DE19809867C1

DE19809867C1 - Verfahren zur Bestimmung der Compliance von Teilen eines Atemgas-Kreislaufsystems

Info

Publication number: DE19809867C1
Application number: DE19809867A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Sauer
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draeger Medical GmbH
Priority date: 1998-03-07
Filing date: 1998-03-07
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-03-08

Abstract

Es soll ein Verfahren zur Ermittlung der Volumendehnbarkeit (Compliance) von Atemschläuchen (3, 4) eines geschlossenen Atemkreislaufes angegeben werden, welche über Ventile (5, 6), die den Atemgasfluß steuern, mit einer Volumen-Verschiebevorrichtung (8) verbunden sind, wobei mit der Volumenverschiebevorrichtung (8), durch Verschieben eines beweglichen Wandteils (10), eine der Wegstrecke der Verschiebung direkt proportionale Volumenänderung erzeugt wird und die durch die Volumenveränderung verursachte Druckänderung im Atemkreislauf (1) mit einem Drucksensor (14) erfaßt wird. Das Verfahren besteht aus den Schritten, DOLLAR A bei zumindest einem geöffneten Ventil (5, 6), ausgehnd von einem ersten Druck p¶1¶, das Wandteil (10) bis zum Erreichen eines vorbestimmten zweiten Druckes p¶2¶ um eine erste Wegstrecke s¶1¶ zu verschieben, ein zur ersten Wegstrecke s¶1¶ proportionales erstes Volumen V¶1¶ zu bestimmen, DOLLAR A in Öffnungsstellung befindliche Ventile (5, 6) zu schließen und durch Verschieben des Wandteils (10) um eine zweite Wegstrecke s¶2¶, den Druck, ausgehend vom zweiten Druck p¶2¶, auf den ersten Druck p¶1¶ abzusenken, und ein zur zweiten Wegstrecke s¶2¶ proportionales zweites Volumen V¶2¶ zu ermitteln, DOLLAR A aus den Volumina und den Druckwerten ein Differenzvolumen V¶1¶ minus V¶2¶ und einen Differenzdruck p¶2¶ minus p¶1¶ zu bilden und DOLLAR A die Volumendehnbarkeit aus einem Quotienten von Differenzvolumen und Differenzdruck zu errechnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Atemgaskreissysteme von Beatmungsgeräten besitzen im allgemeinen ein wesentlich größeres internes Gasvolumen, als dem Patienten pro Inspirationshub zugeführt wird. Dieses Volumen setzt sich im wesentlichen aus dem Volumen der atemgasführenden Kanäle, dem Innenvolumen des Kohlendioxyd-Absorbers sowie dem Volumen der elastischen Komponenten, wie zum Beispiel der Atemschläuche, zusammen. Bei den elastischen Komponenten tritt eine zusätzliche Volumenveränderung dadurch ein, daß diese bei Druckbeaufschlagung ihren Innendurchmesser vergrößern. Dieser Effekt ist besonders bei der Inspiration zu beobachten. Bei der Ermittlung des dem Patienten zugeführten Einatemvolumens müssen diese, auf die Volumendehn barkeit (Compliance) zurückzuführenden Effekte berücksichtigt werden. Die sogenannte "Gesamtcompliance" des Atemgaskreissystems setzt sich dabei aus der Druck-/Volumenänderung des internen Gasvolumens und der Volumendehnbarkeit der elastischen Komponenten zusammen. Da die Atemvolumen-Messung häufig exspirationsseitig an einer Verbindungsstelle zwischen dem Ausatemschlauch und dem Exspirationsventil durchgeführt wird, wirkt sich die Volumendehnbarkeit der Atemschläuche auf die Volumenmessung besonders dann stark aus, wenn kleine Hubvolumina appliziert werden, wie dieses zum Beispiel bei der Beatmung von Kleinkindern der Fall ist.

Aus der DE 39 00 276 A1 ist ein Beatmungsgerät mit geschlossenem Atemkreislauf bekannt, bei welchem eine Kolben-Zylinder-Einheit als Volumenverschiebevorrichtung für die Beförderung des Atemgases im Atemkreislauf sorgt. Richtungsventile lenken den Gasfluß vom Inspirationszweig in den Exspirationszweig. In der Nähe der Kolben-Zylinder-Einheit ist ein Drucksensor an den Atemkreislauf angeschlossen, mit dem der Füllstand des Atemgases im Atemgaskreislauf überwacht wird, um bei Bedarf frisches Atemgas aus einem Reservoir nachfüllen zu können. Der Patient ist über einen Einatemschlauch mit dem Inspirationsventil und über einen Ausatemschlauch mit dem Exspirationsventil verbunden. Zur Ausführung eines Inspirationshubes wird der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit um eine bestimmte Wegstrecke verschoben, die einer Volumenänderung direkt proportional ist. Bei der Exspiration hingegen wird der Kolben durch eine Antriebseinheit wieder um die gleiche Wegstrecke in seine Ausgangslage zurückgefahren, so daß sich der Zylinder mit Ausatemgas füllt. Am Ende des Exspirationshubes wird das während der Inspiration verbrauchte Atemgas aus dem Reservoir nachgefüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Volumendehnbarkeit (Compliance) der Atemschläuche eines geschlossenen Atemkreislaufes auf einfache Weise bestimmt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die im Atemkreislauf ohnehin vorhandenen Richtungsventile, wie das Inspirationsventil und das Exspirationsventil, für die Bestimmung der Volumendehnbarkeit der Atemschläuche benutzt werden können. Das Meßverfahren läuft in der Weise ab, daß zunächst ein Druckaufbau im gesamten Atemsystem unter Einbeziehung der Atemschläuche vorgenommen wird, bei der nachfolgenden Druckentlastung jedoch die Atemschläuche mittels des Inspirationsventils und des geschlossenen Exspirationsventils von den übrigen Komponenten des Atemkreislaufes abgekoppelt werden. Aus einer Differenzbetrachtung, in die die zur Druckerhöhung beziehungsweise Druckentlastung gehörigen Volumina und Druckwerte mit einbezogen sind, läßt sich ein zur Volumendehnbarkeit der Atemschläuche proportionaler Wert bestimmen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann auf einfache Weise vor dem Geräteeinsatz durchgeführt werden, indem der den Atemschläuchen nachgeschaltete Patientenanschluß dichtgesetzt wird und dann mit der Volumenverschiebevorrichtung ein definiertes Volumen in den Atemkreislauf verschoben wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Atemgaskreislauf eines Beatmungsgerätes,

Fig. 2 den Druck im Atemgaskreislauf in Abhängigkeit eines in den Atemgaskreislauf verschobenen Volumens.

Der in der Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Atemgaskreislauf 1 besteht aus, einem Einatemschlauch 2 und einem Ausatemschlauch 4, die von einem Patientenanschluß 2 abzweigen, einem passiven Inspirationsventil 5, einem ansteuerbaren Exspirationsventil 6, einem Kohlendioxyd-Absorber 7 und einer Volumenverschiebevorrichtung 8. Die Volumenverschiebevorrichtung 8 besteht aus einem Zylinder 9 mit einem darin verschiebbaren Kolben 10 und wird daher im folgenden mit Kolben-Zylinder-Einheit 8 bezeichnet. Der Kolben 10 wird von einer Antriebseinheit 11 axial verschoben, wobei die Wegänderung Δs des Kolbens 10 mit einer Wegmeßvorrichtung 12 erfaßt wird. Da die Wandungen des Kolbens 10 und des Zylinders 9 starr sind und zudem, infolge einer Abdichtung 13 zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinder 9, kein Gas nach außen entweichen kann, ist die Wegänderung Δs direkt einer Volumenänderung ΔV proportional. Der Druck p im Atemkreislauf 1 wird mittels eines im Bereich des Zylinders 9 an den Atemkreislauf 1 angeschlossenen Drucksensors 14 erfaßt. Das Exspirationsventil 6, die Wegmeßvorrichtung 12, die Antriebseinheit 11 und der Drucksensor 14 sind an eine zentrale Steuer- und Recheneinheit 15 angeschlossen, von der aus alle Steuer- und Rechenoperationen vorgenommen werden.

Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf des Druckes p im Atemkreislauf 1 in Abhängigkeit von der Wegänderung Δs des Kolbens 10. Die Buchstaben A, B, C kennzeichnen dabei verschiedene Positionen des Kolbens 10.

Das Meßverfahren zur Bestimmung der Volumendehnbarkeit der Atemschläuche 3, 4 soll im folgenden beschrieben werden.

Bei verschlossenem Patientenanschluß 2 wird der Kolben 10 mit der Antriebseinheit 11 auf die Position A gebracht, bei der sich im Atemgaskreislauf 1 ein erster Druck p₁ einstellt. Danach wird der Druck p durch Verschieben des Kolbens 10 auf die Position B auf einen zweiten Druck p₂ erhöht und es wird die von dem Kolben 10 zurückgelegte, zugehörige Wegstrecke s₁ von der Wegmeßeinrichtung 12 erfaßt. In der Steuer- und Recheneinheit 15 wird dann die erste Wegstrecke s₁ in ein zu s₁ proportionales erstes Volumen V₁ umgerechnet. Das Exspirationsventil 6 kann dabei geöffnet oder geschlossen sein, da das Atemgas auch über das Inspirationsventil 5 in die Atemgasschläuche 3, 4 gelangen kann.

Bei geschlossenem Exspirationsventil 6 wird dann der Kolben 10 um die zweite Wegstrecke s₂ zurückgefahren, bis in der Position C der erste Druck p₁ wieder erreicht worden ist. Da das Inspirationsventil 5 als Richtungsventil ausgebildet ist, wirkt sich die Druckerniedrigung zwischen den Punkten B und C nur in dem Teil des Atemkreislaufes 1 aus, der sich zwischen den Ventilen 5, 6 und der Kolben- Zylinder-Einheit 8 befindet, während das von den Atemschläuchen 3, 4 umschlossene Volumen auf dem Niveau des zweiten Druckes p₂ verbleibt. In der Steuer- und Recheneinheit 15 wird dann die zweite Wegstrecke s₂ in ein zu s₂ proportionales zweites Volumen V₂ umgerechnet. In der Steuer- und Recheneinheit 15 befindet sich ein in der Fig. 1 nicht dargestellter Mikroprozeßrechner, mit dem zunächst ein Differenzvolumen V₁ minus V₂ und ein Differenzdruck p₂ minus p₁ gebildet wird. Der Quotient aus dem Differenzvolumen und dem Differenzdruck ist der zur Volumendehnbarkeit - Compliance C - der Atemschläuche 3, 4 proportionale Wert; C = K × (V₁ - V₂)/(P₂ - P₁) mit K als Proportionalitätskonstante.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Volumendehnbarkeit (Compliance) von Atemschläuchen (3, 4) eines geschlossenen Atemkreislaufes, welche über Ventile (5, 6), die den Atemgasfluß steuern, mit einer Volumenverschiebevorrichtung (8) verbunden sind, wobei mit der Volumenverschiebevorrichtung (8) durch Verschieben eines beweglichen Wandteils (10) eine der Wegstrecke der Verschiebung direkt proportionale Volumenänderung erzeugt wird und die durch die Volumenveränderung verursachte Druckänderung im Atemkreislauf (1), im Leitungszug zwischen den Ventilen (5, 6) und der Volumenverschiebevorrichtung (8), mit einem Drucksensor (14) erfaßt wird, gekennzeichnet durch die Schritte,
bei zumindestens einem geöffneten Ventil (5, 6), ausgehend von einem ersten Druck p₁, das Wandteil (10) bis zum Erreichen eines vorbestimmten zweiten Druckes p₂ um eine erste Wegstrecke s₁ zu verschieben, ein zur ersten Wegstrecke s₁ proportionales erstes Volumen V₁ zu bestimmen,
in Öffnungsstellung befindliche Ventile (5, 6) zu schließen und durch Verschieben des Wandteils (10) um eine zweite Wegstrecke s₂ den Druck, ausgehend vom zweiten Druck p₂, auf den ersten Druck p₁ abzusenken und ein zur zweiten Wegstrecke s₂ proportionales zweites Volumen V₂ zu ermitteln,
aus den Volumina und den Drücken ein Differenzvolumen V₁ minus V₂ und einen Differenzdruck p₂ minus p₁ zu bilden und
die Volumendehnbarkeit aus einem Quotienten von Differenzvolumen und Differenzdruck zu errechnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, als Atemschläuche einen Einatemschlauch (3) und einen Ausatemschlauch (4) des Atemkreislaufes (1) zu verwenden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, als Ventile ein Inspirationsventil (5) und ein Exspirationsventil (6) des Atemkreislaufes (1) zu verwenden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, als Volumenverschiebevorrichtung eine Kolben-Zylinder-Einheit (8) vorzusehen, bei welcher der Kolben (10) das bewegliche Wandteil ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, zur Bestimmung der Verschiebung des Kolbens 10, eine Wegmeßvorrichtung 12 vorzusehen.