DE10222176B4

DE10222176B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts

Info

Publication number: DE10222176B4
Application number: DE10222176A
Authority: DE
Inventors: Norbert Prof. Dr. Weiler; Wolfgang Prof. Dr. Heinrichs; Thomas Semmel-Griebeler; Oliver Dr. Noll
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2002-05-18
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2022-05-19
Also published as: DE10222176A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten (7) mit folgenden Schritten:
a) Der arterielle Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ im Blutkreislauf des Patienten (7) werden zunächst gemessen,
b) der inspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und der exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ im Beatmungskreislauf von Beatmungsgerät und Patient (7) werden gemessen,
c) ein arterieller Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° und ein arterieller Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc° werden aus den in Schritt b) gemessenen Werten unter Berücksichtigung der Massenerhaltung des Sauerstoffs O₂ und der Massenerhaltung des Kohlendioxids CO₂ berechnet, wobei vorgegebene Werte für die drei Lungenanteile des funktionellen Lungenmodells nach Bohr-Riley und die Werte des vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks P_inO₂ zugrunde gelegt werden,
d) aus dem gemessenen arteriellen Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und dem berechneten arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° sowie aus dem gemessenen arteriellen Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ und dem berechneten arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc° werden jeweils die Differenzen (P_aO₂)_calc° – P_aO₂ und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten.
Die Beatmung eines Patienten dient vorrangig dazu, ihm ausreichend Atemgas zuzuführen, das heißt, ihn mit einem adäquaten arteriellen Sauerstoffpartialdruck zu versorgen, und außerdem einen adäquaten arteriellen Kohlendioxidpartialdruck herbeizuführen. Dies kann in der Weise geschehen, dass man die Einstellung von Parametern am Beatmungsgerät, wie zum Beispiel die inspiratorische Sauerstoffkonzentration, das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz, auf der Grundlage der für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck ermittelten Werte vornimmt. Die Bestimmung dieser beiden Blutgaswerte erfolgt meistens in regelmäßigen zeitlichen Abständen durch Blutentnahme beim Patienten und anschließende Blutanalyse auf der Krankenstation oder in einem Labor. Der Transport der Blutprobe sowie die Analyse der Blutprobe kann einige Minuten bis hin zu einer halben Stunde in Anspruch nehmen. Die ermittelten Blutgaswerte sind somit um diese Zeitspanne veraltet.
Eine Messung der arteriellen Blutgaswerte online mit am Patienten angebrachten Sensoren wird in der US 6,064,899 beschrieben. Die Sensoren werden vom Patienten jedoch als Fremdkörper empfunden, und ihre Einsatzdauer ist auf etwa 72 Stunden begrenzt. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise hoher finanzieller und personeller Aufwand erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein Beatmungsgerät auf einen damit beatmeten Patienten kontinuierlich und schonend eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 4.
Das Beatmungsgerät versorgt den Patienten mit Atemgas, wobei ein bestimmter Atemgasvolumenstrom d/dt V sowie ein inspiratorischer Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ für das Beatmungsgerät vorgegeben sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ bei dem Beatmungsgerät auf den damit beatmeten Patienten ein. Zunächst werden hierfür der arterielle Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ im Blutkreislauf des Patienten gemessen. Das kann durch eine Sensoreinheit geschehen, die mit einem Blutgefäß des Patienten in Verbindung steht. Dieser Messvorgang dient der Kalibrierung, denn in den darauffolgenden Schritten werden die betreffenden Werte berechnet und nicht mehr gemessen.
Weiterhin werden von einem ersten Sensor im Inspirationszweig der inspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und von einem zweiten Sensor im Exspirationszweig der exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ im Beatmungskreislauf gemessen, der das Beatmungsgerät und den Patienten umfasst. Dies kann auch patientennah mit einem einzigen Sensor erfolgen, der die Atemphasen unterscheiden kann. Diese Werte fließen in die Berechnung eines arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (P_aO₂)_calc° und eines arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (P_aCO₂)_calc° ein. Die Berechnungen werden durchgeführt von einer Auswerte- und Steuereinheit, welche die von der Sensoreinrichtung, dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor gemessenen Werte empfängt.
Es werden jeweils die Massenerhaltung des Sauerstoffs und die des Kohlendioxids im Körper des Patienten beim Übergang vom Beatmungskreislauf in den Blutkreislauf berücksichtigt. Aus der Differenz des exspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks P_exCO₂ und des inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ lässt sich die Menge an Kohlendioxid bestimmen, die vom Patienten aufgenommen und in seinen Blutkreislauf abgegeben wird. Sie muss genau der Menge an Kohlendioxid entsprechen, die sich aus der Differenz der venösen zur arteriellen Blutgasbindung C_vCO2 – C_aCO2 für Kohlendioxid ergibt. Die Blutgasbindungen C_vCO2 und C_aCO2 sind kohlendioxidspezifisch und hängen darüber hinaus vom Blutdruck, von der Temperatur, dem pH-Wert und dem Hämoglobingehalt des Blutes als Parametern ab. Diese Parameter sind bekannt durch Schätzung oder vorherige Messung und müssen daher nicht ständig neu ermittelt werden. Für den Sauerstoff stellt man Gleichungen in analoger Weise auf. Hier wird jedoch nicht die Differenz aus inspiratorischem Sauerstoffpartialdruck und exspiratorischem Sauerstoffpartialdruck berechnet, sondern diese Differenz wird geschätzt aus der Differenz, die man im Fall des Kohlendioxids gebildet hat und die durch den sogenannten respiratorischen Quotienten dividiert wird. Der respiratorische Quotient ist eine patientenspezifische Größe und wird zum Beispiel mit dem Wert 0,8 angenähert.
Wenn die Massenerhaltung des Sauerstoffs und die des Kohlendioxids beim Übergang vom Beatmungskreislauf in den Blutkreislauf des Patienten berücksichtigt wird, so geht man von einem Lungenmodell nach Bohr-Riley aus, welches die Lunge des Patienten nach funktionellen Gesichtspunkten in drei Lungenanteile unterteilt: einen sogenannten Normalbereich, der vom Beatmungskreislauf ventiliert und vom Blutkreislauf perfundiert wird, einen sogenannten Kurzschlussbereich, der nicht ventiliert, sondern nur perfundiert wird, und einen sogenannten Totraum, der ventiliert und nicht perfundiert wird. Beim Bilanzieren der Massenanteile des Sauerstoffs und des Kohlendioxids, welche durch den Beatmungskreislauf zugeführt werden, sind der Normalbereich und der Totraum der Lunge zu berücksichtigen. Für die Massenanteile des Sauerstoffs und des Kohlendioxids, die durch den Blutkreislauf abgeführt werden, sind der Normalbereich und der Kurzschlussbereich zu berücksichtigen. Eine ausführliche Erläuterung des Lungenfunktionsmodells nach Bohr-Riley ist beispielsweise in Brunner, JX; Wolff, G.: „Pulmonary Function Indices in Critical Care Patients", Berlin, Springer-Verlag 1988, auf Seite 37 bis 39 zu finden.
Für die drei Lungenanteile dieses Lungenfunktionsmodells werden zunächst Werte vorgegeben. Bei diesen Werten handelt es sich jeweils um den Anteil des Normalbreichs, des Kurzschlussbereichs und des Totraums an der gesamten Ventilation im Beatmungskreislauf und an der gesamten Perfusion im Blutkreislauf.
Ferner fließen in die Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (P_aO₂)_calc° und des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (P_aCO₂)_calc° die Werte des vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks P_inO₂ ein, die zuvor am Beatmungsgerät eingestellt wurden.
In einem weiteren Schritt werden der gemessene arterielle Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und der berechnete arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° sowie der gemessene arterielle Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ und der berechnete arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc° miteinander verglichen. Dies geschieht in der Weise, dass jeweils die Differenzen (P_aO₂)_calc° – PaO₂ und (P_aCO₂)_calc° – P_aCO₂ gebildet werden.
Weichen die Differenzen von Null ab, so werden die Werte, die zu den drei Lungenanteilen des Lungenfunktionsmodells von Bohr-Riley vorgegeben wurden, so angepaßt, dass die Differenzen zu Null werden. Diese Vorgehensweise stellt eine Kalibrierung dar im Hinblick auf die daraufffolgende Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (P_aO₂)_calc sowie des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (P_aCO₂)_calc, die nun aus den zuvor angepaßten Werten für die Lungenanteile und den aktuellen Messwerten für den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ berechnet werden.
Entsprechen der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)calc nicht vorgegebenen Werten (P_aO₂)_soll und (P_aCO₂)_soll, so steuert die Auswerte- und Steuereinheit das Beatmungsgerät in der Weise an, dass der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V und der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO₂ verändert werden und der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc infolge dieser Änderung die vorgegebenen Werte (P_aO₂)_soll und (P_aCO₂)_soll annehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V erhöht, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (P_aCO₂)_soll liegt. Umgekehrt wird der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V vermindert, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (P_aCO₂)_soll liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ erhöht, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (P_aO₂)_soll liegt. Umgekehrt wird der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ vermindert, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (P_aO₂)_soll liegt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten ist die Durchführung des oben angegebenen Verfahrens möglich.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eine Speichereinheit, mit der die von der Auswerte- und Steuereinheit gemessenen und berechneten Werte gespeichert werden können. Damit ist es beispielsweise möglich, schon am Anfang einen geeigneten Atemgasvolumenstrom d/dt V und einen geeigneten inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ am Beatmungsgerät einzustellen und die Werte für die drei Lungenanteile so vorzugeben, dass sie beim Kalibrieren nur noch geringfügig angepasst werden müssen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und wird im Folgenden näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts und einen beatmeten Patienten 7. Der Patient 7 ist an ein in der Figur nicht abgebildetes Beatmungsgerät angeschlossen. Der das Beatmungsgerät und den Patienten 7 umfassende Beatmungskreislauf umfasst einen Inspirationszweig 5 und einen Exspirationszweig 6. Ein erster Sensor 1 im Inspirationszweig 5 misst den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂, und ein zweiter Sensor 2 im Exspirationszweig 6 misst den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂. Die beiden Sensoren 1, 2 können in einer einzigen Einheit patientennah angeordnet sein. Die von den beiden Sensoren 1, 2 gemessenen Werte werden als Signale an eine Auswerte- und Steuereinheit 4 weitergeleitet, die darüber hinaus Signale einer Sensoreinheit 3 empfängt, die die Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ im Blutkreislauf des Patienten 7 misst. Die beiden Sensoren 1, 2 messen kontinuierlich, die Sensoreinheit 3 misst einmalig zu Beginn des Verfahrens zur Einstellung des Beatmungsgeräts auf den Patienten 7. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 berechnet aus den empfangenen Signalen Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc°. In darauffolgenden Schritten werden aus den von den Sensoren 1, 2 gemessenen aktuellen Werten für den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ weitere Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc berechnet. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 ist mit einem nicht abgebildeten Beatmungsgerät verbunden, von welchem sie die eingestellten Werte für den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ empfängt. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 steuert das Beatmungsgerät an, wobei die Werte für den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ in Abhängigkeit von den berechneten Werten für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck ((P_aCO₂)_calc angepaßt werden.

Claims

Verfahren zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten (7) mit folgenden Schritten: a) Der arterielle Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ im Blutkreislauf des Patienten (7) werden zunächst gemessen, b) der inspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und der exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ im Beatmungskreislauf von Beatmungsgerät und Patient (7) werden gemessen, c) ein arterieller Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° und ein arterieller Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc° werden aus den in Schritt b) gemessenen Werten unter Berücksichtigung der Massenerhaltung des Sauerstoffs O₂ und der Massenerhaltung des Kohlendioxids CO₂ berechnet, wobei vorgegebene Werte für die drei Lungenanteile des funktionellen Lungenmodells nach Bohr-Riley und die Werte des vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks P_inO₂ zugrunde gelegt werden, d) aus dem gemessenen arteriellen Sauerstoffpartialdruck P_aO₂ und dem berechneten arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc° sowie aus dem gemessenen arteriellen Kohlendioxidpartialdruck P_aCO₂ und dem berechneten arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc° werden jeweils die Differenzen (P_aO₂)_calc° – P_aO₂ und (P_aCO₂)_calc° – P_aCO₂ gebildet, e) die in Schritt c) zugrunde gelegten Werte für die drei Lungenanteile werden so angepaßt, dass die in Schritt d) gebildeten Differenzen (P_aO₂)_calc° – P_aO₂ und (P_aCO₂)_calc° – P_aCO₂ jeweils zu Null werden, f) der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V und der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ werden so verändert, dass der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc sowie der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc, die aus den in Schritt e) angepaßten Werten für die Lungenanteile und den aktuellen Messwerten für den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_inCO₂ und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P_exCO₂ berechnet werden, vorgegebene Werte (P_aO₂)_soll und (P_aCO₂)_soll annehmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V erhöht wird, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (P_aCO₂)_soll liegt und der von dem Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V vermindert wird, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (P_aCO₂)_calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (P_aCO₂)_soll liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) der vom Beatmungsgerät zugeführte inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ erhöht wird, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (P_aO₂)_soll liegt und der von dem Beatmungsgerät zugeführte inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P_inO₂ vermindert wird, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (P_aO₂)_soll liegt.
Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten (7) mit: a) einer Sensoreinrichtung (3) zur Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks P_aO₂ und des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks P_aCO₂, b) einem ersten Sensor (1) zur Messung des inspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks P_inCO₂ und einem zweiten Sensor (2) zur Messung des exspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks P_exCO₂ des beatmeten Patienten (7), c) einer mit der Sensoreinrichtung (3), dem ersten Sensor (1) und dem zweiten Sensor (2) verbundene Auswerte- und Steuereinheit (4) zur Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (P_aO₂)_calc und des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (P_aCO₂)_calc und zur Steuerung des vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks P_inO₂ in Abhängigkeit von den für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (P_aO₂)_calc und den arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (P_aCO₂)_calc berechneten Werten.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinheit zur Speicherung der von der Auswerte- und Steuereinheit (4) gemessenen und berechneten Werte vorgesehen ist.