DE102021128271A1

DE102021128271A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Charakterisierung von Ösophaguskathetern mit Ballonsonde

Info

Publication number: DE102021128271A1
Application number: DE102021128271.3A
Authority: DE
Inventors: David Schwenninger
Original assignee: Hamilton Medical AG
Current assignee: Hamilton Medical AG
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04
Also published as: WO2023072674A1

Abstract

Ein Charakterisierungssystem (60) zur automatisierten ex vivo Charakterisierung eines Ösophaguskatheters (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks umfasst:- eine Anordnung zum Befüllen des Ösophaguskatheters (48) mit einem Messfluid vor Platzieren des Ösophaguskatheters (48) in einem Ösophagus,- einen Drucksensor (63) zum Erfassen eines in dem Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks (Peso);- eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft anhand des in dem Ösophaguskatheter (48) erfassten Drucks (Peso);- eine Speichervorrichtung (70) zum Speichern wenigstens der für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft; und- wenigstens eine Steuerung (80, 82, 84, 86) zum Ansteuern des Charakterisierungssystems (60), die derart ausgebildet ist, dass das Charakterisierungssystem (60) ein Verfahren durchführt, das zumindest die folgenden Schritte umfasst:- Befüllen des Ösophaguskatheters (48) mit einem Messfluid ex vivo, insbesondere vor Platzieren des Ösophaguskatheters (48) in einem Ösophagus;- Erfassen eines im Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks;- Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft anhand des erfassten Drucks; und- Speichern wenigstens der für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Charakterisierung von Ösophaguskathetern mit Ballonsonde.
Ösophagusballonkatheter mit Ballonsonde zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks werden insbesondere bei der maschinellen Beatmung eingesetzt, um den transpulmonalen Druck im Brustkorb eines Patienten zu ermitteln.
Bei heute üblichen Formen der maschinellen Beatmung wird dem Patienten Atemgas mit Überdruck zugeführt. Deswegen ist bei der Beatmung der Atemwegsdruck bzw. alveoläre Druck zumindest während der Inspirationsphase größer als der Druck in dem die Lungenbläschen bzw. Alveolen umgebenden Pleuraspalt. Während der Exspirationsphase erfolgt keine Druckbeaufschlagung des Atemwegs durch die Beatmungsvorrichtung, mit der Folge, dass das Lungengewebe sich entspannt und der Atemwegsdruck bzw. der alveoläre Druck sinkt. Diese Art der Überdruckbeatmung kann unter bestimmten Umständen dazu führen, dass sich die Druckverhältnisse im Atemweg bzw. in den Alveolen am Ende der Exspirationsphase derart ungünstig einstellen, dass es zu einem Kollaps von Teilen der Alveolen kommt. Dann muss der kollabierte Teil des Lungenvolumens im nachfolgenden Atemzyklus erst wieder von Neuem entfaltet werden. Die funktionelle Residualkapazität der Lunge wird stark beeinträchtigt, so dass die Sauerstoffsättigung abnimmt, und auch das Lungengewebe nimmt dauerhaft Schaden.
Um einen Kollaps von Alveolen am Ende der Exspirationsphase zu verhindern, wird bei der maschinellen Überdruckbeatmung in der Regel ein sog. positiver endexspiratorischer Druck, in der Regel kurz als PEEP bezeichnet, eingestellt. Mit dieser Maßnahme kann in vielen Fällen eine Verbesserung der Sauerstoffsättigung erreicht werden.
Bei Beatmung mit PEEP beaufschlagt die Beatmungsvorrichtung den Atemweg dauerhaft - also sowohl während der Inspirationsphase als auch während der Exspirationsphase - mit einem vorbestimmten Überdruck, dem PEEP. Der PEEP liegt also auch nach dem Ende der Exspirationsphase noch an.
Idealerweise sollte der PEEP genügend groß eingestellt werden, so dass während der Exspirationsphase der alveoläre Druck nicht, oder jedenfalls nur so weit, unterhalb dem Druck im Pleuraspalt liegt, dass das alveoläre Gewebe unter der Wirkung des Drucks im Pleuraspalt nicht kollabiert. Mit anderen Worten: Der PEEP soll verhindern, dass der transpulmonale Druck - das ist die Druckdifferenz zwischen alveolärem Druck und Druck im Pleuraspalt - kleiner wird als Null bzw. einen unteren negativen Grenzwert unterschreitet, ab dem Teile der Alveolen zu kollabieren beginnen.
Andererseits kann sich ein zu hoher Wert des PEEP negativ auswirken, insbesondere während der Inspirationsphase. Denn das Lungengewebe kann bei sehr hohen Atemwegsdrücken während der Inspirationsphase überdehnt werden. Zahlreiche Studien deuten außerdem darauf hin, dass ein hoher Wert des PEEP den Rückfluss von venösem Blut zum Herzen behindern kann mit entsprechend negativen Auswirkungen auf das Herz-Kreislaufsystem.
An sich sollte der PEEP an den jeweils herrschenden transpulmonalen Druck angepasst sein. Der transpulmonale Druck bei einem beatmeten Patienten ist aber einer einfachen Bestimmung nicht zugänglich. Man behilft sich daher mit der Messung des Drucks in einer Ballonsonde, die mittels eines Ösophagusballonkatheters im Ösophagus eines zu beatmenden Patienten platziert wird. Bei geeigneter Positionierung und Konfiguration des Ballons lässt sich der im Ballon gemessene Druck näherungsweise zur Bestimmung des Drucks im Pleuraspalt heranziehen.
Das Dokument WO 2014/037175 A1 beschreibt eine automatisierte Einstellung eines durch eine Beatmungsvorrichtung vorgegebenen Drucks, insbesondere des positiven endexspiratorischen Drucks (PEEP) und des maximalen Atemwegsdrucks, auf Grundlage des Ösophagusballondrucks, der als Indikator für den transpulmonalen Druck, also die Druckdifferenz zwischen alveolärem Druck und Druck im Pleuraspalt, angesehen wird.
In der Praxis kann es vorkommen, dass die Beziehung zwischen dem Druck, der in einem in den Ösophagus eingeführten Ballonkatheter gemessen wird, und dem Druck im Pleuraspalt sich während der Beatmung verändert. Die Ursachen hierfür können mannigfaltig sein und sind in aller Regel nicht im Einzelnen ermittelbar.
Mojoli et al., Crit. Care (2016) 20:98 sowie Hotz et al., Respir. Care (2018) 63(2):177-186 empfehlen Prozeduren zur Kalibrierung eines zur Messung des ösophagealen Drucks vorgesehenen Ösophagusballonkatheters mit Ballonsonde. Ziel der Kalibrierung ist es, eine optimale Befüllung der Ballonsonde mit Luft zu erzielen, bei der die Ballonsonde möglichst empfindlich auf Änderungen des auf den Ösophagus einwirkenden Drucks im Pleuraspalt reagiert und den Druck im Pleuraspalt möglichst gut wiedergibt.
Die von Mojoli et al. für die Kalibrierung beschriebenen Messprozeduren sind allerdings aufwändig und empfindlich, so dass in der Praxis lediglich eine optimale Befüllung für die Ballonsonde vor Beginn einer Beatmung bestimmt und voreingestellt werden kann. Diese optimale Befüllung wird dann während der Beatmung beibehalten und nicht mehr verändert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Genauigkeit von Druckmesswerten, die mit Hilfe von Ösophaguskathetern bestimmt werden, nachdem sie in den Ösophagus eines Patienten eingeführt worden sind, zu verbessern. Es ist auch wünschenswert, den Einsatz von Ösophaguskathetern bei der maschinellen Beatmung zu beschleunigen, zu vereinfachen und das Risiko eines fehlerhaften Einsatzes eines Ösophaguskatheters, der zu einer fehlerhaften Beatmung führen kann, zu reduzieren.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters mit Ballonsonde, der zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks vorgesehen ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Befüllen des Ösophaguskatheters mit einem Messfluid ex vivo, d.h. ohne dass der Ösophaguskatheter in einem Ösophagus platziert worden ist;
- Erfassen eines in dem Ösophaguskatheter herrschenden Drucks;
- Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter charakteristischen Eigenschaft anhand des erfassten Drucks; und
- Speichern der wenigstens einen für die Ballonsonde charakteristischen Eigenschaft.

Das Messfluid, das dabei in den Ösophaguskatheter eingefüllt wird, kann Luft oder ein anderes Beatmungsgas, z.B. mit Sauerstoff angereicherte Luft, sein.
Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, Ösophaguskatheter für den Einsatz bei der maschinellen Beatmung von Patienten mittels eines Beatmungsgeräts vorzubereiten, insbesondere charakteristische Eigenschaften der Ösophaguskatheter bereits vor dem Einsatz bei maschineller Beatmung zu bestimmen.
Die charakteristische Eigenschaft, die bestimmt wird, kann insbesondere eine charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters sein, die einem bestimmten Ösophagusballondruck zugeordnet ist und die erfasst und gespeichert wird, um zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere bei der Steuerung einer automatisierten Beatmung eines Patienten, verwendet zu werden.
Die charakteristische Kenngröße kann beispielsweise eine charakteristische Menge an Messfluid in dem Ösophaguskatheter oder ein dieser charakteristischen Menge entsprechendes charakteristisches Volumen des Ösophaguskatheters umfassen.
Die charakteristische Kenngröße kann neben der charakteristischen Menge an Messfluid in dem Ösophaguskatheter oder dem charakteristischen Volumen, das dieser charakteristischen Menge entspricht, auch einen erfassten Ballondruck umfassen, welcher der charakteristischen Menge zugeordnet ist. Beispielsweise kann eine obere Füllmenge N_full an Messfluid in dem Ösophaguskatheter bei einem vorbestimmten Maximaldruck p_full als Menge an Messfluid in dem Ösophaguskatheter bei einem vorbestimmten Ballondruck von z.B. 15 hPa definiert sein.
Das charakteristische Volumen des Ösophaguskatheters ergibt sich anhand der allgemeinen Gasgleichung aus der charakteristischen Menge an Messfluid in dem Ösophaguskatheter und dem gemessenen Ballondruck.
Bei einer dynamischen Bestimmung der charakteristischen Kenngröße, d.h. bei einem Massenfluss des Messfluids in den oder aus dem Ösophaguskatheter, der größer als Null oder jedenfalls signifikant verschieden von Null ist, kann es vorteilhaft sein, den jeweils gemessenen Druck um einen Staudruck der Fluidströmung, der sich aus dem Strömungswiderstand des Ösophaguskatheters ergibt, zu kompensieren.
Die Erfindung umfasst auch ein System („Charakterisierungssystem“) zur automatisierten ex vivo Charakterisierung eines in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskatheters mit Ballonsonde, der zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks vorgesehen ist, wobei das Charakterisierungssystem umfasst:

- eine Anordnung zum Befüllen des Ösophaguskatheters mit einem Messfluid ex vivo, d.h. bevor der Ösophaguskatheter in einem Ösophagus platziert wird;
- einen Drucksensor zum Erfassen eines in dem Ösophaguskatheter herrschenden Drucks;
- eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter charakteristischen Eigenschaft anhand des in dem Ösophaguskatheter erfassten Drucks;
- eine Speichervorrichtung zum Speichern der wenigstens einen für den Ösophaguskatheter charakteristischen Eigenschaft; und
- eine Steuerung zum Ansteuern des Systems, die dazu ausgebildet ist, das System so anzusteuern, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters mit Ballonsonde ausführt.

Die Erfindung umfasst auch eine Beatmungsvorrichtung, die ein erfindungsgemä-ßes System zur automatisierten Charakterisierung eines in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskatheters enthält.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus einen Ösophaguskatheter mit Ballonsonde zum Einführen in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten, der zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks, insbesondere bei maschineller Beatmung mittels eines Beatmungsgeräts, vorgesehen ist. Der Ösophaguskatheter umfasst eine in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten einführbare Ballonsonde, die mit einem Messfluid beaufschlagbar ist, und eine Fluidschnittstelle zum Anschluss an ein erfindungsgemäßes System. Die Fluidschnittstelle ist derart ausgebildet, dass das System in der Lage ist, über die Fluidschnittstelle wenigstens eine für den Ösophaguskatheter charakteristische Eigenschaft zu ermitteln.
Die erfindungsgemäße Charakterisierung eines in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskatheters ermöglicht es, die Genauigkeit von Druckmesswerten, die von dem Ösophaguskatheter geliefert werden, nachdem er in den Ösophagus eines Patienten eingeführt worden ist, insbesondere die Wiedergabe des im Pleuraspalt des Patienten herrschenden pleuralen Drucks, zu verbessern. Die Erfindung ermöglicht daher einen besseren und effizienteren Einsatz von Ösophaguskathetern bei der Steuerung der automatisierten Beatmung von Patienten.
Bei Ösophaguskathetern ist zu unterscheiden zwischen dem Volumen und der Menge an Fluid („Fluidmenge“) im Ösophaguskatheter. Die Fluidmenge bezeichnet dabei die Anzahl der Moleküle oder die Molmenge des Fluids.
Die ideale Gasgleichung beschreibt das Verhältnis zwischen dem Volumen V und der Fluidmenge N bei einem vorgegebenen Druck p und bei einer bestimmten Temperatur T: $pV = N kT .$
Dabei gilt:

p = Druck des Fluids
V = Volumen des Fluids
N = Anzahl der Moleküle des Fluids
k = Boltzmannkonstante, und
T = Temperatur des Fluids.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung gilt insbesondere:

Die Temperatur ändert sich bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren praktisch nicht und kann daher als konstanter Faktor behandelt werden.

Die Menge N an Messfluid im Ösophaguskatheter bei Erreichen eines bestimmten Drucks p₁ wird bestimmt durch zeitliche Integration über einen von einem Flusssensor gemessenen Fluidfluss zwischen einem Zeitpunkt t₀, zu dem der Anfangsdruck p₀ eingestellt war, und einem späteren Zeitpunkt t₁, zu dem ein vorbestimmter Druck p₁ erreicht ist.
Bis auf einen temperaturabhängigen, bei konstanter Temperatur konstanten, Faktor kT wird also von dem Flusssensor der Ausdruck auf der rechten Seite der idealen Gasgleichung (N kT) gemessen.
Der jeweils im Ösophaguskatheter herrschende Druck p_eso wird ebenfalls gemessen, zum Beispiel durch einen am distalen Endes des Ösophaguskatheters abgeordneten Drucksensor, und zwar als Überdruck p_eso gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb. Folglich steht der Druck p auf der linken Seite der idealen Gasgleichung für die Summe aus dem Umgebungsdruck p_amb und dem Überdruck p_eso im Ösophaguskatheter: p = (p_amb + p_eso).
Damit kann anstelle der Größe N kT, die, abgesehen von dem temperaturabhängigen, hier konstanten, Faktor kT, die Menge an Messfluid in der Ballonsonde repräsentiert, auch das Volumen V = N kT/(p_amb + p_eso) angeben werden, welches das Gesamtsystem des Ösophaguskatheters gerade einnimmt.
Dieses Volumen V setzt sich zusammen aus dem „Systemvolumen“ V_sys der Zuleitungen (und ggf. anderer Komponenten) und dem Volumen V_b der Ballonsonde des Ösophaguskatheters. Werden die Leitungen (und die ggf. vorhandenen weiteren Komponenten) im Rahmen der bei den hier beschriebenen Verfahren auftretenden Drücken als steif angesehen, ist das Systemvolumen V_sys eine Konstante. Das Volumen der Ballonsonde V_b ändert sich dagegen bei der Zugabe und bei der Entnahme von Messfluid in bzw. aus der Ballonsonde.
Dabei gilt die folgende Beziehung: $(p_{amb} + p_{eso}) (V_{sys} + V_{b}) = N kT = kT \int q (t) dt,$
wenn q(t) der Fluidfluss in den bzw. aus dem Ösophaguskatheter ist.
Hinsichtlich des Überdrucks p_eso muss ggf. beachtet werden, dass von dem gemessenen Druck der Staudruck, der eine Folge des Strömungswiderstandes R des Ösophaguskatheters ist, abgezogen werden muss, um p_eso zu erhalten.
Der Strömungswiderstand R eines Ösophaguskatheters ist eine weitere Kenngrö-ße des Ösophaguskatheters. Ein Verfahren zur Bestimmung des Strömungswiderstands R des Ösophaguskatheters ist Teil der vorliegenden Erfindung und wird weiter unten beschrieben.
Mit Hilfe der oben dargestellten Beziehung kann für jeden gemessenen Wert des Drucks p_eso ein zugehöriges Volumen V_b der Ballonsonde berechnet werden, wenn V_sys gegenüber V_b vernachlässigt werden kann oder wenn das Systemvolumen V_sys bekannt ist und daher bei der Berechnung berücksichtigt werden kann.
Auch das Systemvolumen V_sys ist eine charakteristische Kenngröße eines Ösophaguskatheters, die mit einem Verfahren, wie es weiter unten beschrieben wird, bestimmt werden kann.
Wenn die Ballonsonde praktisch keine Elastance aufweist und sich daher so ausdehnt bzw. zusammenzieht, dass sich das Gesamtvolumen V = V_sys + V_b des Ösophaguskatheters proportional zur zugegebenen bzw. entnommenen Menge N an Messfluid ändert, bleibt der Druck p_eso in der Ballonsonde und im Ösophaguskatheter bei der Zugabe und bei der Entnahme von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter konstant.
Eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen dem Druck p_eso und der Menge N an Messfluid in der Ballonsonde beschreibt, weist daher einen im Wesentlichen linearen Bereich auf, der bei einer Darstellung des Drucks p_eso auf der y-Achse über der Fluidmenge N auf der x-Achse im Idealfall horizontal, d.h. parallel zur x-Achse, verläuft. Wenn aber eine Elastance vorhanden ist, steigt der lineare Teil der Kurve mit zunehmendem Ballondruck p_B an.
Im Rahmen der Beschreibung der Erfindung wird bei allen Größen, die aus dem Integral des Fluidflusses q(t) abgeleitet werden, auf die Messfluidmenge N in der Ballonsonde bzw. im Ösophaguskatheter abgestellt und nicht auf das von dem Fluid eingenommenen Volumen.
Die Fluidmenge N wird anstelle des Volumens V benutzt, um auszudrücken, dass es um die Fluidmenge N in der Ballonsonde bzw. im Ösophaguskatheter geht, bei der ein vorbestimmter Druck p_eso gemessen wird. Diese Fluidmenge N kann in ein Volumen V_b der Ballonsonde umgerechnet werden, indem die gemessene Fluidmenge N mit der aktuellen Temperatur T multipliziert, durch den Druck (p_amb + p_eso) dividiert, und dann das Systemvolumen V_sys subtrahiert wird: $V_{b} = N_{b} kT/ (p_{amb} + p_{eso}) - V_{sys} .$
Im Folgenden werden optionale Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf mögliche Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, dass die jeweils für eine Ausführungsform genannten Merkmale optional sind und mit den Merkmalen andere Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Erfindung, eine Füllmenge, d.h. eine Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter, einzustellen und den zeitlichen Verlauf des Drucks und der Füllmenge im Ösophaguskatheter zu erfassen, um dann anhand des aufgenommenen Druckverlaufs und des aufgenommen Verlaufs der Füllmenge wenigstens eine charakteristische Eigenschaft des Ösophaguskatheters zu bestimmen.
Beim Aufnehmen des Verlaufs des Drucks und der Füllmenge kann insbesondere so vorgegangen werden, dass mehrere Messwertpaare aufgenommen werden, wobei jedes Messwertpaar einen aufgenommenen Druck (erster Messwert des Paares) und eine dem jeweiligen Druck zugeordnete Füllmenge (zweiter Messwert des Paares) umfasst. Die Füllmenge kann dabei eine relative Füllmenge sein, die als Änderung der Füllmenge gegenüber einem vorgegeben Startwert oder einer zuvor bestimmten Füllmenge bestimmt worden ist.
In einer Ausführungsform kann zur Bestimmung der wenigstens einen für den Ösophaguskatheter charakteristischen Eigenschaft vorgesehen sein, die Füllmenge zwischen einem Startwert und einem Endwert eines vorgegebenen Messbereichs, der zur Bestimmung der charakteristischen Eigenschaft des Ösophaguskatheters vorgegeben ist, zu verändern und bei jedem der sich auf diese Weise ergebenden Messpunkte die Änderung der Füllmenge gegenüber einem vorgegeben Startwert oder einer zuvor bestimmten Füllmenge zu bestimmen und zusätzlich einen jeweils von einem Drucksensor erfassten Druck im Ösophaguskatheter aufzunehmen und der jeweiligen Füllmenge zuzuordnen.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, zur Bestimmung der wenigstens einen für die Ballonsonde charakteristischen Eigenschaft einen Messbereich für die Ballonsonde nach Maßgabe des erfassten Ballondrucks zu bestimmen. Der Messbereich, über den wichtige Informationen zur Charakterisierung des Ösophaguskatheters erlangt werden, kann insbesondere einen Bereich von -30 hPa (Unterdruck) bis +28 hPa (Überdruck) gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb umfassen. Der Messbereich kann auch einen oder mehrere Teilbereiche des genannten Bereichs umfassen.
Einer jeweiligen charakteristischen Eigenschaft oder einer Gruppe von jeweiligen charakteristischen Eigenschaften kann jeweils ein eigener Messbereich zugeordnet sein. Der Bestimmung des Systemvolumen V_sys des Ösophaguskatheters kann beispielsweise ein Messbereich zwischen -30 hPa und -10hPa zugeordnet sein. Der Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften / Kenngrößen N_full, N_max und N_min, die den zuvor beschriebenen linearen Bereich des Ösophaguskatheters kennzeichnen, kann ein gemeinsamer Messbereich zugeordnet sein, zum Beispiel ein Messbereich, der einen Bereich von -5 hPa bis +15 hPa umfasst. Die Bedeutung der Kenngrößen N_full, N_max und N_min wird später im Detail beschrieben.
Weitere Messbereiche, die sich von den zuvor genannten Messbereichen unterscheiden können, können der Bestimmung einer Leckagerate und/oder der Bestimmung des Strömungswiderstands R_flow des Ösophaguskatheters zugeordnet sein.
Die genannten Messbereiche können sich auch in Teilbereichen überlappen oder identisch sein.
In einer Ausführungsform kann ein Startwert oder ein Endwert eines Bereichs, der zur Bestimmung wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft herangezogen wird, einer Menge an Messfluid in der Ballonsonde entsprechen, die größer als eine Obergrenze des jeweiligen für den Ösophaguskatheter vorgesehenen Messbereichs ist.
In einer Ausführungsform kann ein Startwert oder ein Endwert eines Bereichs, der zur Bestimmung wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft herangezogen wird, einer Menge an Messfluid in der Ballonsonde entsprechen, die kleiner als eine Untergrenze des jeweiligen für den Ösophaguskatheter vorgesehenen Messbereichs ist.
In einer Ausführungsform kann bei einem Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Kenngrößen N_full, N_max und/oder N_min die Obergrenze des Messbereichs bei der Menge N=N_full an Messfluid liegen, bei der sich im Ösophaguskatheter der Druck p_eso = p_full einstellt. Der Startwert N_full der Messung zur Bestimmung der Grenzen N_max und N_min des linearen Bereichs wird vorzugsweise noch höher als die Obergrenze N_max gewählt, so dass eine gewisse Vordehnung der Ballonsonde des Ösophaguskatheters eintritt.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für eine jeweils eingestellte Füllmenge oder für einen jeweiligen Messpunkt zwischen dem Startwert und dem Endwert eine Mehrzahl von Messwerten für den Druck im Ösophaguskatheter ermittelt wird. Anhand der Mehrzahl von Messwerten werden dann ein Durchschnitt und eine statistische Streuung für den Messwert oder eine daraus abgeleitete Größe bestimmt. Auf diese Weise können die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert werden.
Die Schrittweite zwischen aufeinanderfolgenden folgenden Messpunkten kann dabei insbesondere in adaptiver Weise bestimmt werden. Eine solche adaptive Bestimmung der Schrittweite kann beispielsweise anhand eines Gradientenverfahrens, wie z.B. dem Newton-Algorithmus, erfolgen.
In einer Ausführungsform kann die charakteristische Eigenschaft oder Kenngröße, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird, eine oder mehrere aus einer oberen (oder maximalen) Füllmenge N_full des Ösophaguskatheters, einer Füllmenge des Ösophaguskatheters, die einer Füllmengen-Obergrenze N_max eines linearen Bereichs des Ösophaguskatheters entspricht, einer Füllmenge des Ösophaguskatheters, die einer Füllmengen-Untergrenze N_min eines linearen Bereichs entspricht, einer Nenn-Füllmenge des Ösophaguskatheters, einem Systemvolumen V_sys des Ösophaguskatheters, einem Strömungswiderstand R des Ösophaguskatheters und einer Leckagerate des Ösophaguskatheters sein. Die charakteristische Eigenschaft kann auch ein n-Tupel sein, dessen Komponenten n ausgewählte Eigenschaften der zuvor genannten Eigenschaften des Ösophaguskatheters sind.
Durch jede der genannten Eigenschaften bzw. durch eine Kombination von zwei der mehr der zuvor genannten Eigenschaften, insbesondere durch ein n-Tupel, das mehrere der genannten Eigenschaften umfasst, kann ein Ösophaguskatheter charakterisiert und bei Bedarf auch klassifiziert werden.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren zum Bestimmen einer charakteristische Eigenschaft des Ösophaguskatheters ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage im Ösophaguskatheter umfassen.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage im Ösophaguskatheter umfassen, in einem ersten Schritt, den Ösophaguskatheter und insbesondere die Ballonsonde des Ösophaguskatheters, z.B. mit Hilfe der Pumpvorrichtung, auf einen ersten Überdruck p_o1 zu bringen bzw. aufzupumpen. Der Ösophaguskatheter kann hierbei beispielsweise auf einen ersten Überdruck p_o1 von wenigstens +8 hPa, insbesondere auf einen ersten Überdruck p_o1 von +15 hPa, gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb gebracht werden.
Das Verfahren kann weiterhin umfassen, in einem zweiten Schritt eine vorgegebene Wartezeit t_wait zu warten, um einen vollständigen Druckausgleich innerhalb des Ösophaguskatheters einschließlich der Ballonsonde zu ermöglichen. Die vorgegebene Wartezeit t_wait kann zum Beispiel zwischen 1 s und 10 s betragen. Die vorgegebene Wartezeit t_wait kann insbesondere zwischen 2 s und 5 s, beispielsweise etwa 3 s betragen.
Nach Ablauf der vorgegebenen Wartezeit t_wait kann der Druck p_eso im Ösophaguskatheter auf einen zweiten Überdruck p_o2, der kleiner als der erste Überdruck p_o1 ist (p_o2 < p_o1), reduziert werden.
Im folgenden Schritt wird der Druck p_o3 im Ösophaguskatheter über einen vorgegebenen Zeitraum Δt gemessen, ohne dass während dieses Zeitraums Δt weiteres Messfluid in den Ösophaguskatheter eingebracht oder aus dem Ösophaguskatheter entnommen wird. Der vorgegebene Zeitraum Δt kann beispielsweise Zeiträume Δt im Bereich von 5 s bis 15 s, insbesondere einen Zeitraum von etwa 10 s, umfassen.
Wenn der innerhalb des vorgegebenen Zeitraums Δt gemessene Druckabfall Δp = p_o2 -p_o3 im Ösophaguskatheter einen vorgegebenen Grenzwert Δp_limit überschreitet (Δp > Δp_limit), wird eine Meldung ausgegeben, dass das System aus Ösophaguskatheter und Charakterisierungssystem undicht ist. Dies kann insbesondere auf einen defekten Ösophaguskatheter, aber auch auf eine undichte Verbindung zwischen dem Ösophaguskatheter und dem Charakterisierungssystem zurückzuführen sein.
Wenn der innerhalb des vorgegebenen Zeitraums Δt gemessene Druckabfall Δp = p_o2 -p_o3 im Ösophaguskatheter den vorgegebenen Grenzwert Δp_limit nicht überschreitet (Δp ≤ Δp_limit), wird angenommen, dass der Ösophaguskatheter einen für Leckage geltenden Standard erfüllt und unter diesem Gesichtspunkt zur Überwachung und Steuerung der Beatmung eines Patienten („in vivo“) eingesetzt werden kann. Es wird daher eine entsprechende Meldung ausgegeben. Optional kann der Ösophaguskatheter auch entsprechend gekennzeichnet werden.
Das Einstellen des ersten Überdrucks p_o1 zur Vorbereitung der eigentlichen Leckage-Messung ist optional. D.h. in einem alternativen Verfahren kann auf das Einstellen eines ersten Drucks p_o1 vor der eigentlichen Messung verzichtet werden. In diesem Fall ist der vorgegebene Zeitraum Δt, über den der Druckabfall im Ösophaguskatheter zu beobachten ist, in der Regel länger als bei dem zuvor beschriebenen Verfahren, in dem zur Vorbereitung der eigentlichen Leckage-Messung ein erster Überdruck p_o1 > p_o2 im Ösophaguskatheter eingestellt wird.
Weiterhin kann, insbesondere wenn der Ösophaguskatheter als einsetzbar beurteilt worden ist, zusätzlich der zuvor gemessene Druckabfall Δp bzw. die zuvor gemessene Druckabfallrate Δp /Δt als charakteristische Eigenschaft bzw. als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters zur späteren Verwendung gespeichert werden.
Ist die Druckabfallrate Δp /Δt eines Ösophaguskatheters bekannt, kann diese beim späteren Einsatz des Ösophaguskatheters in einem Patienten („in vivo“) berücksichtigt und ggf. rechnerisch oder durch Auffüllen des Ösophaguskatheters mit Messfluid kompensiert werden. Darüber hinaus kann der Ösophaguskatheter im späteren Betrieb einfach und zuverlässig als defekt erkannt werden, wenn eine während des Einsatzes am Patienten bestimmte Druckabfallrate Δp /Δt die zuvor als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters bestimmte Druckabfallrate Δp /Δt um mehr als eine vorgegebene Toleranz übersteigt.
Ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage im Ösophaguskatheter kann auch mit Unterdruck, statt, wie zuvor beschrieben, mit Überdruck, durchgeführt werden. In diesem Fall werden anstelle der zuvor genannten Überdrücke p_o1, p_o2, p_o3 im Ösophaguskatheter nacheinander verschiedene Unterdrücke p_u1, p_u2, p_u3 eingestellt, also Drücke p_u1, p_u2, p_u3, die kleiner als der Umgebungsdruck p_amb sind. Der Unterdruck im Ösophaguskatheter wird dabei von Schritt zu Schritt reduziert, d.h. „von unten“ an den Umgebungsdruck p_amb angenähert.
Es können auch nacheinander ein Verfahren mit Überdrücken und ein Verfahren mit Unterdrücken durchgeführt werden, wobei die beiden Verfahren in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können. Dabei können die bei der Durchführung der Verfahren jeweils in den Ösophaguskatheter eingebrachten und die aus dem Ösophaguskatheter Volumina gemessen und miteinander verglichen werden. Aus einer Differenz dieser Volumina kann auf eine Leckage des Systems aus Ösophaguskatheter und Charakterisierungssystem geschlossen werden.
In einer Ausführungsform kann die charakteristische Eigenschaft bzw. charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters das Systemvolumen V_sys des Ösophaguskatheters sein. Das Systemvolumen V_sys eines Ösophaguskatheters ist als das Volumen des Ösophaguskatheters definiert, das in dem Ösophaguskatheter vorhanden ist, wenn die Ballonsonde vollständig kollabiert ist, so dass ihre Volumen „Null“ ist.
Das Systemvolumen V_sys wird im Wesentlichen durch das Volumen des Katheterschlauchs des Ösophaguskatheters bestimmt. Das Systemvolumen V_sys umfasst darüber hinaus ggf. auch die Volumina weiterer Elemente des Ösophaguskatheters, die in Fluidverbindung mit dem Katheterschlauch stehen, zum Beispiel Fluidkupplungen, Anschlussstücke, etc. Der Katheterschlauch und die weiteren Elemente sind in der Regel so steif, dass sich ihre Volumina bei den im Betrieb und der Charakterisierung des Ösophaguskatheters auftretenden Druckänderungen nicht ändern bzw. im Vergleich zum Volumen der Ballonsonde so wenig ändern, dass diese Änderungen des Volumens vernachlässigbar sind. Daher kann man das bei p = p_amb bestimmte Systemvolumen V_sys als Konstante ansehen. Das Systemvolumen V_sys kann daher als „echtes“ Volumen angesehen werden, das z.B. in cm³ oder Milliliter angegeben wird, und nicht als Fluidmenge, die z.B. in mol angegeben wird.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes System eine Pumpvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe von Steuerbefehlen der Steuerung, Messfluid in die Ballonsonde einzuleiten und/oder Messfluid aus der Ballonsonde zu entnehmen. Die Pumpvorrichtung kann insbesondere eine Fluidpumpe und/oder ein von der Steuerung ansteuerbares Ventil umfassen. Mit Hilfe einer derartigen Pumpvorrichtung kann die Menge an Messfluid in die Ballonsonde kontrolliert gesteuert und/oder geregelt und auf von der Steuerung vorgegebene Werte eingestellt werden.
In einer Ausführungsform kann die Steuerung zum Steuern und/oder Regeln des Massenflusses von in die Ballonsonde eingeleitetem und/oder aus der Ballonsonde entnommenen Messfluid ausgebildet sein. Mit einer derartigen Steuerung kann der Massenfluss des in die Ballonsonde eingeleiteten und/oder aus der Ballonsonde entnommenen Messfluids zuverlässig auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes System auch einen Sensor aufweisen, der zum Erfassen eines Massenflusses von in die Ballonsonde eingeleitetem und/oder aus der Ballonsonde entnommenen Messfluid ausgebildet ist. Mit Hilfe eines derartigen Sensors kann der Massenfluss von in die Ballonsonde eingeleitetem und/oder aus der Ballonsonde entnommenem Messfluid zuverlässig bestimmt werden.
In einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen des Systemvolumens V_sys kann der Ösophaguskatheter in einem ersten Schritt, z.B. mit Hilfe einer Pumpvorrichtung, evakuiert werden. Dabei kann der Ösophaguskatheter beispielsweise so weit evakuiert werden, bis im Ösophaguskatheter ein erster Unterdruck p_eso = p_u1 eingestellt worden ist. Der erste Unterdruck p_u1 kann beispielsweise - 30 hPa betragen. Die Druckangaben beziehen sich hierbei und im Folgenden immer auf den Umgebungsdruck p_amb, d.h. ein Unterdruck p_u1 von -30 hPa bedeutet, dass der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 30 hPa unterhalb des Umgebungsdrucks p_amb liegt.
In einem zweiten Schritt kann der Unterdruck im Ösophaguskatheter p_eso durch Einleiten von Fluid in den Ösophaguskatheter reduziert werden, d.h. der Druck im Ösophaguskatheter wird durch Einleiten von Fluid in den Ösophaguskatheter erhöht. Beispielsweise wird so ein zweiter Unterdruck p_eso = p_u2 eingestellt. Der zweite Unterdruck p_u2 kann beispielsweise - 20 hPa betragen. Um den Unterdruck im Ösophaguskatheter durch Einleiten von Fluid in den Ösophaguskatheter zu reduzieren, kann es Fluid, dass unter einem höheren Druck als p_u2 steht, durch Öffnen des ansteuerbaren Ventils ermöglicht werden, in den Ösophaguskatheter einzuströmen. Alternativ oder zusätzlich kann auch Fluid von der Fluidpumpe aktiv in den Ösophaguskatheter gepumpt werden.
Nach dem Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit t_wait, die einige Sekunden betragen kann, kann der Unterdruck im Ösophaguskatheter durch Einleiten von weiterem Fluid in den Ösophaguskatheter noch weiter reduziert werden. Es kann beispielsweise so viel Fluid in den Ösophaguskatheter eingeleitet werden, dass ein dritter Unterdruck p_eso = p_u3 eingestellt wird. Der dritte Unterdruck p_u3 kann beispielsweise - 10 hPa betragen.
Alle drei genannten Unterdrücke p_u1, p_e2, p_u3 sollten dabei so weit unterhalb des Umgebungsdrucks p_amb liegen, dass die Ballonsonde des Ösophaguskatheters immer vollständig kollabiert ist und nichts zum Volumen des Ösophaguskatheters beiträgt.
Während der Unterdruck im Ösophaguskatheter, wie zuvor beschrieben, von dem zweiten Unterdruck p_u2 auf den dritten Unterdruck p_u3 reduziert wird, d.h. während der Druck p_eso im Ösophaguskatheter von dem zweiten Unterdruck p_u2 auf den dritten Unterdruck p_u3 erhöht wird, werden der Druckverlauf p(t) im Ösophaguskatheter und der Massenfluss q(t) des in den Ösophaguskatheter einströmenden Messfluids gemessen.
Wenn ein hierfür verwendeter Flusssensor zusätzlich auch den jeweils aktuell im Ösophaguskatheter herrschenden Druck p_eso erfasst, oder der Druck p_eso im Ösophaguskatheter aus einer anderen Messung bekannt ist, kann anstelle des Massenflusses q(t) auch ein dem Massenfluss q(t) entsprechender Volumenfluss v(t) von dem Flusssensor erfasst und bei bekannter Temperatur zur Bestimmung des Systemvolumens V_sys und weiterer charakteristischer Eigenschaften des Ösophaguskatheters herangezogen werden.
Die Druckabhängigkeit des Verhältnisses zwischen Massenfluss und Volumenfluss kann im Rahmen der hier angewandten Druckänderungen relativ zur benötigten Genauigkeit vernachlässigbar sein. In diesem Fall kann auch direkt ein von dem Flusssensor gemessene Volumenfluss v(t) zur Bestimmung des Systemvolumens V_sys und weiterer charakteristischer Eigenschaften des Ösophaguskatheters herangezogen werden, ohne den dazugehörigen Massenfluss zu bestimmen.
Die dabei in den Ösophaguskatheter (zusätzlich) eingebrachte Fluidmenge ΔN ergibt sich aus einer Integration des von dem Flusssensor gemessenen Massenflusses q(t) über die Zeit t zwischen einen Startpunkt p_eso = p_u2 und einem Endpunkt p_eso = p_u3: $Δ N = \int q (t) dt .$
Unter Verwendung der allgemeinen Gasgleichung kann aus der gemessenen Druckdifferenz Δp = p_u3 - p_u2, der in den Ösophaguskatheter eingebrachten Fluidmenge ΔN und der aktuellen Temperatur T das Systemvolumen V_sys als eine charakteristische Eigenschaft des Ösophaguskatheters bestimmt werden und zur späteren Verwendung gespeichert werden.
Das hier beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Systemvolumens V_sys setzt voraus, dass das Systemvolumen V_sys während der Messung, d.h. während der Veränderung des (Unter-)Druck p_eso im Ösophaguskatheter zwischen dem Startpunkt p_u2 und dem Endpunkt p_u3 konstant bleibt. Dies bedeutet, dass die Ballonsonde des Ösophaguskatheters bei keiner der Messungen entfaltet sein sollte, da sich sonst ihr Volumen verändern und das zusätzliche Volumen zum Gesamtvolumen des Ösophaguskatheters beitragen würde.
Die Bedingung einer vollständig kollabierten Ballonsonde ist jedenfalls dann erfüllt, wenn die Drücke p_u2 und p_u3 deutlich unterhalb des Umgebungsdrucks p_amb liegen, wie es zuvor beschrieben worden ist. Außerdem wird angenommen, dass die weiteren Komponenten des Ösophaguskatheters, d.h. alle Komponenten abgesehen von dem Ballon selbst, vor allem die Leitungen, bei den hier verwendeten (Unter-) Drücken p_u2 und p_u3 hinreichend steif sind, so dass ihre Nachgiebigkeit vernachlässigbar ist.
Wenn das Systemvolumen V_sys eines Ösophaguskatheters bekannt ist, kann die Menge an Messfluid N_sys im Voraus bestimmt werden, die nötig ist, um ausgehend von einem Zustand, in dem ein vorbestimmter Unterdruck p_eso = p_u2 (z.B. p_u2 = -20 hPa) im Ösophaguskatheter gemessen wird, den Ösophaguskatheter soweit zu befüllen, dass ein Druckausgleich mit dem Umgebungsdruck p_amb stattfindet, so dass der im Ösophaguskatheter gemessene Druck p_eso relativ zum Umgebungsdruck p_amb Null wäre, und zwar mit Hilfe der idealen Gasgleichung: $N_{sys} = ((p_{amb} - p_{eso}) V_{sys}) / (k T),$
wobei k Boltzmannkonstante und T die Temperatur ist.
Die Kenntnis des Systemvolumens V_sys und der Fluidmenge N_sys erleichtert das Kalibrieren des Ösophaguskatheters in vivo, d.h. im Ösophagus eines Patienten, weil kein Ausgleich des Drucks p_eso im Ösophaguskatheter mit dem Umgebungsdruck p_amb abgewartet werden muss. Es reicht vielmehr aus, die berechnete Fluidmenge N_sys vom der jeweils bestimmten Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter abzuziehen.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Verfahren umfassen, den Strömungswiderstand R_flow als charakteristische Eigenschaft / charakteristische Kenngröße eines Ösophaguskatheters zu bestimmen.
Zur Bestimmung des Strömungswiderstandes R_flow eines Ösophaguskatheters kann in einem ersten Schritt ein vorbestimmter Füllstand des Ösophaguskatheters eingestellt werden. Der vorbestimmte Füllstand kann dabei durch eine vorgegebene Fluidmenge N₀, ein vorgegebenes Füllvolumen V₀, oder durch einen vorgegebenen Druck p₀ im Ösophaguskatheter vorgegeben sein.
Nachdem der vorbestimmte Füllstand im Ösophaguskatheter eingestellt worden ist, kann in einem folgenden Schritt die Fluidmenge im Ösophaguskatheter, insbesondere durch die Pumpvorrichtung, impulsartig, d.h. mit einem relativ großen zeitlichen Gradienten, verändert werden. Dazu wird innerhalb eines hinreichend kurzen Zeitraumes zusätzliches Messfluid in den Ösophaguskatheter eingebracht oder aus dem Ösophaguskatheter entnommen werden, so dass sich der Druck im Ösophaguskatheter schnell, d.h. mit einem großen zeitlichen Gradienten, ändert.
Die Fluidmenge im Ösophaguskatheter kann beispielsweise mit einem Gradienten von 3,6*10^-3 mol/min (bzw. 90 ml/min) verändert werden.
Der Zeitraum, in dem die Fluidmenge im Ösophaguskatheter geändert wird, kann eine Länge im Bereich von 0.2 s bis 1 s haben.
Gleichzeitig, d.h. während die Fluidmenge im Ösophaguskatheter, wie zuvor beschrieben, impulsartig mit einem großen zeitlichen Gradienten geändert wird, werde der Massenfluss q(t) und der Druck p(t) im Ösophaguskatheter, insbesondere mit Hilfe des zuvor beschriebenen Flusssensors, gemessen.
Aus dem so gemessenen Massenfluss q(t) und dem gemessenen Druck p(t) im Ösophaguskatheter werden die zeitliche Änderungen dq der Flussrate q(t) und die zeitlichen Änderung dp des Drucks p(t) bestimmt.
Der Strömungswiderstand R_flow = dp/dq des Ösophaguskatheters ergibt sich dann als Quotient der zuvor bestimmten Druckänderung dp und der zuvor bestimmten zeitlichen Änderung dq des Massenflusses. Der auf diese Weise bestimmte Strömungswiderstand R_flow wird dann als charakteristische Eigenschaft bzw. als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters zur späteren Verwendung gespeichert.
Alternativ kann R_flow auch berechnet werden indem die Gleichung $P (t) = R_{Flow} * q (t) + X*V (t) + P_{0}$
mittels linearer Regression für die Variablen R_Flow, X und P₀ gelöst wird.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren zum Bestimmen einer charakteristischen Eigenschaft des Ösophaguskatheters umfassen, eine Füllmengen-Obergrenze N_max und eine Füllmengen-Untergrenze N_min eines linearen Bereichs so zu bestimmen, dass zwischen dem Druck p und der Füllmenge N innerhalb des Ösophaguskatheters eine im Wesentlichen lineare Beziehung besteht, wenn sich die Füllmenge N des Ösophaguskatheters im Bereich zwischen der Füllmengen-Untergrenze N_min und der Füllmengen-Obergrenze N_max ändert (N_min < N < N_max).
Um die Füllmengen-Obergrenze N_max und die Füllmengen-Untergrenze N_min des linearen Bereichs zu bestimmen, wird der Ösophaguskatheter zunächst, z.B. mit Hilfe der Pumpvorrichtung, so lange mit Messfluid befüllt, bis ein vorgegebener oberer Druck p_full (p_eso = p_full) innerhalb des Ösophaguskatheters erreicht ist. Der vorgegebene obere Druck p_full entspricht einer oberen Füllmenge N_full bzw. einem oberen Füllvolumen V_full des Ösophaguskatheters. Das obere Füllvolumen V_full des Ösophaguskatheters ergibt sich gemäß der zuvor erwähnten allgemeinen Gasgleichung pV = N kT aus der oberen Füllmenge N_full und der Temperatur T.
Der obere Druck p_full und die obere Füllmenge N_full werden dabei so gewählt, dass die obere Füllmenge N_full oberhalb der erwarteten Füllmengen-Obergrenze N_max des linearen Bereichs liegt. Wenn der Ösophaguskatheter auf den vorgegebenen oberen Druck p_full und die entsprechende obere Füllmenge N_full gebracht worden ist, ist die Ballonsonde des Ösophaguskatheters expandiert und mit mehr Messfluid gefüllt, als betriebsgemäß vorgesehen, die Ballonsonde ist daher überdehnt. Die Überdehnung ist aber nicht so stark, dass die Gefahr besteht, dass die Ballonsonde durch einen zu hohen Fluiddruck beschädigt wird.
Da p_full in vivo, d.h., wenn der Ösophaguskatheter in den Ösophagus eines Patienten eingeführt ist, aufgrund des dann von dem Ösophagus auf den Ösophaguskatheter ausgeübten Drucks nicht direkt gemessen werden kann, ermöglicht das Festlegen der oberen Füllmenge N_full bzw. des oberen Füllvolumens V_full, bevor der Ösophaguskatheter in den Ösophagus eines Patienten eingebracht wird, eine schnellere, gezieltere und sicherere Überfüllung des Ballonkatheters vor einem Neu-Befüllen und/oder einer erneuten Kalibrierung des Ösophaguskatheters, als wenn diese Größe nicht bekannt ist. Ohne Kenntnis der oberen Füllmenge N_full bzw. des oberen Füllvolumens V_full ist ein sicheres Überfüllen des Ösophaguskatheters in vivo bedeutend schwieriger und mit höheren Risiken behaftet. Insbesondere besteht, wenn die obere Füllmenge N_full und das obere Füllvolumen V_full nicht bekannt sind, ein erhebliches Risiko, dass der Ösophaguskatheter auf ein zu gro-ßes Volumen bzw. mit einem zu hohen Druck expandiert und durch Überdehnung beschädigt wird.
In einer Ausführungsform kann zur Bestimmung von N_full, und falls gewünscht von N_max und/oder N_min, vorgesehen sein, die Ballonsonde in einem ersten Messzyklus so weit zu befüllen, dass ein Überdruck gemessen wird, der etwas größer als der zu N_full gehörende Druck p_full ist, z.B. ein Überdruck von 15 hPa. Die Menge an in den Ösophaguskatheter geleitetem Messfluid wird dabei mittels eines Massenflusssensors gemessen, wie er zuvor beschrieben worden ist.
Ausgehend von diesem Startwert kann dann in einem zweiten Messzyklus Messfluid aus dem Ösophaguskatheter abgelassen und/oder abgepumpt werden, bis der Druck p_eso im Ösophaguskatheter auf den Umgebungsdruck p_amb oder sogar auf einen unterhalb des Umgebungsdrucks p_amb liegenden Druck, z.B. auf einen Unterdruck von -5 hPa, abgesunken ist. Die Menge ΔN des dabei aus dem Ösophaguskatheter abgeführten Messfluids kann mit dem Massenflusssensor gemessen werden. N_full kann dann als die Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter bestimmt werden, bei der im zweiten Messzyklus der vorbestimmte Überdruck p_full gemessen wird.
Optional kann N_full mit Hilfe der Gleichung $v_{full} = (N_{full} kT) / (p_{amb} + p_{full}) - V_{sys}$
in ein Volumen umgerechnet werden, wobei N_full in mol angegeben wird, k die Boltzmannkonstante und T die Temperatur ist.
Der vorgegebene obere Druck p_full kann beispielsweise in einem Bereich von 10 hPa bis 20 hPa liegen, insbesondere kann der vorgegebene obere Druck p_full ein Druck von etwa 15 hPa über dem Umgebungsdruck p_amb sein.
Bei dem zuvor beschriebenen Vorgehen zum Bestimmen einer jeweiligen Füllmenge N_full an Messfluid, die in den Ösophaguskatheter eingeleitet oder aus dem Ösophaguskatheter entnommen werden soll, bis ein jeweiliger, vorbestimmter Druck p gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb erreicht wird, kann berücksichtigt werden, dass bei dynamischer Messung, d.h. bei einer Messung bei der der Massenfluss q des Fluids größer als Null ist, der jeweils gemessene Druck im Ösophaguskatheter zum Teil als Staudruck p_stau zur Überwindung eines Strömungswiderstands R des Ösophaguskatheters aufgewendet werden muss. Die gilt beispielsweise beim Einstellen des oberen Fülldrucks p_full.
Um diesen Staudruck p_stau, der abhängig vom Massenfluss q des beim Einleiten bzw. Ableiten von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter geförderten Messfluids ist, zu kompensieren, kann vorgesehen sein, den Strömungswiderstand R_Flow zu bestimmen, den die Messfluid-Strömung durch den Ösophaguskatheter überwinden muss, und die jeweils gemessenen Werte für den Druck im Ösophaguskatheter um den Staudruck p_stau zu kompensieren, um unter der Annahme, dass die Druckmessung außerhalb des Ösophaguskatheters stattfindet, den Druck p_eso in der Ballonsonde zu erhalten. Der Staudruck p_stau ergibt sich als Produkt aus dem Strömungswiderstand R_Flow und dem Massenfluss q des aus dem Ösophaguskatheter ausströmendem Messfluids: $p_{stau} = {q R}_{Flow} .$
Wenn der Massenfluss q des Messfluids während des Einleitens in den Ösophaguskatheter bzw. während des Ableitens aus dem Ösophaguskatheter klein bleibt, kann die durch den Strömungswiderstand R_Flow bedingte Staudruck-Kompensation vernachlässigbar sein. In diesem Fall ergibt sich die dem jeweiligen Druck im Ösophaguskatheter zugeordnete Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter unmittelbar als Menge an Messfluid ΔN, die ausgehende von einem Startwert in den Ösophaguskatheter eingebracht oder aus dem Ösophaguskatheter entnommen worden ist, bis ein einem jeweiligen Messpunkt entsprechender Druck p im Ösophaguskatheter gemessen wird.
Wenn der Massenfluss q so groß ist, dass der Staudruck p_stau berücksichtigt werden muss, ergibt sich die dem vorbestimmten Druck im Ösophaguskatheter zugeordnete Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter, nachdem diese in ein Volumen umgerechnet worden ist, anhand des vorbestimmten kompensierten Überdrucks p_system wie folgt: $N_{mess} = N_{b} (p_{system}),$
wobei p_system = ein dem jeweiligen Messpunkt entsprechender Druck mit $p_{system} = p_{mess} - p_{stau} = p_{mess} - R_{Flow} q,$
ist
dabei ist R_Flow der Strömungswiderstand und q der Massenfluss.
Nachdem der Druck p_eso im Ösophaguskatheter auf den vorgegebenen oberen Druck p_full gebracht worden ist, wird der Druck p_eso im Ösophaguskatheter durch die Entnahme von Fluid, insbesondere mit Hilfe der Pumpvorrichtung, allmählich reduziert. Dazu kann durch Öffnen eines Ventils der Pumpvorrichtung Fluid aus dem Ösophaguskatheter abgelassen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Fluid auch von einer Fluidpumpe aktiv aus den Ösophaguskatheter abgepumpt werden.
Die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter kann dabei ausgehend von der oberen Füllmenge N_full insbesondere so weit reduziert werden, dass im Ösophaguskatheter gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb ein Unterdruck, beispielsweise ein Unterdruck von -5 hPa, eingestellt wird.
Die Entnahme von Messfluid kann schrittweise erfolgen, so dass nacheinander eine Reihe von Messpunkten angefahren wird. Dabei erfolgt bei jedem Messpunkt einem Bestimmung der entnommenen Fluidmenge anhand der vom Flusssensor erfassten Daten. Auch eine kontinuierliche Entnahme bei gleichzeitiger Erfassung des Drucks p_eso im Ösophaguskatheter und umgerechneter Menge an entnommenem Fluid, mindestens für eine Mehrzahl an Messpunkten, ist denkbar.
Zum Bestimmen der Füllmengen-Obergrenze N_max und der Füllmengen-Untergrenze N_min können der Druck p_eso und die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter langsamer, d.h. mit einem kleineren zeitlichen Gradienten, reduziert werden als in dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung des Strömungswiderstandes R_flow, bei dem der Druck p_eso und die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter impulsartig, d.h. mit einem großen zeitlichen Gradienten, reduziert werden.
In einem Verfahren zum Bestimmen der Füllmengen-Obergrenze N_max und der Füllmengen-Untergrenze N_min wird Fluidmenge N im Ösophaguskatheter beispielsweise mit einer Rate von 8*10^-4 mol/min bzw. einer Rate von 20 ml/min reduziert.
Während die Fluidmenge N und der Druck p_eso im Ösophaguskatheter reduziert werden, werden sowohl die aktuell entnommene Fluidmenge ΔN_i als auch der jeweils im Ösophaguskatheter gemessene Druck p_i gemessen und als Messwertpaar (ΔN_i,p_i) gespeichert. Die aus dem Ösophaguskatheter entnommene Fluidmenge ΔN_i werden dabei entweder gegenüber einen festen Startwert, beispielsweise der oberen Füllmenge N_full, oder gegenüber einem vorangehen Messpunkt N_j (j < i, insbesondere j = i - 1) bestimmt.
Werden die Messwertpaare (ΔN_i,p_i) als Kurve aufgetragen, die den Zusammenhang zwischen den im Ösophaguskatheter gemessenen Druck p_i und der dem jeweiligen Druck p_i zugeordneten Fluidmenge N_i im Ösophaguskatheter repräsentiert, weist diese Kurve üblicherweise einen mittleren linearen Bereich („Plateaubereich“) auf, in dem die Änderung des Drucks p_eso in einer im Wesentlichen linearen Beziehung zur Änderung der Fluidmenge N steht.
Insbesondere ändert sich der Druck p_eso bei einer Veränderung der Fluidmenge N im linearen Plateaubereich nur sehr wenig, so dass die Steigung bzw. das Gefälle im linearen Plateaubereich der Kurve klein ist. Idealerweise ist der Druck p_eso in diesem Bereich auch bei einer Änderung der Fluidmenge N nahezu konstant, so dass die Steigung vernachlässigbar ist.
An die beiden äußeren Enden des linearen Plateaubereichs grenzen nicht-lineare Bereiche an. In den nicht-linearen Bereichen ändert sich der Druck p_eso im Ösophaguskatheter schon bei kleinen Änderungen der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter stark. Mit anderen Worten, in den nicht-linearen Bereichen weist die Kurve, die den Druck p_eso im Ösophaguskatheter mit Bezug auf die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter beschreibt, positive oder negative Steigungen dp/dN auf, die einen großen Absolutbetrag haben.
In den nicht-linearen Bereichen, in denen sich der Druck bei Änderungen des Volumens deutlich ändert, kann die Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter N bei bekanntem Druck p auch durch das Volumen V des Ösophaguskatheters ausgedrückt werden: N = f(p_eso,V).
Da der Ösophaguskatheter beim Einsatz in einem Patienten („in vivo“) vorzugsweise im linearen Plateaubereich betrieben werden soll, um zuverlässig genaue Messwerte zu erhalten, werden im Folgenden eine Füllmengen-Obergrenze N_max und eine Füllmengen-Untergrenze N_min bestimmt, an denen der lineare Bereich in einen der nicht-linearen Bereiche übergeht. Anhand der an der Füllmengen-Obergrenze N_max bzw. an der Füllmengen-Untergrenze N_min erfassten Drücke p_min und p_max können die Untergrenze (minimale Füllmenge N_min) und die Obergrenze (maximale Füllmenge N_max) mit Hilfe der allgemeinen Gasgleichung auch als Volumen-Untergrenze (minimales Volumen) V_min und als Volumen-Obergrenze (maximales Volumen V_max) ausgedrückt werden.
In einer Ausführungsform können die Füllmengen-Untergrenze N_min und die Füllmengen-Obergrenze N_max durch eine nummerische Auswertung der zuvor beschriebenen Kurve, die den Zusammenhang zwischen dem Druck p und der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter repräsentiert, bestimmt werden. Die nummerische Auswertung kann beispielsweise umfassen, die Steigung der Änderung des Drucks p_eso im Ösophaguskatheter in Bezug auf eine sich ändernde Fluidmenge N im Ösophaguskatheter zu bestimmen.
Mit anderen Worten, die Obergrenze N_max des Plateaubereichs wird derart bestimmt, dass eine im Plateaubereich lineare Zunahme des erfassten Ballondrucks mit zunehmender Menge an Messfluid in der Ballonsonde an der Obergrenze N_max des Plateaubereichs in eine stärker ansteigende Zunahme übergeht, und dass an der Obergrenze N_max des Plateaubereichs eine stärker abfallende Abnahme des erfassten Ballondrucks mit abnehmender Messfluidmenge in eine lineare Abnahme des erfassten Ballondrucks mit abnehmender Messfluidmenge im Plateaubereich übergeht.
Analog wird die Untergrenze N_min des Plateaubereichs so bestimmt, das die im Plateaubereich bei abnehmender Messfluidmenge lineare Abnahme des erfassten Ballondrucks mit immer weiter abnehmender Messfluidmenge an der Untergrenze N_min des Plateaubereichs in eine stärker abfallende Abnahme übergeht und dass eine stärker ansteigende Zunahme des erfassten Ballondrucks an der Untergrenze N_min des Plateaubereichs bei zunehmender Messfluidmenge in die lineare Zunahme des erfassten Ballondrucks im Plateaubereich übergeht.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, ausgehend vom linearen Plateaubereich, in dem der Betrag der Steigung dp/dN des Drucks p als Funktion der Fluidmenge N einen vorgegebenen Wert S_max nicht übersteigt (dp/dN ≤ S_max), diejenigen Werte N_min und N_max der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter zu identifizieren, an denen der Absolutbetrag der Steigung dp/dN des Drucks p_eso als Funktion der Fluidmenge N den vorgegebenen Wert S_max erstmals übersteigt (dp/dN > S_max).
Die auf diese Weise bestimmten Füllmengen-Untergrenze N_min und Füllmengen-Obergrenze N_max, die den linearen Plateaubereich nach oben und unten begrenzen, können als charakteristische Eigenschaften bzw. als charakteristische Kenngrößen des Ösophaguskatheters gespeichert werden.
Wenn die Füllmengen-Untergrenze N_min und Füllmengen-Obergrenze N_max, die den linearen Plateaubereich des Ösophaguskatheters begrenzen, bekannt sind, kann sichergestellt werden, dass der Ösophaguskatheter im Betrieb, d.h. beim in vivo Einsatz im Ösophagus eines Patienten, mit einer Füllmenge N_min < N < N_max betrieben wird, die innerhalb des linearen Bereichs liegt, so dass der Ösophaguskatheter zuverlässig Messergebnisse mit der für eine effiziente Beatmung erforderlichen Genauigkeit liefert.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, zusätzlich zu der Füllmengen-Untergrenze N_min und der Füllmengen-Obergrenze N_max eine Nenn-Füllmenge N_default zu bestimmen, mit der Ösophaguskatheter im Betrieb vorzugsweise befüllt sein soll, um zuverlässig Messergebnisse mit der gewünschten Genauigkeit bereitstellen zu können.
Wenn der Ösophaguskatheter mit der Nenn-Füllmenge N_default befüllt ist, soll der Ballon der Ballonsonde des Ösophaguskatheters teilweise entfaltet sein. Der Ballon der Ballonsonde soll aber in diesem Zustand noch weiter füllbar sein, wenn zusätzliches Messfluid in die Ballonsonde gefüllt wird. N_default soll daher in einem mittleren Bereich des Plateaubereichs zwischen N_min und N_max liegen, so dass sich die Ballonsonde bei einer zunehmenden Menge an Messfluid in der Ballonsonde füllt und sich bei einer abnehmenden Menge an Messfluid in der Ballonsonde weiter entleert, so dass eine im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Druck p und der Menge N an Messfluid in der Ballonsonde besteht. Diese lineare Beziehung beruht maßgeblich auf der Dehnbarkeit der Umgebung, da, wie zuvor beschrieben, der Zusammenhang dp/dV im linearen Bereich zwischen V_min und V_max gering ist.
In einer Ausführungsform wird die Nenn-Füllmenge N_default derart festgelegt, dass die Nenn-Füllmenge einen vorbestimmten Bruchteil der oberen Füllmenge V_full beträgt. Die Nenn-Füllmenge N_default kann beispielsweise zwischen 30 % bzw. 1/3 und 50%, insbesondere 45 %, der oberen Füllmenge N_full betragen.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Nenn-Füllmenge N_default auf die Mitte des Plateaubereichs festlegt. In diesem Fall gilt: N_default = N_min + (N_max - N_min)/2.
Auch die Nenn-Füllmenge N_default kann zur späteren Verwendung in der Speichervorrichtung gespeichert werden.
In einer Ausführungsform kann die Nenn-Füllmenge N_default von einem Beatmungsgerät, das mit einem erfindungsgemäßen System zusammenwirkt, bestimmt oder am Beatmungsgerät eingestellt werden.
In jedem der zuvor beschriebenen Verfahren kann die aktuell in der Ballonsonde des Ösophaguskatheters vorhandene Menge N an Messfluid durch Erfassen und/ oder Regeln des Massenflusses q(t) des Messfluids in die Ballonsonde bzw. aus der Ballonsonde bestimmt werden.
Bei der Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahren kommt es jeweils darauf an, dass mehrere Messpunkte, die jeweils ein Paar (p_i, ΔN_i) aus einem Druck p_i und einer dem jeweiligen Druck p_i zugeordneten Menge ΔN_i an Messfluid in dem Ösophaguskatheter (Messfluidmenge) bezogen auf einen Startwert oder bezogen auf einen vorangegangenen Messwert umfassen, durchfahren, bestimmt und zur späteren Auswertung gespeichert werden.
In einer Ausführungsform kann das Anfahren der einzelnen Messpunkte durch Einbringen oder Entnehmen von Fluid aus der bzw. in den Ösophaguskatheter schrittweise wiederholt werden, bis ein vorgegebener Bereich durchfahren worden ist. Der vorgegebene Bereich wird dabei insbesondere so gewählt, der er zumindest den zuvor beschriebenen linearen Plateaubereich umfasst.
Die Menge an Messfluid in der Ballonsonde wird dabei schrittweise zwischen einem Startwert und einem Endwert verändert. Die Schrittweite der einzelnen Schritte kann nahezu beliebig gewählt werden. Es kommt nur darauf an, dass jeweils Paare (p_i, ΔN_i) von Druck im Ösophaguskatheter und einer dem jeweiligen Ballondruck p_i zugeordneten Menge ΔN_i an Messfluid im Ösophaguskatheter („Messfluidmenge“) bestimmt werden.
Die Schrittweite kann insbesondere so klein gewählt werden, dass die Menge N an Messfluid in dem Ösophaguskatheter praktisch kontinuierlich verändert wird.
In einer Ausführungsform kann zur Bestimmung der wenigstens einen für die Ballonsonde charakteristischen Eigenschaft zum Anfahren der jeweiligen Messpunkte die Menge an Messfluid in der Ballonsonde ausgehend von dem Startwert bis zum Erreichen des Endwertes in mindestens zwei Schritten in monotoner Weise verändert werden.
In monotoner Weise bedeutet hierbei, dass die Menge an Messfluid in jedem Schritt in dieselbe Richtung verändert wird, d.h., dass sie zwischen dem Startwert und dem Endwert entweder immer weiter abnimmt, oder immer weiter zunimmt.
In einer Ausführungsform kann zur Bestimmung der wenigstens einen für die Ballonsonde charakteristischen Eigenschaft zum Anfahren der jeweiligen Messpunkte die Menge an Messfluid in der Ballonsonde ausgehend von dem Startwert bis zum Erreichen des Endwertes in mehreren Teilbereichen verändert werden, wobei die Menge an Messfluid in der Ballonsonde innerhalb jedes Teilbereiches in monotoner Weise verändert wird und sich die Richtung, in der die Menge an Messfluid in jedem Schritt verändert wird, zwischen den Teilbereichen verändert werden kann. So kann die Menge an Messfluid innerhalb eines ersten Teilbereiches in jedem Schritt zunehmen und innerhalb eines zweiten Teilbereiches in jedem Schritt abnehmen. Alternativ kann die Menge an Messfluid innerhalb des ersten Teilbereiches in jedem Schritt abnehmen und innerhalb des zweiten Teilbereiches in jedem Schritt zunehmen.
In einer Ausführungsform kann die Menge an Messfluid in der Ballonsonde bei der Bestimmung der Größen N_full, N_max und/oder N_min monoton verringert werden, insbesondere ausgehend von einem Druck in der Ballonsonde von +15 hPa bis zu -5 hPa.
In einer Ausführungsform kann die Menge an Messfluid in der Ballonsonde bei der Bestimmung von V_sys monoton erhöht werden. Insbesondere wird dabei zunächst Messfluid entnommen, bis ein Anfangsdruck von -30 hPA eingestellt ist. Dann wir Messfluid in die Ballonsonde eingeleitet bzw. eingelassen, bis sich der Druck in der Ballonsonde auf -20 hPa erhöht hat, bzw. sich der Unterdruck in der Ballonsonde entsprechend verringert hat. In einem folgenden Schritt wird erneut Messfluid in die Ballonsonde eingeleitet bzw. eingelassen, bis sich der Druck in der Ballonsonde auf einen Druck von -10 hPa erhöht hat.
In einer Ausführungsform kann die Änderung der Fluidmenge im Ösophaguskatheter durch Erfassen und/oder Regeln des Massenflusses an Messfluid in den Ösophaguskatheter bzw. aus dem im Ösophaguskatheter bestimmt werden. Dabei kann die Änderung der Füllmenge insbesondere durch Integrieren des Massenflusses über die Zeit zwischen einem Startpunkt und dem jeweiligen Messpunkt bestimmt werden, wie es zuvor beschrieben worden ist.
In einer Ausführungsform kann ausgehend von einem Startzustand, in dem ein Startdruck p_A bestimmt worden ist, Messfluid in die Ballonsonde eingebracht oder aus der Ballonsonde entnommen werden, bis ein Enddruck p_E erreicht ist. Die Fluidmenge ΔN, die dabei in die Ballonsonde eingebracht oder aus der Ballonsonde entnommen worden ist, kann dann als das Integral über den zwischen dem Startdruck p_A und dem Enddruck p_E erfassten Massenfluss q(t) berechnet werden.
In einer Ausführungsform können mindestens zwei Messzyklen nacheinander ausgeführt werden. Durch das Ausführen mehrerer Messzyklen kann die Qualität und Zuverlässigkeit der Charakterisierung noch weiter verbessert werden.
Dabei kann jeder Messzyklus insbesondere wenigstens die Schritte des Befüllens des Ösophaguskatheters mit Messfluid ex vivo, insbesondere vor dem Platzieren de Ösophaguskatheters im Ösophagus, und des Erfassens eines in dem Ösophaguskatheter herrschenden Drucks umfassen.
Um vor jedem Messzyklus die gleichen Startbedingungen zu schaffen, kann zwischen aufeinander folgenden Messzyklen jeweils eine vollständige Entleerung von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter stattfinden.
Alternativ kann zwischen aufeinander folgenden Messzyklen keine oder zumindest keine vollständige Entleerung von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter stattfindet. Durch den Verzicht auf eine vollständige Entleerung des Ösophaguskatheters kann das Verfahren beschleunigt werden. Dabei kann es hilfreich sein, das Systemvolumen V_sys des Ösophaguskatheters zu kennen.
Jedem Messzyklus kann ein jeweiliger Messbereich zugeordnet sein. Ein erster Messbereich für einen vorangehenden Messzyklus kann sich von einem zweiten Messbereich für einen nachfolgenden Messzyklus unterscheiden. Insbesondere kann ein vorangehender Messzyklus den Messbereich für einen nachfolgenden Messzyklus definieren.
In einer Ausführungsform kann der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Messpunkten für einen nachfolgenden Messzyklus anders als für einen vorangehenden Messzyklus eingestellt werden. Durch eine Variation der Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Messpunkten kann die Qualität und Zuverlässigkeit der Charakterisierung noch weiter verbessert werden.
Beispielsweise kann ein effizienter Näherungsalgorithmus, wie z.B. der Newton-Algorithmus, eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen, eine Viskoelastizität des Ösophaguskatheters, insbesondere der Ballonsonde des Ösophaguskatheters, zu bestimmen. Dabei kann das Verfahren insbesondere umfassen, eine vorbestimmte Menge an Messfluid in den Ösophaguskatheter einzuleiten und nach dem Einleiten der vorbestimmten Menge an Messfluid in den Ösophaguskatheter die Zeit zu bestimmen, die benötigt wird, bis sich der durch die Menge an Messfluid in dem Ösophaguskatheter vorgegebene Druck im Ösophaguskatheter auf einen stabilen Wert eingestellt hat. Die vorbestimmte Menge an Messfluid, die in den in den Ösophaguskatheter eingeleitet wird, kann insbesondere durch einen vorbestimmten Überdruck im Ösophaguskatheter vorgegeben sein.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters umfassen, alle oder einzelne der zuvor beschriebenen (Teil-)Verfahren, wobei jedes der (Teil-)Verfahren dazu vorgesehen ist, wenigstens eine charakteristische Eigenschaft oder Kenngröße des Ösophaguskatheters zu bestimmen.
Die zuvor beschriebenen (Teil-)Verfahren können beliebig miteinander kombiniert und in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
In einer Ausführungsform können die zuvor bestimmten charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters an eine Beatmungsvorrichtung übertragen werden, in der der Ösophaguskatheter zum Einsatz kommt.
Die charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters können beispielsweise über eine Kabel- oder Funkverbindung, z.B. WLAN oder Bluetooth an die Beatmungsvorrichtung übertragen werden.
Die Beatmungsvorrichtung kann dann die zuvor bestimmten charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters bei der Auswertung der von der Ballonsonde des Ösophaguskatheters gelieferten Messwerte berücksichtigen, um die Steuerung einer automatisierten Beatmung optimieren. Auch Fehler, insbesondere Leckagen, des Ösophaguskatheters können anhand der zuvor bestimmten charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters schnell und zuverlässig erkannt werden.
In einer Ausführungsform können die charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters über eine Ausgabevorrichtung, beispielsweise eine Anzeigevorrichtung, z.B. einen Bildschirm und/oder einen Drucker, ausgegeben werden. Ein Benutzer kann die charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters so dokumentieren und auf Plausibilität überprüfen. Ein als defekt identifizierter Ösophaguskatheter kann verworfen werden, bevor er bei der Beatmung eines Patienten zum Einsatz kommt.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen, den Ösophaguskatheter mit wenigstens einer Kennung zu versehen, die der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Eigenschaft bzw. Kenngröße zugeordnet ist, so dass eine feste Verbindung bzw. Zuordnung zwischen dem Ösophaguskatheter der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Eigenschaft bzw. Kenngröße geschaffen wird.
Die charakteristische Kenngröße ist auf diese Weise untrennbar dem Ösophaguskatheter zugeordnet und kann anhand der wenigstens einen an oder auf den Ösophaguskatheter aufgebrachten Kennung eindeutig bestimmt werden. Auf diese Weise können fehlerhafte Zuordnungen zwischen Ösophaguskathetern und charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen zuverlässig verhindert werden.
In einer Ausführungsform kann die Kennung einen Code umfassen, anhand dessen man die gespeicherte charakteristische Kenngröße ermitteln kann. Beispielsweise kann jeder Ösophaguskatheter mit einer individuellen Kennzeichnung versehen sein, und die charakteristische Kenngröße kann zusammen mit der individuellen Kennzeichnung abgespeichert werden. Eine auf dem Ösophaguskatheter aufgebrachte Kennung entspricht der individuellen Kennzeichnung, so dass man die charakteristische Kenngröße mit Hilfe der auf dem Ösophaguskatheter aufgebrachten Kennung abfragen kann.
In einer Ausführungsform können die Ösophaguskatheter in Klassen eingeteilt werden, so dass jede charakteristische Kenngröße, oder ggf. jede individuelle Kennzeichnung, zu einer der Klassen gehört. Dabei kann die Kennung auf dem Katheter einer Klasse zugeordnet sein, zu der ein jeweiliger Ösophaguskatheter gehört, oder die jeweilige Klasse, zu der ein jeweiliger Ösophaguskatheter gehört, kann anhand der Kennung ermittelt werden.
Die Klassen können beispielsweise wenigstens die beiden Klassen „geeignet“ und „nicht geeignet“ umfassen, um geeignete Ösophaguskatheter von ungeeigneten, beispielsweise defekten, Ösophaguskathetern unterscheiden zu können.
Die Klassen können auch mehr als zwei Klassen umfassen, beispielsweise verschiedene Qualitätsklassen, oder Klassen, die unterschiedlichen Einsatzzwecken und/oder Messbereichen der Katheter entsprechen.
In einer Ausführungsform kann die Ausgabevorrichtung dazu ausgebildet sein, die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen als maschinell lesbaren Code, beispielsweise als Barcode oder als QR-Code, darzustellen.
In einer Ausführungsform kann die Ausgabevorrichtung dazu ausgebildet sein, die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen in einer Form auszugeben, die es ermöglicht, die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen an dem Ösophaguskatheter oder seiner Verpackung anzubringen. Die charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen können zum Beispiel in der Form eines Aufklebers ausgegeben werden, der an dem Ösophaguskatheter oder seiner Verpackung anbringbar ist.
In einer Ausführungsform kann die Ausgabevorrichtung dazu ausgebildet sein, einen maschinell lesbaren Code, z.B. mit Hilfe eines Laserstrahls, unmittelbar auf den Ösophaguskatheter aufzubringen. Der maschinell lesbare Code kann auch an einen RFID-Träger (RFID = Radio Frequency Identification) oder einem NFC-Träger (NFC = Near Field Communication) übertragen werden, der an dem Ösophaguskatheter oder an einer Verpackung des Ösophaguskatheters angebracht ist oder wird.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes System eine Vorrichtung zum Versehen des Ösophaguskatheters mit wenigstens einer Kennung aufweisen, die der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Eigenschaft zugeordnet ist.
In einer Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer Ösophaguskatheter wenigstens eine Kennung aufweisen, die der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Eigenschaft zugeordnet ist.
Auf diese Weise sind die zuvor bestimmten charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters fest mit dem Ösophaguskatheter verbunden und können von einer Beatmungsvorrichtung, mit der der Ösophaguskatheter zum Einsatz kommt, schnell und zuverlässig ausgelesen werden. Übertragungsfehler, die bei einer manuellen Übertragung der charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen auftreten können, können auf diese Weise zuverlässig vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ösophaguskatheter mit einem in den Ösophagus eines Patienten einführbaren Katheterschlauch und mit einem erfindungsgemäßen System zur automatisierten Charakterisierung des Ösophaguskatheters.
2 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen eines Systemvolumens V_sys veranschaulicht.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen des Strömungswiderstandes R des Ösophaguskatheters veranschaulicht.
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens zum Detektieren einer Leckage im Ösophaguskatheter veranschaulicht.
5 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen der Obergrenze N_max und der Untergrenze N_min eines linearen Bereichs des Ösophaguskatheters zeigt.
6 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft den Zusammenhang zwischen einem auf der Ordinate aufgetragenen Druck p_eso, der im Ösophaguskatheter 48 gemessenen wird, und der auf der Abszisse aufgetragenen Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 zeigt, die dem gemessenen Druck p_eso jeweils zugeordnet ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines in den Ösophagus eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskatheters veranschaulicht, welches die in den 2 bis 5 beschriebenen (Teil-)Verfahren umfasst.
8 zeigt in einer schematisierten Darstellung die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen System zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters.

1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung einen Ösophaguskatheter 48 und ein System 60 zur automatisierten Charakterisierung („Charakterisierungssystem 60“) des Ösophaguskatheters 48.
Ösophaguskatheter 48 umfasst einen in einen Ösophagus (Speiseröhre) 34 (siehe 8) eines Patienten einführbaren Katheterschlauch 47.
An einem ersten, proximalen Ende 48a des Katheterschlauchs 47 ist eine Ballonsonde 46 angebracht.
Ein zweites, distales Ende 48b des Katheterschlauchs 47 ist mit dem Charakterisierungssystem 60 des Ösophaguskatheters 48 derart verbunden, dass der Ösophaguskatheter 48 von dem Charakterisierungssystem 60 mit einem Messfluid, insbesondere mit Luft, beaufschlagbar, insbesondere befüllbar, ist. Das Charakterisierungssystem 60 ist auch in der Lage, das Messfluid aus dem Ösophaguskatheter 48 zu entnehmen, um den Ösophaguskatheter 48 zu entleeren.
Die Verbindung zwischen dem zweiten Ende des Katheterschlauchs 47 und dem Charakterisierungssystem 60 ist lösbar, so dass der Ösophaguskatheter 48 wahlweise mit dem Charakterisierungssystem 60 verbindbar und von diesem trennbar ist.
Das Charakterisierungssystem 60 umfasst eine Pumpvorrichtung 65, die dazu ausgebildet ist, wahlweise Messfluid in den Ösophaguskatheter 48 einzubringen und Messfluid aus dem Ösophaguskatheter 48 zu entnehmen. Die Pumpvorrichtung 65 steht mit dem Katheterschlauch 47 des Ösophaguskatheters 48 in Fluidverbindung und umfasst insbesondere eine Fluidpumpe 66 und ein Ventil 64.
Das Charakterisierungssystem 60 umfasst darüber hinaus einen Flusssensor 62, insbesondere einen Massenflusssensor 62, der dazu ausgebildet ist, die Menge von in die Ballonsonde 46 eingeleitetem und/oder die Menge von aus der Ballonsonde 46 entnommenen Messfluid zu bestimmen.
Die jeweils in die Ballonsonde 46 eingeleitete bzw. aus der Ballonsonde 46 entnommene Menge an Messfluid kann insbesondere durch Messen eines Flusses q von Messfluid durch den Flusssensor 62 und Integrieren des von dem Flusssensor 62 gemessenen Flusses q über einen Zeitraum zwischen einem Startzeitpunkt und einem Endzeitpunkt bestimmt werden. Der Flusssensor 62 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er wenigstens einen Drucksensor 63 enthält, um einen Differenzdruck Δp zu messen und den Fluss des Messfluids aus dem gemessenen Differenzdrucks Δp zu bestimmen. Je nach Ausgestaltung des Drucksensors bzw. durch Bereitstellen eines zusätzlichen Drucksensors kann ein auf dem Differenzdruckprinzip basierender Sensor neben einem Volumenfluss auch den entsrpechenden Massenfluss bestimmen. Der Flusssensor 62 kann insbesondere so ausgebildet sein, dass er (neben einer Druckdifferenz) auch zum Bestimmen des in der Ballonsonde 46 herrschenden Ösophagusballondrucks P_eso einsetzbar ist, so dass ein zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Flusssensor erfasster Volumenfluss V(t) in einen entsprechenden Massenfluss q(t) umgerechnet werden kann. Es kann auch ein zusätzlicher Drucksensor 63 vorgesehen sein, um den in der Ballonsonde 46 herrschenden Ösophagusballondruck P_eso bestimmen zu können und so den entsprechenden Massenfluss q(t) zu bestimmen.
Der Flusssensor 62 kann auch nach einem anderen Prinzip arbeiten, beispielsweise nach einem thermischen Prinzip, insbesondere nach einem thermischen Prinzip, bei dem der Massenfluss des den Sensor durchströmenden Fluids anhand der durch Transport von Fluid abgeführten Wärme bei Aufnahme einer bestimmten Wärmeleistung bestimmt wird. Sofern ein solcher Sensor primär einen Volumenfluss erfasst, wäre ein zusätzlicher Drucksensor 63 vorzusehen, um den in der Ballonsonde 46 herrschenden Ösophagusballondruck P_eso bestimmen zu können und so den entsprechenden Massenfluss q(t) zu bestimmen.
Der Flusssensor 62 kann beispielsweise ein MEMS-Sensor (MEMS = mikroelektronisch-mechanisches System) sein, der den Massenfluss auf einem thermischen Prinzip basierend misst. MEMS Sensoren sind besonders platzsparend und kostengünstig.
Das Charakterisierungssystem 60 umfasst auch vier Steuerungen 80, 82, 84, 86, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Verfahren zum Bestimmen einer charakteristischen Eigenschaft bzw. einer Kenngröße des mit dem Charakterisierungssystem 60 verbundenen Ösophaguskatheters 48 auszuführen. Die Einzelheiten der verschiedenen Verfahren werden später unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Die Steuerungen 80, 82, 84, 86 können als eigenständige Bauteile „in Hardware“ realisiert sein. Dabei können auch zwei oder mehr Steuerungen 80, 82, 84, 86, insbesondere alle Steuerungen 80, 82, 84, 86, in ein gemeinsames Bauteil oder in eine gemeinsame Gruppe von Bauteilen integriert sein. Die Steuerungen 80, 82, 84, 86 können in eine Beatmungsvorrichtung integriert sein.
Die Steuerungen 80, 82, 84, 86 können auch als Computerprogrammprodukt, d.h. durch ein entsprechendes Softwareprogramm realisiert sein, das auf einem Prozessor, insbesondere einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgeführt wird. In diesem Fall kann die Software auf einem geeigneten lokalen oder über ein Netzwerk abrufbaren Speichermedium vorgehalten werden. Die Software enthält als Computerprogramm codierte Anweisungen, die dann, wenn die Software in einen Arbeitsspeicher des Prozessors geladen und in Maschinensprache übersetzt wird, den Prozessor dazu veranlasst, die hierin näher beschriebenen Prozeduren auszuführen. Auch Mischformen zwischen einer Realisierung in Hardware und einer Realisierung in Software sind möglich.
Das Charakterisierungssystem 60 weist auch eine Speichervorrichtung 70 auf, die dazu ausgebildet ist, wenigstes eine charakteristische Eigenschaft des Ösophaguskatheters 48, die von dem Charakterisierungssystem 60 bestimmt worden ist, zu speichern.
2 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens 100 zum Bestimmen eines Systemvolumens V_sys eines Ösophaguskatheters 48 veranschaulicht. Das Systemvolumen V_sys eines Ösophaguskatheters 48 ist sein Volumen bei vollständig kollabierter Ballonsonde 46. Das Systemvolumen V_sys ist im Wesentlichen durch das Volumen des Katheterschlauchs 47 vorgegeben. Das Systemvolumens V_sys umfasst ggf. auch die Volumina weiterer Elemente des Ösophaguskatheters 48, die in Fluidverbindung mit dem Katheterschlauch 47 stehen, wie zum Beispiel Kupplungen, Anschlussstücke, etc., die in der 1 nicht gezeigt sind.
In einem ersten Schritt 110 wird der Ösophaguskatheter 48 mit Hilfe der Pumpvorrichtung 65 evakuiert. Dabei wird durch die Pumpvorrichtung 65 im Ösophaguskatheter 48 ein erster Unterdruck p_u1 von beispielsweise p_u1 = -30 hPa eingestellt. Die Druckangaben beziehen sich hierbei und im Folgenden immer auf den Umgebungsdruck p_amb, d.h. ein Unterdruck p_u1 von -30 hPa bedeutet, dass der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 um 30 hPa unterhalb des Umgebungsdrucks p_amb liegt: p_u1 = p_amb -30 hPa.
In einem zweiten Schritt 120 wird der Unterdruck im Ösophaguskatheter 48 durch Einleiten von Fluid in den Ösophaguskatheter 48 reduziert, d.h. der Druck im Ösophaguskatheter 48 wird erhöht. Beispielsweise wird ein zweiter Unterdruck p_u2 von - 20 hPa eingestellt. Dazu kann es dem Fluid durch Öffnen des Ventils 64 ermöglicht werden, in den Ösophaguskatheter 48 einzuströmen. Das Fluid kann auch von der Fluidpumpe 66 aktiv in den Ösophaguskatheter 48 gepumpt werden.
Nach dem Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit t_wait, die zwischen 2 s und 10 s, insbesondere etwa 3 s betragen kann (dritter Schritt 130), wird der Unterdruck im Ösophaguskatheter 48 in einem vierten Schritt 140 durch erneutes Einleiten von Fluid in den Ösophaguskatheter 48 noch weiter reduziert. Dabei wird insbesondere ein dritter Unterdruck p_u3 von beispielsweise - 10 hPa eingestellt.
Während der Unterdruck im Ösophaguskatheter 48 von dem zweiten Unterdruck p_u2 auf den dritten Unterdruck p_u3 reduziert wird, werden der Druckverlauf p(t) im Ösophaguskatheter 48 und der Massenfluss q(t) und/oder Volumenfluss V(t) des in den Ösophaguskatheter 48 einströmenden Messfluids, beispielsweise Luft, gemessen. Soweit der hierbei verwendete Flusssensor 62 auch den aktuell im Ösophaguskatheter 48 herrschenden Druck p_eso erfasst, oder der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 (bzw. die Dichte des Fluids im Ösophaguskatheter 48) aus einer anderen Messung bekannt ist, kann aus einem vom Flusssensor erfassten Volumenfluss V(t) der entsprechende Massenfluss q(t) bestimmt und zur Bestimmung des Systemvolumens V_sys verwendet werden.
Die Druckabhängigkeit des Verhältnisses zwischen Massenfluss q(t) und Volumenfluss v(t) kann im Rahmen der hier angewandten Druckänderungen relativ zur benötigten Genauigkeit vernachlässigbar sein. In diesem Fall kann auch direkt ein von dem Flusssensor 62 gemessene Volumenfluss v(t) zur Bestimmung des Systemvolumens V_sys und weiterer charakteristischer Eigenschaften des Ösophaguskatheters 48 herangezogen werden, ohne den dazugehörigen Massenfluss q(t) zu bestimmen.
Die in den Ösophaguskatheter 48 einströmende Fluidmenge ΔN ergibt sich aus einer Integration des vom dem Flusssensor 62 gemessenen Massenflusses q(t) über die Zeit zwischen einen Startpunkt p_eso = p_u2 und einem Endpunkt p_eso = p_u3: $Δ N = \int q (t) dt .$
Aus diesen Messgrößen kann dann unter Verwendung der allgemeinen Gasgleichung $PV = N kT$
im Schritt 150 das Systemvolumen V_sys als eine charakteristische Eigenschaft des Ösophaguskatheters 48 bestimmt werden: $V_{sys} = Δ N kT/ (p_{u 3} - p_{u 2}) .$
Dabei ist

p der Druck,
V das Volumen,
V_sys das Systemvolumen,
N die Stoff- bzw. Fluidmenge,
ΔN die in den Ösophaguskatheter eingebrachte Fluidmenge,
k die Boltzmannkonstante, und
T die aktuelle Temperatur.

Das auf diese Weise bestimmte Systemvolumen V_sys wird dann in einem folgenden Schritt 160 als charakteristische Eigenschaft bzw. als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters 48 in der Speichervorrichtung 70 gespeichert.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Verfahrens 200 zum Bestimmen des Strömungswiderstandes R des Ösophaguskatheters 48 veranschaulicht.
In einem ersten Schritt 210 wird ein vorbestimmter Füllstand des Ösophaguskatheters 48 eingestellt. Der vorbestimmte Füllstand kann durch eine vorgegeben Fluid-menge N₀, ein vorgegebenes Füllvolumen V₀, oder durch einen vorgegebenen Druck p₀ im Ösophaguskatheter 48 definiert sein.
Nachdem ein vorbestimmter Füllstand im Ösophaguskatheter 48 eingestellt worden ist, wird in einem folgenden Schritt 220 die Fluidmenge N(t) im Ösophaguskatheter 48 durch die Pumpvorrichtung 65 impulsartig, d.h. mit einem relativ großen zeitlichen Gradienten, verändert. Dabei wird innerhalb eines relativ kurzen Zeitraumes Δt zusätzliches Messfluid in den Ösophaguskatheter 48 eingebracht oder aus dem Ösophaguskatheter 48 entnommen, so dass sich der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 schnell, d.h. mit einem großen zeitlichen Gradienten, ändert.
Die Fluidmenge N(t) im Ösophaguskatheter 48 kann beispielsweise mit einem Gradienten von 3,6*10^-3 mol/min (bzw. 90 ml/min) verändert werden.
Der Zeitraum Δt in dem die Fluidmenge N(t) im Ösophaguskatheter 48 geändert wird, kann eine Länge im Bereich von 0.2 s bis 1 s haben.
Im Schritt 230 werden im Zeitraum Δt, d.h. während die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 48 mit einem großen zeitlichen Gradienten geändert wird, die zeitliche Änderung des Massenflusses dq und die von der Änderung der Fluidmenge im Ösophaguskatheter 48 verursachte Druckänderung dpt mit Hilfe des Flusssensors 62 gemessen.
Im Schritt 240 wird dann der Strömungswiderstand R_flow des Ösophaguskatheters 48 als Quotient der im Schritt 230 gemessenen Druckänderung dp und der im Schritt 230 gemessenen zeitlichen Änderung des Massenflusses dq bestimmt: $R_{flow} = dp/dq .$
Der auf diese Weise bestimmte Strömungswiderstand R_flow wird dann im folgenden Schritt 250 als charakteristische Eigenschaft bzw. als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters 48 in der Speichervorrichtung 70 gespeichert.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Verfahrens 300 zum Detektieren einer Leckage im Ösophaguskatheter 48 veranschaulicht.
In einem ersten Schritt 310 werden der Ösophaguskatheter 48 und insbesondere die Ballonsonde 46 mit Hilfe der Pumpvorrichtung 65 auf einen ersten Überdruck p_o1, beispielsweise einen ersten Überdruck p_o1 von 28 hPa, gebracht („aufgepumpt“). Auch hier beziehen sich die Drücke jeweils auf den Umgebungsdruck p_amb. Ein Überdruck p_o1 von 28 hPa bedeutet daher, dass der Druck im Ösophaguskatheter 48 um 28 hPa größer als der Umgebungsdruck p_amb ist: $p_{o 1} = p_{amb} + 28 hPa .$
In einem zweiten Schritt 320 wird eine vorgegebene Wartezeit t_wait gewartet, um einen vollständigen Druckausgleich innerhalb des Ösophaguskatheters 48 zu ermöglichen. Die vorgegebene Wartezeit t_wait kann zwischen 2 s und 10 s; die vorgegebene Wartezeit t_wait kann insbesondere etwa 3 s betragen.
Nach Ablauf der vorgegebenen Wartezeit t_wait wird der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 in einem dritten Schritt 330 auf einen ersten Überdruck p_o2, der kleiner als der erste Überdruck p_o1 ist, reduziert (p_o2 < p_o1).
In einem folgenden, vierten Schritt 340 wird der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 über einen vorgegebenen Zeitraum Δt gemessen, ohne dass während dieses Zeitraums Δt weiteres Messfluid in den Ösophaguskatheter 48 eingebracht oder aus diesem entnommen wird. Der vorgegebenen Zeitraum Δt kann Zeiträume Δt im Bereich von 5 s bis 20 s, insbesondere einen Zeitraum von etwa 10 s, umfassen.
Wenn der innerhalb des vorgegebenen Zeitraums Δt gemessene Druckabfall Δp = p_o2 -p_o3 im Ösophaguskatheter 48 einen vorgegebenen Grenzwert Δp_limit überschreitet (Δp > Δp_limit), wird im Schritt 350 eine Meldung an den Benutzer ausgegeben, dass das System aus Ösophaguskatheter 48 und Charakterisierungssystem 60 undicht ist, was auf einen Defekt des Ösophaguskatheters 48 oder eine undichte Verbindung zwischen dem Ösophaguskatheter 48 und dem Charakterisierungssystem 60 zurückzuführen sein kann.
Wenn der innerhalb des vorgegebenen Zeitraums Δt gemessene Druckabfall Δp = p_o2 -p_o3 im Ösophaguskatheter 48 den vorgegebenen Grenzwert Δp_limit nicht überschreitet (Δp ≤ Δp_limit) ist der Ösophaguskatheter 48 nicht defekt und kann zu Steuerung der Beatmung eines Patienten („in vivo“) zum Einsatz kommen. Im Schritt 360 wird eine entsprechende Meldung an den Benutzer ausgegeben.
Das Einstellen des ersten Überdrucks p_o1 zur Vorbereitung der eigentlichen Leckage-Messung ist optional. D.h. in einem alternativen Verfahren kann auf das Einstellen eines ersten Drucks p_o1 vor der eigentlichen Messung verzichtet werden. In diesem Fall ist der vorgegebenen Zeitraums Δt, über den der Druckabfall im Ösophaguskatheter 48 zu beobachten ist, in der Regel länger, als bei dem zuvor beschriebenen Verfahren, in dem zur Vorbereitung der eigentlichen Leckage-Messung ein erster Überdruck p_o1 > p_o2 eingestellt wird.
Ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage im Ösophaguskatheter 48 kann auch mit Unterdruck, statt, wie zuvor beschrieben, mit Überdruck durchgeführt werden. In diesem Fall werden anstelle der zuvor genannten Überdrücke p_o1, p_o2, p_o3 im Ösophaguskatheter 48 nacheinander verschiedene Unterdrücke p_u1, p_u2, p_u3, d.h. Drücke die kleiner als der Umgebungsdruck p_amb sind, eingestellt. Der Unterdruck im Ösophaguskatheter 48 wird dabei in jedem Schritt reduziert, d.h. der Druck im Ösophaguskatheter 48 wird erhöht und dabei an den Umgebungsdruck p_amb angenähert.
Es können auch nacheinander ein Verfahren mit Überdrücken p_o1, p_o2, p_o3 und ein Verfahren mit Unterdrücken p_u1, p_u2, p_u3 durchgeführt werden, wobei die beiden Verfahren in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können. Dabei können die bei der Durchführung der Verfahren in den Ösophaguskatheter 48 eingebrachten und die aus dem Ösophaguskatheter 48 Volumina gemessen und miteinander verglichen werden. Aus einer Differenz dieser Volumina kann auf eine Leckage des Systems aus Ösophaguskatheter 48 und Charakterisierungssystem 60 geschlossen werden.
Optional kann in einem zusätzlichen Schritt 370 der gemessene Druckabfall Δp bzw. die Druckabfallrate Δp /Δt als charakteristische Eigenschaft bzw. als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters 48 in der Speichervorrichtung 70 gespeichert werden.
Ist die für einen Ösophaguskatheter 48 gemessene Druckabfallrate Δp /Δt bekannt, kann diese beim späteren Einsatz des Ösophaguskatheters 48 am Patienten („in vivo“) berücksichtigt und ggf. rechnerisch oder durch wiederholtes, insbesondere periodisches, Auffüllen des Ösophaguskatheters 48 kompensiert werden. Auch kann der Ösophaguskatheter 48 im Betrieb als defekt erkannt werden, wenn die während des Einsatzes am Patienten bestimmte Druckabfallrate Δp /Δt die zuvor als charakteristische Kenngröße des Ösophaguskatheters 48 bestimmte Druckabfallrate Δp /Δt um mehr als eine vorgegebene Toleranz übersteigt.
Die Ballonsonde 46 eines Ösophaguskatheters 48 weist einen linearen Bereich 50 auf (siehe 6), in dem sich der Druck p_eso innerhalb des Ösophaguskatheters 48 aufgrund einer entsprechenden Ausdehnung der Ballonsonde 46 nicht wesentlich ändert, wenn die Füllmenge N innerhalb dieses Bereichs, der durch die Füllmenge N_min und N_max begrenzt wird, geändert wird (N_min < N < N_max).
5 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens 400 zum Bestimmen der Obergrenze N_max und der Untergrenze N_min des linearen Bereichs 50 zeigt.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird der Ösophaguskatheter 48 zunächst im Schritt 410, z.B. mit Hilfe der Pumpvorrichtung 65, so lange mit Messfluid befüllt, bis ein vorgegebener oberer Druck p_full innerhalb des Ösophaguskatheters 48 erreicht wird. Der vorgegebene obere Druck p_full entspricht einer oberen Füllmenge N_full bzw. einem oberen Füllvolumen V_full des Ösophaguskatheters 48, das sich gemäß der bereits zuvor erwähnten allgemeinen Gasgleichung pV = N kT aus der oberen Füllmenge N_full ergibt.
Der vorgegebene oberer Druck p_full liegt oberhalb des erwarteten linearen Bereichs 50. In diesem Zustand ist die Ballonsonde 46 des Ösophaguskatheters 48 „aufgeblasen“ und mit Messfluid gefüllt, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Ballonsonde 46 durch einen zu hohen Druck beschädigt wird. Der zugehörige Punkt (p_full, N_full) auf der in der 6 gezeigten Ballondruck/Messfluidmenge-Kurve liegt rechts vom linearen Bereich 50 der Kurve, als einem Bereich 54 der Kurve, in dem die Kurve bei zunehmender Menge N an Messfluid im Ösophaguskatheter 48 nicht-linear und steil ansteigt.
Der vorgegebene obere Druck p_full kann beispielsweise in einem Bereich von 10 hPa bis 20 hPa liegen, insbesondere kann der vorgegebene oberer Druck p_full ein Druck von etwa 15 hPa sein.
Nachdem der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 auf den vorgegebenen oberen Druck p_full gebracht worden ist, wird der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 durch Entnahme von Fluid, insbesondere mit Hilfe der Pumpvorrichtung 65, im folgenden Schritt 420 allmählich reduziert. Dabei kann das Fluid durch Öffnen des Ventils 64 aus dem Ösophaguskatheter 48 abgelassen werden. Das Fluid kann auch von der Fluidpumpe 66 aktiv aus dem Ösophaguskatheter 48 abgepumpt werden.
In dem in der 5 dargestellten Verfahren wird die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 48 insbesondere so lange reduziert, bis im Ösophaguskatheter 48 gegenüber dem Umgebungsdruck p_amb ein Unterdruck, beispielsweise ein Unterdruck von -5 hPa, gemessen wird.
In dem Verfahren zum Bestimmen des linearen Bereichs 50 werden der Druck p_eso und die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 48 langsamer, d.h. mit einem geringeren zeitlichen Gradienten, reduziert als in dem zuvor beschriebenen Verfahren 200, in dem der Strömungswiderstand R bestimmt wird.
Die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 48 wird beispielsweise mit einer Rate von 8*10^-4 mol/s bzw. einer Rate von 20 ml/s reduziert.
Während die Fluidmenge N und der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 reduziert werden, werden im Schritt 430 sowohl die aktuell entnommene Fluidmenge N(t) als auch der jeweils im Ösophaguskatheter 48 gemessene Druck p(t) gemessen und gespeichert.
6 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft auf der Ordinate (y-Achse) den im Ösophaguskatheter 48 gemessenen Druck p_eso und auf der Abszisse (x-Achse) die dem gemessenen Druck p_eso jeweils zugeordnete Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 zeigt. Die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 48 ergibt sich jeweils durch Integration des vom Flusssensor 62 gemessenen Fluid- bzw. Massenflusses q(t) über der Zeit zwischen einen Startzeitpunkt t₁ und einem Endzeitpunkt t₂: $Δ N = \int q (t) dt .$
Bei der zuvor beschriebenen Durchführung des Verfahrens, bei dem fortlaufend Fluid aus dem Ösophaguskatheter 2 entnommen wird, wird die in der 6 gezeigte Kurve von einer hohen Füllmenge N_full zu einer niedrigen Füllmenge, d.h. von rechts nach links, durchlaufen.
Wie in der 6 gezeigt, weist die Kurve, die den im Ösophaguskatheter 48 gemessenen Druck p_eso in Verbindung mit der dem jeweiligen Druck p_eso zugeordneten Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 zeigt, einen mittleren linearen Bereich („Plateaubereich“) 50 auf, in dem sich der Druck p_eso bei einer Veränderung der Fluidmenge N nur sehr wenig ändert, und die Änderung des Drucks p im Wesentlichen in einer linearen Beziehung zur Änderung der Fluidmenge N steht.
Der Steigung bzw. das Gefälle der Kurve, welche die Beziehung zwischen dem Druck p_eso und der Fluidmenge N beschreibt, ist klein; idealerweise ist der Druck p_eso auch bei einer Änderung der Fluidmenge N nahezu konstant.
An die beiden Enden des linearen Bereichs 50 grenzen nicht-lineare Bereiche 52, 54 an, in denen sich der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 48 schon bei kleinen Änderungen der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 stark ändert, d.h. Bereiche, in denen sich der Druck p_eso im Ösophaguskatheter 2 stark ändert, wenn die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 geändert wird. In den nicht-linearen Bereichen 52, 54 weist die Kurve, die den Druck p_eso im Ösophaguskatheter 2 mit Bezug auf die Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 beschreibt, große Steigungen dp/dN auf.
Beim Einsatz in einem Patienten („in vivo“) soll der Ösophaguskatheter 48 im linearen Bereich 50 betrieben werden.
In einem folgenden Schritt 440 werden die minimale Füllmenge N_min und die maximale Füllmenge N_max bestimmt, an denen der lineare Bereich 50 in einen der nicht-linearen Bereiche 52, 54 übergeht. Auch hier können die minimale Füllmenge N_min und die maximale Füllmenge N_max anhand der jeweils erfassten Drücke p_min und p_max als minimales Volumen V_min und als maximales Volumen V_max ausgedrückt werden.
Die minimale Füllmenge N_min und die maximale Füllmenge N_max können insbesondere durch eine nummerische Auswertung der in der 6 gezeigten Kurve, die den Druck p_eso gegenüber der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 zeigt, bestimmt werden. Diese kann beispielsweise umfassen, die Steigung des Drucks p im Ösophaguskatheter 2 in Bezug auf die sich ändernde Fluidmenge N zu bestimmen. Das Verfahren kann insbesondere umfassen, ausgehend vom linearen Bereich 50, in dem der Betrag der Steigung dp/dN des Drucks p als Funktion der Fluidmenge N einen vorgegebenen Wert S_max nicht übersteigt (dp/dN ≤ S_max), diejenigen Werte N_min und N_max der Fluidmenge N im Ösophaguskatheter 2 zu identifizieren, an denen der Betrag der Steigung dp/dN des Drucks p als Funktion der Fluidmenge N den vorgegebenen Wert S_max erstmals übersteigt (dp/dN > S_max).
Die auf diese Weise bestimmten Füllmengen N_min und N_max, die den linearen Bereich 50 nach oben und unten begrenzen, werden dann in einem folgenden Schritt 450 als charakteristische Eigenschaften bzw. als charakteristische Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 in der Speichervorrichtung 70 gespeichert.
Wenn die Füllmengen N_min und N_max, die den linearen Bereich 50 des Ösophaguskatheters 2 begrenzen, bekannt sind, kann der Ösophaguskatheter 2 „im Betrieb“, d.h. beim Einsatz in einem Patienten („in vivo“) mit einer Füllmenge N betrieben werden, die innerhalb des linearen Bereichs 50 liegt.
In jedem der beschriebenen Verfahren kann die aktuelle Menge N an Messfluid in der Ballonsonde 46 des Ösophaguskatheters 48 durch Erfassen und/oder Regeln des Massenflusses q(t) an Messfluid in die Ballonsonde 46 bzw. aus der Ballonsonde 46 bestimmt werden.
Dies kann insbesondere in der Weise erfolgen, dass ausgehend von einem Startzustand, in dem ein Startdruck p_A erkannt wird, Messfluid in die Ballonsonde 46 eingebracht oder aus der Ballonsonde 46 entnommen wird, bis ein Enddruck p_E erkannt wird, und das Integral über den zwischen dem Startdruck p_A und dem Enddruck p_E erfassten Massenfluss q(t) berechnet wird, wie es zuvor beschrieben worden ist.
Diese Vorgehensweise kann schrittweise wiederholt werden, bis ein Bereich durchfahren worden ist, der zumindest den linearen Bereich enthält. Die Schrittweite der einzelnen Schritte kann dabei beliebig gewählt werden. Die Schrittweite kann insbesondere so klein gewählt werden, dass die Menge N an Messfluid in der Ballonsonde 46 des Ösophaguskatheters 48 praktisch kontinuierlich bestimmt wird.
Bei der Durchführung der Verfahren kommt es darauf an, dass mehrere Paare von Druck p_eso und der jeweils zugeordneten Menge N an Messfluid in dem Ösophaguskatheter 48 (Messfluidmenge) durchfahren, bestimmt und zur späteren Auswertung gespeichert werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters 48 kann alle oder einzelne der zuvor beschriebenen (Teil-) Verfahren umfassen.
Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters 48 umfassen, die zuvor beschriebenen (Teil-) Verfahren der Reihe nach durchzuführen.
Die 7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein solches erfindungsgemäßes Verfahren 500 veranschaulicht. Das Verfahren umfasst dabei das zuvor beschriebenen Verfahren 100 zum Bestimmen des Systemvolumens V_sys des Ösophaguskatheters 48, das Verfahren 200 zum Bestimmen des Strömungswiderstandes R des Ösophaguskatheters 48, das Verfahren 300 zum Detektieren einer Leckage im Ösophaguskatheter 48, und das Verfahren 400 zum Bestimmen der Obergrenze N_max und der Untergrenze N_min eines linearen Bereichs des Ösophaguskatheters 48.
Die Reihenfolge, in der die einzelnen (Teil-)Verfahren 100, 200, 300, 400 durchgeführt werden, ist dabei nicht zwingend vorgegeben. Sie kann insbesondere bedarfsgemäß geändert werden. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, das Verfahren 300 zum Detektieren einer Leckage im Ösophaguskatheter 48 als erstes Verfahren durchzuführen, um einen defekten Ösophaguskatheter 48 schnell erkennen und aussortieren zu können.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Verfahren 500 nur eine ausgewählte Teilmenge der zuvor beschriebenen (Teil-)Verfahren 100, 200, 300, 400 umfassen. Das heißt, (Teil-)Verfahren 100, 200, 300, 400, welche die Bestimmung charakteristischer Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 betreffen, die für die spätere Verwendung des Ösophaguskatheters 48 nicht benötigt werden, können weggelassen werden.
Nachdem die gewünschten (Teil-)Verfahren 100, 200, 300, 400 durchgeführt worden sind, sind die auf die zuvor beschriebene Weise bestimmten charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 in der Speichervorrichtung 70 gespeichert.
Die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 können von hier an eine Beatmungsvorrichtung 10 (siehe 8) übertragen werden, in der der Ösophaguskatheter 48 zur Steuerung einer automatisierten Beatmung eines Patienten zum Einsatz kommt.
Die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 können beispielsweise über eine Kabel- oder Funkverbindung, z.B. WLAN oder Bluetooth an die Beatmungsvorrichtung übertragen werden.
Die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 können auch über eine Ausgabevorrichtung 72, beispielsweise eine Anzeigevorrichtung („Bildschirm“) und/oder einen Drucker ausgegeben werden.
Die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen des Ösophaguskatheters 48 können insbesondere fest mit dem Ösophaguskatheter 48 verbunden werden, um eine Fehlzuordnung von charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen zu einem falschen Ösophaguskatheters 48 und/oder einen Verlust der charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen zu verhindern.
Die Ausgabevorrichtung 72 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen als maschinell lesbaren Code 45, insbesondere als Barcode 45 oder als QR-Code 45 in einer Form auszugeben, die es ermöglicht, den Code 45 an dem Ösophaguskatheter 48 oder seiner Verpackung anzubringen. Dazu kann der maschinell lesbaren Code 45 beispielsweise in der Form eines Aufklebers ausgegeben werden, der an dem Ösophaguskatheter 48 oder seiner Verpackung anbringbar ist.
Die Ausgabevorrichtung 72 kann auch dazu ausgebildet sein, den maschinell lesbaren Code 45, z.B. mit Hilfe eines Laserstrahls, unmittelbar auf den Ösophaguskatheter 48 aufzubringen. Der maschinell lesbare Code 45 kann auch an einem RFID-Träger oder einem NFC-Träger übertragen werden, der an dem Ösophaguskatheter 48 oder an einer Verpackung des Ösophaguskatheters 48 angebracht ist oder wird.
Auf diese Weise sind die charakteristische Eigenschaften bzw. Kenngrößen fest mit dem Ösophaguskatheter 48 verbunden und können von einer Beatmungsvorrichtung, in der der Ösophaguskatheter 48 zum Einsatz kommt, schnell und zuverlässig ausgelesen werden.
8 zeigt in stark schematisierter Darstellung und in Form eines Blockdiagramms die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung 10 mit einem erfindungsgemäßen Charakterisierungssystem 60 zur automatisierten Charakterisierung eines Ösophaguskatheters 48.
Die Beatmungsvorrichtung 10 ist in 8 in einem Zustand mit intubierter Luftröhre (Trachea) 12 eines beatmeten Patienten gezeigt. Neben der Trachea 712 sind in 8 noch die Lungenlappen 28, 30, das Herz 32, die Speiseröhre (Ösophagus) 34 und die Thoraxwand 42 des Patienten sehr schematisch angedeutet. Der Tubus 14 der Beatmungsvorrichtung 10 ist, in der Regel über die nicht gezeichnete Mundöffnung des Patienten, ein Stück weit in die Trachea 12 eingeschoben, um den Atemweg mit Atemgas zu beaufschlagen. Ausgeatmete Luft wird ebenfalls über den Tubus 14 abgeleitet, der sich an seinem stromaufwärtigen Ende in ein erstes Ende 16 und ein zweites Ende 22 verzweigt. Das erste Ende 16 ist über ein Atemwegeingangsventil 18 mit einem Atemwegeingangsanschluss der Beatmungsvorrichtung 10 zur Beaufschlagung eines Inspirationsdrucks Plnsp verbunden. In Öffnungsstellung des Atemwegeingangsventils 18 ist der Atemweg mit dem Inspirationsdruck Plnsp beaufschlagt. Das zweite Ende 22 ist über ein Atemwegausgangsventil 24 mit einem Atemwegausgangsanschluss der Beatmungsvorrichtung 10 zur Beaufschlagung eines Exspirationsdrucks PExp verbunden. In Öffnungsstellung des Atemwegausgangsventils 24 ist der Atemweg mit dem Exspirationsdruck PExp beaufschlagt.
Sowohl der Inspirationsdruck Plnsp als auch der Exspirationsdruck PExp werden von der Beatmungsvorrichtung 10 nach vorgegebenen zeitlichen Mustern erzeugt, derart dass einzuatmendes Atemgas während einer Inspirationsphase in Richtung der Lunge 28, 30 des Patienten strömt, wie durch den Pfeil 20 in 8 angedeutet, und während einer Exspirationsphase auszuatmendes Atemgas von der Lunge 28, 30 des Patienten zurückströmt, wie durch den Pfeil 26 angedeutet. Normalerweise bleibt während der Inspirationsphase das Atemwegeingangsventil 18 geöffnet und der Atemwegeingang wird mit dem Inspirationsdruck Plnsp - dieser ist in der Regel größer als der Exspirationsdruck PExp - beaufschlagt. Während der Exspirationsphase ist das Atemwegeingangsventil 18 geschlossen und das Atemwegausgangsventil 24 ist geöffnet. Dann ist der Atemwegeingang mit dem Exspirationsdruck PExp beaufschlagt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind jegliche Formen bekannter Beatmungsmuster einsetzbar, beispielsweise druckkontrollierte Beatmungsformen, volumenkontrollierte Beatmungsformen oder auch Beatmungsformen, bei denen druckkontrollierte und volumenkontrollierte Aspekte kombiniert sind. Neben rein maschinenkontrollierten Beatmungsformen, bei denen der zeitliche Verlauf des Inspirationsdrucks Plnsp und ggf. auch des Exspirationsdrucks PExp von der Beatmungsvorrichtung 10 bestimmt werden, sind auch Beatmungsformen denkbar, in denen Spontanatmungsbemühungen des Patienten entweder die maschinelle Beatmung unterstützten können oder die maschinelle Beatmung zur Unterstützung von Spontanatmungsbemühungen des Patienten dient. In solchen Beatmungsformen werden der zeitliche Verlauf von Inspirationsdruck Plnsp bzw. Exspirationsdruck PExp sowie häufig ebenfalls die Stellung des Atemwegeingangsventils 18 bzw. des Atemwegausgangsventils 24 nicht allein von der Beatmungsvorrichtung 10 vorgegeben, sondern von Spontanatmungsbemühungen des Patienten mit beeinflusst.
Die Kalibration eines in den Ösophagus 34 einführbaren Ösophaguskatheters 48 mit Ballonsonde 46 zur Erfassung eines ösophagealen Drucks P_eso, mittels dem auf den transpulmonalen Druck Ptp rückgeschlossen werden kann, ist besonders zugeschnitten auf Beatmungsformen, bei denen die Beatmung mittels vollautomatischer Beatmungsmodi erfolgt, beispielsweise bei Beatmung mittels geschlossener Regelkreise, wie sie etwa bei der von der Anmelderin entwickelten Adaptive Support Ventilation (ASV-Beatmung) Anwendung finden. Solche Beatmungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass nur minimale manuelle Eingriffe seitens des Bedienpersonals erfolgen müssen und die Beatmungsvorrichtung wichtige Beatmungsparameter wie den positiven endexpiratotischen Druck PEEP oder den maximalen Atemwegsdruck Paw_max im Rahmen vorgegebener Wertebereiche mit Hilfe von geeigneten geschlossenen Regelkreise selbsttätig einstellt bzw. nachstellt.
Das Atemgas kann Umgebungsluft enthalten, wird aber in der Regel einen vorbestimmten Anteil reinen Sauerstoff, im Folgenden als FiO2 bezeichnet, enthalten, der über dem Sauerstoffanteil der Umgebungsluft liegt. Das Atemgas wird in der Regel außerdem befeuchtet sein.
Der Fluss des Atemgases am Atemwegeingang wird mit Hilfe eines Atemwegeingangsflusssensors 36 bestimmt. Der Atemwegeingangsflusssensor 36 beruht auf der Erfassung einer Druckdifferenz dP zwischen einem Eingangsvolumen 38 und einem mit dem Eingangsvolumen 38 in Verbindung stehenden Ausgangsvolumen 40, und liefert eine Bestimmung des Atemgasmassenflusses am Atemwegeingang. Aus dem Drucksignal im Ausgangsvolumen 40 lässt sich zugleich recht einfach der Wert des Atemwegeingangsdrucks Paw ableiten.
Der in den Alveolen der Lunge 28, 30 herrschende Druck ist in 8 mit Palv angedeutet. Dieser Druck hängt ab vom Atemwegeingangsdruck Paw sowie der Strömung des Atemgases V in die Lunge bzw. aus der Lunge heraus und dem Atemwegswiderstand R. Im Falle eines Druckausgleichs zwischen Atemwegeingang und Alveolen ist der alveoläre Druck Palv gleich dem Atemwegeingangsdruck. Ein derartiger Druckausgleich hat zur Konsequenz, dass der Atemgasfluss V' zum Erliegen kommt. Beispielsweise kann ein kurzzeitiges Okklusionsmanöver des Atemwegs, d.h. Atemwegeingangsventil 18 und Atemwegausgangsventil 24 bleiben gleichzeitig geschlossen, zu einem Druckausgleich führen. Dabei muss das Okklusionsmanöver gerade solange dauern, dass der Gasfluss V im Atemweg zum Erliegen kommt. Das sind in der Regel zwischen 1 und 5 s. In diesem Zustand kann dann der alveoläre Druck Palv mittels einer Bestimmung des Atemwegeingangsdrucks Paw bestimmt werden.
Sowohl bei der physiologischen Atmung als auch bei maschineller Beatmung wird der Fluss des Atemgases bestimmt durch eine Druckdifferenz zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Atemwegeingangsdruck Paw.
Im Falle der rein physiologischen Atmung wird zum Einatmen eine negative Druckdifferenz, d.h. ein Unterdruck, zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Atemwegeingangsdruck Paw erzeugt durch Ausdehnung des Thorax (angedeutet bei 42 in 1) und damit verbundener Absenkung des Drucks Ppl in dem zwischen Thorax 42 und Lunge 28, 30 gebildeten Pleuraspalt 44. Die Ausatmung erfolgt passiv durch Entspannen des Thorax und elastischer Rückstellung des Lungengewebes. Aus diesem Grund ist bei physiologischer Atmung der Druck im Pleuraspalt Ppl immer kleiner als der alveoläre Druck Palv. Der als Differenz zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Druck im Pleuraspalt Ppl definierte transpulmonale Druck Ptp ist damit generell positiv und wird Null im Falle eines vollständigen Druckausgleichs.
Bei maschineller Beatmung wird das Atemgas mit Überdruck in die Lunge gepumpt. Aus diesem Grund ist bei einer maschinellen Beatmung während der Inspirationsphase der Atemwegseingangsdruck Paw = Plnsp größer als der alveoläre Druck Palv und dieser wiederum größer als der Druck im Pleuraspalt Ppl. Aus diesen Druckverhältnissen folgt, dass der transpulmonale Druck Ppl bei maschineller Beatmung während der Inspiration positiv ist. Während der Exspiration wird der Atemwegeingang mit einem Atemwegsdruck PExp beaufschlagt, der geringer ist als der alveoläre Druck Palv, so dass Atemgas aus den Alveolen herausströmt. Im Falle eines sehr kleinen Atemwegsdrucks PExp kann es vorkommen, dass am Ende der Exspiration, wenn nur noch sehr wenig Gas in der Lunge vorhanden ist, der Druck im Pleuraspalt Ppl den alveolären Druck Palv in so hohem Maße übersteigt, dass ein Teil der Alveolen der Lunge kollabiert. Der transpulmonale Druck Ptp ist dann negativ.
Das Kollabieren der Alveolen lässt sich verhindern, wenn man auch in der Exspirationsphase den Atemwegeingang mit einem zusätzlichen positiven Druck beaufschlagt. Es liegt dann am Atemwegeingang dauerhaft, d.h. während der Inspirationsphase und auch während der Exspirationsphase ein positiver Atemwegsdruck an. Dieser positive Atemwegsdruck wird als positiver endexspiratorischer Druck oder PEEP bezeichnet.
Der transpulmonale Druck Ptp ist demzufolge eine geeignete Größe zur Einstellung des PEEP. Allerdings ist der transpulmonale Druck Ptp einer unmittelbaren Erfassung nicht zugänglich und lässt sich auch nicht aus den bei maschineller Beatmung regelmäßig erfassten Drücken, wie sie oben beschrieben sind, ermitteln.
In 8 ist in schematischer Weise eine zusätzliche Ballonsonde 46 zur Messung des als ösophagealer Druck P_eso bezeichneten Drucks im Ösophagus 34 gezeigt. Die Ballonsonde 46 hat die Form eines Ballons und ist an einem in den Ösophagus 34 eingeführten Katheter („Ösophaguskatheter“) 48 angebracht. Die Ballonsonde 46 liegt innen an der Wand des Ösophagus 34 an und liefert den in auf den Ösophagus 34 am Ort der Ballonsonde 46 einwirkenden Druck. Dieser Druck entspricht bei geeigneter Lagerung des Patienten in guter Näherung dem Druck Ppl im Pleuraspalt. Die beschriebene Ballonsonde 46 zur Erfassung des ösophagealen Drucks P_eso und der Umgang mit dieser Sonde ist beispielsweise in Benditt J., Resp. Care, 2005, 50: S. 68-77 beschrieben.
Verfahren zur in vivo Kalibrierung einer Ballonsonde 46 zur Messung des als ösophagealer Druck bezeichneten Drucks im Ösophagus 34 und die Verwendung einer solchen Ballonsonde 46 bei der automatisierten Beatmung eines Patienten werden in der Patentanmeldung DE 10 2021 104 993 A1 der Anmelderin beschrieben.
Die Beatmungsvorrichtung 10 umfasst auch ein erfindungsgemäßes Charakterisierungssystem 60, das es ermöglicht, den Ösophaguskatheter 48 ex vivo, d.h. bevor er in den Ösophagus 34 des Patienten eingeführt wird, zu charakterisieren und ggf. zu klassifizieren, wie es zuvor unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben worden ist.
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

WO 2014/037175 A1 [0009]
DE 102021104993 A1 [0267]

Claims

Verfahren zur automatisierten ex vivo Charakterisierung eines Ösophaguskatheters (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks umfassend folgende Schritte: - Befüllen des Ösophaguskatheters (48) mit einem Messfluid ex vivo, insbesondere vor Platzieren des Ösophaguskatheters (48) in einem Ösophagus; - Erfassen eines im Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks; - Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft anhand des erfassten Drucks; und - Speichern wenigstens der für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die charakteristische Eigenschaft als eine einem bestimmten Druck im Ösophaguskatheter (48) zugeordnete charakteristische Kenngröße erfasst und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Bestimmung der wenigstens einen für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft beim Erfassen des im Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks eine vorbestimmte Füllmenge, d.h. eine vorbestimmte Menge an Messfluid im Ösophaguskatheter (48), eingestellt wird und der zeitliche Verlauf des Drucks erfasst wird oder die Füllmenge zwischen einem Startwert und einem Endwert eines Messbereichs zur Bestimmung der charakteristischen Eigenschaft verändert wird und bei jedem der sich auf diese Weise ergebenden Messpunkte ein jeweils von einem Drucksensor (63) erfasster Druck im Ösophaguskatheter (48) aufgenommen und der jeweiligen Füllmenge zugeordnet wird, und wobei die charakteristische Eigenschaft für den Ösophaguskatheter (48) anhand der aufgenommenen Drücke und der jeweils zugeordneten Füllmenge bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zur Bestimmung der wenigstens einen für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft herangezogene Startwert einer Füllmenge entspricht, die größer als eine Obergrenze des jeweiligen Messbereichs für den Ösophaguskatheter (48) ist, oder einer Füllmenge entspricht, die kleiner als eine Untergrenze des jeweiligen Messbereichs für den Ösophaguskatheter (48) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei für eine jeweils eingestellte vorbestimmte Füllmenge oder für einen jeweiligen Messpunkt zwischen dem Startwert und dem Endwert eine Mehrzahl von Messwerten für den Druck im Ösophaguskatheter (48) ermittelt werden und wobei anhand der Mehrzahl von Messwerten ein Durchschnitt und eine statistische Streuung für den Messwert oder eine daraus abgeleitete Größe bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Schrittweite zwischen aufeinanderfolgenden folgenden Messpunkten in adaptiver Weise bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die charakteristische Eigenschaft eine oder mehrere aus einer oberen Füllmenge (N_full) des Ösophaguskatheters (48), einer Füllmenge (N_max) des Ösophaguskatheters (48), die einer Obergrenze eines linearen Bereichs (50) entspricht, einer Füllmenge (N_min) des Ösophaguskatheters (48), die einer Untergrenze eines linearen Bereichs (50) entspricht, einer Nenn-Füllmenge (N_default) des Ösophaguskatheters (48), einem Systemvolumen (V_sys) des Ösophaguskatheters (48), einem Strömungswiderstand (R_Flow) des Ösophaguskatheters (48) und einer Leckagerate des Ösophaguskatheters (48) umfasst, wobei die charakteristische Eigenschaft insbesondere ein n-Tupel ist, dessen Komponenten n der zuvor genannten Eigenschaften sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die charakteristische Eigenschaft eine Leckagerate des Ösophaguskatheters (48) umfasst, wobei die Leckagerate des Ösophaguskatheters (48) insbesondere bei einem vorbestimmten Überdruck (p_op) oder bei einem vorbestimmten Unterdruck (p_up) im Ösophaguskatheter (48) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die charakteristische Eigenschaft ein Systemvolumen (V_sys) des Ösophaguskatheters (48) umfasst, wobei das Systemvolumen (V_sys) das Volumen des Ösophaguskatheters (48) bei vollständig kollabierter Ballonsonde (46) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren umfasst, Abpumpen von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter (48), bis im Ösophaguskatheter (48) ein erster Unterdruck (p_u1) erreicht wird; Einleiten von Messfluid in den Ösophaguskatheter (48), bis im Ösophaguskatheter (48) ein zweiter Unterdruck (p_u2) erreicht wird; Zuordnen einer aktuellen zweiten Füllmenge (N_u2) des Ösophaguskatheters (48) zu dem zweiten Unterdruck (p_u2); und Bestimmen des Systemvolumen (V_sys) des Ösophaguskatheters (48) aus der Änderung der Füllmenge (ΔN) bei der Änderung des Unterdrucks von dem ersten Unterdruck (p_u1) auf den zweiten Unterdruck (p_u2).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Unterdruck (p_u1) 15 hPa bis 25 hPa, insbesondere 20 hPa, unter dem Umgebungsdruck (p_amb) liegt, und wobei der zweite Unterdruck (p_u2) 5 hPa bis 15 hPa, insbesondere 10hPa, unter dem Umgebungsdruck (p_amb) liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren umfasst, Abpumpen von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter (48), bis im Ösophaguskatheter (48) ein erster Unterdruck (p_u1) erreicht wird; Einleiten von Messfluid in den Ösophaguskatheter (48), bis im Ösophaguskatheter (48) ein zweiter Unterdruck (p_u2) erreicht wird; Zuordnen einer aktuellen zweiten Füllmenge (N_u2) des Ösophaguskatheters (48) zu dem zweiten Unterdruck (p_u2); Einleiten von Messfluid in den Ösophaguskatheter (48), bis im Ösophaguskatheter (48) ein dritter Unterdruck (p_u3) erreicht wird; Zuordnen einer aktuellen dritten Füllmenge (N_u3) des Ösophaguskatheters (48) zu dem dritten Unterdruck (p_u3); und Bestimmen des Systemvolumen (V_sys) des Ösophaguskatheters (48) aus der Änderung der Füllmenge (ΔN) bei der Änderung des Unterdrucks von dem zweiten Unterdruck (p_u2) auf den dritten Unterdruck (p_u3).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Unterdruck (p_u1) 25 hPa bis 35 hPa, insbesondere 30 hPa, unter dem Umgebungsdruck (p_amb) liegt, wobei der zweite Unterdruck (p_u2) 15 hPa bis 25 hPa, insbesondere 20 hPa, unter dem Umgebungsdruck (p_amb) liegt, und wobei der dritte Unterdruck (p_u3) 5 hPa bis 15 hPa, insbesondere 10 hPa, unter dem Umgebungsdruck (p_amb) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die charakteristische Eigenschaft einen Strömungswiderstand (R_Flow) des Ösophaguskatheters (48) umfasst und wobei das Verfahren insbesondere umfasst: Einstellen eines vorbestimmten Füllstandes im Ösophaguskatheter (48); Ändern der Füllmenge im Ösophaguskatheter (48) mit einem großen zeitlichen Gradienten, insbesondere durch Abpumpen oder Einleiten von Messfluid aus bzw. in den Ösophaguskatheter (48), wobei sich eine von einem Flusssensor (62) erfasste Flussrate (q) zeitlich stark ändert, so dass sich der im Ösophaguskatheter (48) erfasste Druck (P_eso) zeitlich ebenfalls schlagartig ändert; Erfassen der Flussrate (q) und des Drucks (P_eso); Bestimmen einer zeitlichen Änderung (dq) der Flussrate (q) und einer zeitlichen Änderung (dp) des Drucks (p); Bestimmen des Strömungswiderstandes (R) des Ösophaguskatheters (48) aus der zeitlichen Änderung (dq) der Flussrate (q) und der zeitlichen Änderung (dp) des Drucks (P_eso) oder durch lineare Regression.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die charakteristische Eigenschaft eine Obergrenze (N_max) und eine Untergrenze (N_min) eines linearen Bereichs der Füllmenge (N) des Ösophaguskatheters (48) umfasst, in dem sich der Druck (P_eso) innerhalb des Ösophaguskatheters (48) im Wesentlichen linear mit der Füllmenge (N) ändert, wobei das Verfahren insbesondere umfasst: eine obere Füllmenge (N_full) des Ösophaguskatheters (48) einzustellen; die Füllmenge (N) im Ösophaguskatheter (48) schrittweise oder kontinuierlich zu reduzieren und dabei wiederholt den Druck (P_eso) und eine zugehörige Änderung der Füllmenge (ΔN) im Ösophaguskatheter (48) gegenüber einen vorgegebenen Startwert (N₀) oder gegenüber einem vorangehenden Messpunkt (N_j) zu bestimmen; aus der so bestimmten Beziehung zwischen dem Druck (p) und der Änderung der Füllmenge (ΔN) im Ösophaguskatheter (48) die Obergrenze (N_max) und die Untergrenze (N_min) eines linearen Bereichs (50) der Füllmenge (N) des Ösophaguskatheters (48) zu bestimmen, in dem sich der Druck (P_eso) innerhalb des Ösophaguskatheters (48) im Wesentlichen linear mit der Füllmenge (N) ändert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die obere Füllmenge (N_full) des Ösophaguskatheters (48) eine Füllmenge (N) ist, bei der im Ösophaguskatheter (48) ein vorbestimmter Druck (p_full), insbesondere ein Druck von 15 hPa über dem Umgebungsdruck (p_amb) gemessen wird; und/oder wobei die Füllmenge (N) im Ösophaguskatheter (48) ausgehend von einer oberen Füllmenge (N_full) im Ösophaguskatheter (48) reduziert wird, bis eine vorbestimmte untere Füllmenge (N_bot) insbesondere eine untere Füllmenge (N_bot), bei der ein Unterdruck (P_eso) von zumindest - 5 hPa im Ösophaguskatheter (48) gemessen wird, erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Menge (N) an Messfluid in dem Ösophaguskatheter (48) schrittweise zwischen dem Startwert und dem Endwert verändert wird und in jedem Schritt ein Messwertpaar aus dem Druck (P_eso) im Ösophaguskatheter (48) und einer zugeordneten Änderung der Füllmenge (ΔN) im Ösophaguskatheter (48) bestimmt wird, wobei schrittweises Ändern der Füllmenge (ΔN) Änderungen mit beliebigen Schrittweiten umfasst, insbesondere auch Änderungen mit sehr kleinen Schrittweiten und/oder beliebig kurzen Verweilzeiten bei einem jeweiligen Schritt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Änderung der Füllmenge (ΔN) im Ösophaguskatheter (48) durch Erfassen und/oder Regeln des Massenflusses (q) an Messfluid in den Ösophaguskatheter (48) und/oder aus dem im Ösophaguskatheter (48) bestimmt wird, wobei die Änderung der Füllmenge (ΔN) insbesondere durch Integrieren des Massenflusses (q) über die Zeit (t) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der wenigstens einen für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft ein Messbereich für den Ösophaguskatheter (48) nach Maßgabe des erfassten Drucks (P_eso) im Ösophaguskatheter (48) bestimmt wird; wobei einer jeweiligen charakteristischen Eigenschaft oder einer Gruppe von jeweiligen charakteristischen Eigenschaften jeweils ein eigener Messbereich zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Messzyklen nacheinander ausgeführt werden, wobei jeder Messzyklus insbesondere wenigstens die Schritte des Befüllens des Ösophaguskatheters (48) mit Messfluid ex vivo, insbesondere vor dem Platzieren des Ösophaguskatheters (48) im Ösophagus, und des Erfassens eines in dem Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks (P_eso) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jedem der Messzyklen ein jeweiliger Messbereich zugeordnet ist und ein erster Messbereich für den vorangehenden Messzyklus von einem zweiten Messbereich für den nachfolgenden Messzyklus verschieden ist, wobei der vorangehende Messzyklus insbesondere den Messbereich für den nachfolgenden Messzyklus festlegt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Messpunkten für den vorangehenden Messzyklus und für den nachfolgenden Messzyklus unterschiedlich eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei zwischen einem vorangehenden Messzyklus und einem nachfolgenden Messzyklus keine oder zumindest keine vollständige Entleerung von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter (48) stattfindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst, eine Viskoelastizität des Ösophaguskatheters (48), insbesondere der Ballonsonde (46), zu bestimmen, wobei das Verfahren insbesondere umfasst, eine vorbestimmte Menge (ΔN) an Messfluid in den Ösophaguskatheter (48) einzuleiten, und nach dem Einleiten der vorbestimmten Menge (ΔN) an Messfluid in den Ösophaguskatheter (48) die Zeit zu bestimmen, die benötigt wird, bis sich der durch die Menge (ΔN) an Messfluid in dem Ösophaguskatheter (48) vorgegebene Druck (P_eso) im Ösophaguskatheter (48) auf einen stabilen Wert eingestellt hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zusätzlich umfasst, den Ösophaguskatheter (48) mit wenigstens einer Kennung (45) zu versehen, die der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Kenngröße zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Versehen des Ösophaguskatheters (48) mit einer Kennung (45) umfasst, den Ösophaguskatheter (48) mit einem Barcode (45) oder mit einem QR-Code (45) zu versehen, oder einen RFID-Träger (45) oder einen NFC-Träger (45) an dem Ösophaguskatheter (48) anzubringen.
Charakterisierungssystem (60) zur automatisierten ex vivo Charakterisierung eines in den Ösophagus (34) eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskatheters (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks, insbesondere zur Charakterisierung vor Platzieren der Ballonsonde (46) in einem Ösophagus, wobei das Charakterisierungssystem (60) umfasst: - eine Anordnung zum Befüllen des Ösophaguskatheters (48) mit einem Messfluid vor Platzieren des Ösophaguskatheters (48) in einem Ösophagus, - einen Drucksensor (63) zum Erfassen eines in dem Ösophaguskatheter (48) herrschenden Drucks (P_eso); - eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft anhand des in dem Ösophaguskatheter (48) erfassten Drucks (P_eso); - eine Speichervorrichtung (70) zum Speichern wenigstens der für den Ösophaguskatheter (48) charakteristischen Eigenschaft; und - eine Steuerung (80, 82, 84, 86) zum Ansteuern des Charakterisierungssystems (60), die derart ausgebildet ist, dass das Charakterisierungssystem (60) ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ausführt.
Charakterisierungssystem (60) nach Anspruch 27, ferner aufweisend eine Vorrichtung (72) zum Versehen des Ösophaguskatheters (48) mit wenigstens einer Kennung (45), die der wenigstens einen gespeicherten charakteristischen Eigenschaft zugeordnet ist.
Charakterisierungssystem (60) nach Anspruch 25 oder 26, ferner aufweisend eine Pumpvorrichtung (65), die zum Einleiten von Messfluid in den Ösophaguskatheter (48) und/oder Ableiten von Messfluid aus dem Ösophaguskatheter (48) nach Maßgabe von Steuerbefehlen der wenigstens einen Steuerung (80, 82, 84, 86) ausgebildet ist.
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, ferner aufweisend einen Sensor (62), der zum Erfassen eines Massenflusses (q) an in den Ösophaguskatheter (48) eingeleitetem oder aus dem Ösophaguskatheter (48) entnommenen Messfluid ausgebildet ist.
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, ferner aufweisend wenigstens eine Steuerung (80, 82, 84, 86), die zum Steuern und/oder Regeln eines Massenflusses (q) von in den Ösophaguskatheter (48) eingeleitetem oder von aus den Ösophaguskatheter (48) entnommenen Messfluid ausgebildet ist
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 31 mit einer Leckage-Steuerung (80), die dazu ausgebildet ist, das Charakterisierungssystem (60) derart anzusteuern, dass es ein Verfahren (300) zum Bestimmen einer Leckagerate des Ösophaguskatheters (48) ausführt.
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 32 mit einer Systemvolumen-Steuerung (82), die dazu ausgebildet ist, das Charakterisierungssystem (60) derart anzusteuern, dass es ein Verfahren (500) zum Bestimmen eines Systemvolumens (V_sys) des Ösophaguskatheters (48) ausführt.
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 33 mit einer Strömungswiderstand-Steuerung (84), die dazu ausgebildet ist, das Charakterisierungssystem (60) derart anzusteuern, dass es ein Verfahren (200) zum Bestimmen eines Strömungswiderstandes (R_Flow) des Ösophaguskatheters (48) ausführt.
Charakterisierungssystem (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 34 mit einer Messbereichsbestimmungs-Steuerung (86), die dazu ausgebildet ist, das Charakterisierungssystem (60) derart anzusteuern, dass es ein Verfahren (400) zum Bestimmen einer Obergrenze (N_max) und einer Untergrenze (N_min) eines linearen Bereichs (50), in dem sich der Druck (P_eso) innerhalb des Ösophaguskatheters (48) im Wesentlichen linear mit der Menge (N) von Fluid im Ösophaguskatheter (48) ändert, ausführt.
Beatmungsvorrichtung (1), umfassend ein Charakterisierungssystem (60) zur automatisierten Charakterisierung von in den Ösophagus (34) eines zu beatmenden Patienten einführbaren Ösophaguskathetern (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks (P_eso), insbesondere zur Vorbereitung der Ösophaguskatheter (48) für den Einsatz bei maschineller Beatmung mittels der Beatmungsvorrichtung, nach einem der Ansprüche 27 bis 35.
Ösophaguskatheter (48) mit Ballonsonde (46) zum Einführen in den Ösophagus (34) eines zu beatmenden Patienten zur Bestimmung eines ösophagealen Drucks (P_eso) bei maschineller Beatmung mittels eines Beatmungsgeräts, aufweisend: - eine in den Ösophagus (34) eines zu beatmenden Patienten einführbare Ballonsonde (46), die mit einem Messfluid beaufschlagbar ist, und - eine Schnittstelle (6b) zum Anschluss eines Charakterisierungssystems (60) nach einem der Ansprüche 27 bis 35, wobei die Schnittstelle (6b) derart ausgebildet ist, dass das Charakterisierungssystem (60) in der Lage ist, über die Schnittstelle (6b) wenigstens eine für den Ösophaguskatheter (48) charakteristische Eigenschaft zu ermitteln.
Ösophaguskatheter (48) nach Anspruch 37, ferner aufweisend wenigstens eine Kennung, die der wenigstens einen abgespeicherten charakteristischen Eigenschaft zugeordnet ist.