignals, das einen aktuellen inspiratorischen Gasfluss (126) nach der Berechnung des Leckageflusses (132) indiziert.
Verfahren (400) gemäß mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, weiterhin aufweisend ein erneutes Berechnen des Leckageflusses (132) basierend auf dem berechneten externen Gasfluss (136) und der Differenz zwischen aktuellem inspiratorischem Gasfluss (126) und aktuellem exspiratorischem Gasfluss (128).