DE202004001776U1

DE202004001776U1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der lokalen Lungenventilation

Info

Publication number: DE202004001776U1
Application number: DE200420001776
Authority: DE
Original assignee: Rueter Dirk Dr-Ing
Current assignee: RUETER, DIRK, DR. ING., DE
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2014-02-06

Abstract

Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der lokalen Lungenventilation, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer oder mehreren Schall-Sendeeinrichtungen zum Aussenden eines von Lungenbereichen des Patienten transmittierbaren oder reflektierbaren Schallsignals, einer oder mehreren Schall-Empfangseinrichtungen zur Wiederaufnahme des Signals und einer Signalverarbeitungseinrichtung die lokalen Ventilationstätigkeiten der Lunge mit einem entsprechenden Signalverlauf visuell dargestellt und in einem Datenspeicher abgelegt werden und permanente oder starke Abweichung der lokalen Lungenaktivitäten bzw. des lokalen Lungenzustandes als Signalabweichung oder Alarm zur Kenntnis gebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung dient der kontinuierlichen und nicht-invasiven Überwachung von Lungenabschnitten, insbesondere bei intensivmedizinisch betreuten Patienten an Beatmungsgeräten. Mit Hilfe von einigen wenigen akusto-elektrischen Wandlern in flacher und gut auf den Thorax applizierbarer Bauform wird bei geeigneten Frequenzen Schallenergie in den Thorax eingestrahlt. Die reflektierte bzw. transmittierte Schallenergie an den Wandlern wird charakteristisch moduliert durch die lokale Ventilation der unter den Wandlern befindlichen Lungensegmente. Die permanent laufende Auswertung der Modulationssignale gibt Aufschluss über gegebenenfalls auffällige Veränderungen der lokalen Lungenfunktion, die in diesem Fall einer weiteren Aufklärung bedürfen.
Hintergrund und Stand der Technik
Bei schweren Erkrankungen, nach Unfällen oder nach operativen Eingriffen – insbesondere auch im Bauchraum – ist für einen Teil der Patienten eine weitere künstliche Beatmung auf der Intensivstation vonnöten. Die Zeiträume an der künstlichen Beatmung können sich über Tage bis Wochen erstrecken.
Dabei kann es als Lungenkomplikation zu einer sogenannten Atelektase kommen, dies entspricht einem meist lokalen Kollaps der Lunge. Der betroffene Bereich der Lunge nimmt dann nicht mehr am Gasaustausch – der Atmung – teil. Neben der so verminderten und veränderten Lungenfunktion besteht bei einer lokalen Atelektase ein deutlich erhöhtes Risiko für eine dann folgende Pneumonie (Lungenentzündung). Eine Pneumonie stellt zumeist eine erhebliche Bedrohung für einen geschwächten Intensivpatienten dar.
Eine Atelektase zeichnet sich im Röntgenbild durch eine Abschattung des betroffenen Lungensegmentes aus. Entsprechend ist die materielle Zusammensetzung der Atelektase anders – nämlich dichter – als die nicht betroffenen Lungenbereiche. In 1a und 1b sind die frontalen Röntgenaufnahmen einer intakten Lunge (1a) und einer Atelektase des rechten unteren Lungenflügels (1b) dargestellt. Zumeist ist bei postoperativen Beatmungspatienten einseitig ein unterer Lungenabschnitt (etwas seltener ein mittlerer Abschnitt) komplett betroffen.
Deshalb werden bei entsprechenden Risikopatienten an der künstlichen Beatmung täglich Röntgenaufnahmen gemacht. Die Röntgenaufnahmen stellen neben der Strahlenbelastung auch einen hohen apparativen Aufwand dar. Zudem kann so in ungünstigen Konstellationen eine Atelektase über 24 Stunden unentdeckt bleiben und dabei schon zu weiteren Komplikationen führen.
Ziel verschiedener Bemühungen ist es, eine kontinuierliche und automatische Überwachung der Lungenventilation zu erreichen. Erfolgsversprechende Ansätze wurden beispielsweise mit den Methoden der Impedanztomografie aufgezeigt, hier kann quasi kontinuierlich ein Querschnittsbild der Lunge erzeugt werden. Die Methode ist wegen des großen Aufwandes und der Komplexität noch nicht in die klinische Praxis vorgedrungen.
Weiterhin kann auch mit Hilfe der Echokardiografie eine Atelektase gefunden werden. Dieses bildgebende Verfahren arbeitet mit Ultraschall im MHz – Bereich, aber ist nur bedingt für Dauerüberwachungen geeignet und wird hierfür kaum verwendet.
Althergebracht wird auch mit manueller Percussion der Thorax überprüft. Das Verfahren basiert auf mehr oder weniger „dumpfen" bzw. „gedämpften" Klopfgeräuschen (Frequenzen unterhalb 1 kHz) und ist sehr von der Erfahrung des durchführenden Arztes abhängig. Percussion ist teilweise subjektiv, nicht genau reproduzierbar und insbesondere nicht als Dauerüberwachung geeignet.
Beschreibung der Erfindung
Zweck dieser Erfindung ist es, mit Hilfe von einigen nur wenige cm großen elektro-akustischen Sendern und Empfängern (beide einheitlich bezeichnet als elektroakustischer Wandler Teil 1 in 2, nachfolgend kurz 2-1) – äußerlich ähnlich den gängigen EKG Elektroden und so auch mit Klebestreifen/Vakuumsauger auf den Thorax über den kritischen Lungensegmenten angebracht – eine akustische Signalmodulation entsprechend der lokalen Ventilation der kritischen Lungensegmente aufzunehmen und über Kabel (2-2) an ein Auswerte- und Signalisierungsgerät (2-3) weiterzuleiten.
Die elektroakustischen Wandler (EAW) 2-1 sind äußerlich so am Thorax angeordnet, dass entweder die Schallwellen vom Lungengewebe reflektiert und wieder aufgenommen werden, oder dass die Schalltransmission des Lungengewebes des jeweiligen Lungenflügels aufgenommen wird. Im letzteren Fall kann auch eine Anbringung der EAW am seitlichen Thorax bzw. im Rückenbereich angezeigt sein.
Durch bauliche Zusammenfassung von EAW zu kompakten und flachen Funktionsgruppen 3-1 entsprechend 3 kann ein leichteres Handling und eine übersichtlichere Verkabelung erreicht werden.
Die EAW 2-1, 3-1 basieren charakteristischerweise auf Piezotechnologie und/oder gängigen Elektret-Mikrophonen.
Als charakteristische Arbeitsfrequenz der EAW 2-1, 3-1 und des Auswertegerätes 2-3, 3-3 im Sinne der Erfindung wird bevorzugt der untere Ultraschallbereich gewählt. Hier geeignet sind Frequenzen schon ab etwa 10 kHz (denn ab hier nimmt die Hörempfindlichkeit des menschlichen Ohrs stark ab, eine Geräuschbelästigung ist weniger wahrnehmbar). Die Modulationsempfindlichkeit des Schallsignals auf partielle Ventilationsaktivität der Lunge nimmt mit zunehmender Frequenz zu und ist brauchbar auswertbar schon zwischen 10 und 50 kHz. Der Frequenzbereich unterscheidet sich deutlich von der verbreiteten Ultraschall-Echokardiografie im Frequenzbereich von etwa 1 bis 10 MHz.
4 ist ein Spektrogramm und illustriert den aufgenommenen Schall-Signalverlauf entsprechend 2 für ein EAW-Paar auf dem linken unteren Lungenflügel. Als akustisches Eingangssignal ist hier ein breitbandiges Rauschen gewählt. Bei leichter Atemtätigkeit (d. h. normale und gleichmäßige Atmung in Ruhe in Liegeposition) wird das übertragene Schallsignal deutlich im Takt der Atemfrequenz moduliert. Eine Schwärzung entspricht einer höheren Signalintensität. Offensichtlich werden bevorzugt Frequenzen oberhalb von 12 kHz übertragen. Die Modulation im Takt der Atmung ist sowohl in der einfachen Intensitätsdarstellung des Signals (oben, 4-1, 4-2) als auch in der Spektraldarstellung (Hauptfeld, 4-3, 4-4) klar erkennbar. Jede Änderung der lokalen (hier des rechten unteren Lungenlappens) Ventilation – und insbesondere auch eine Atelektase – führt zu einer deutlichen Signalveränderung. Zusätzlich ist auch der Herzschlag bzw. Puls in der Spektraldarstellung ersichtlich (4-5).
Das Auswerte- und Signalisierungsgerät (2-3, 3-3) dient der Erzeugung, Wiederaufnahme, Auswertung, Speicherung, Visualisierung (z.B. entsprechend 4-1) der lokalen Schallsignale bzw. Lungenfunktion und führt eine Alarmierung aus, sobald kritische Abweichungen im Signal oder in der Signalmodulation persistent auftreten. Als erzeugtes Schallsignal für die Anregung des EAW (2-1,3-1) kommt Rauschen innerhalb einer selektierten Bandbreite (z. B. 10...30 kHz) oder auch ein Sinus-, Sweep- bzw. Pulssignal in Frage. In der Signalauswertung werden die bevorzugten Frequenzanteile herausgefiltert und einer Bewertung auf Intensität und/oder auf spektrale Verschiebung unterzogen. Kriterien sind die absoluten Intensitäten und Spektrallagen, sowie deren relative Verschiebung im Rhythmus der Atmung. Heute verbreitet verfügbare Signalprozessortechnologie kann auch im Auswerte- und Signalisierungsgerät sinnvoll eingesetzt werden.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der lokalen Lungenventilation, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer oder mehreren Schall-Sendeeinrichtungen zum Aussenden eines von Lungenbereichen des Patienten transmittierbaren oder reflektierbaren Schallsignals, einer oder mehreren Schall-Empfangseinrichtungen zur Wiederaufnahme des Signals und einer Signalverarbeitungseinrichtung die lokalen Ventilationstätigkeiten der Lunge mit einem entsprechenden Signalverlauf visuell dargestellt und in einem Datenspeicher abgelegt werden und permanente oder starke Abweichung der lokalen Lungenaktivitäten bzw. des lokalen Lungenzustandes als Signalabweichung oder Alarm zur Kenntnis gebracht wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen in flacher Bauform und mit wenigen cm Durchmesser ausgeführt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen mit elastischen Textilbändern, Gummis, Klebefilm oder Vakuum an den Thorax befestigt werden
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Frequenzbereich für die Schallsignale bevorzugt der untere Ultraschallbereich von 5 – 200 kHz zur Anwendung kommt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schallsende- und Empfangseinrichtungen zu wenigen an den Thorax über den Lungenflügeln applizierbaren und kompakten Baugruppen zusammengefasst werden.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und/oder Empfangseinrichtungen Piezoelemente enthalten.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Signalverarbeitungseinrichtung ein Schallsignal als Rauschen innerhalb einer selektierten Bandbreite (z. B. 10...30 kHz) oder auch ein Sinus-, Sweep- bzw. Pulssignal erzeugt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Signalauswertung des Empfangssignals die bevorzugten Frequenzanteile herausgefiltert und einer Bewertung auf Intensität, Intensitätsänderung und/oder auf spektrale Verschiebung unterzogen werden.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen sowie deren Kabelverbindungen aus temperaturbeständigen Materialien aufgebaut sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schnittstelle aufweist, über die sie mit einem Rechner, einem Telekommunikationsgerät oder einem Drucker kommunizieren kann.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung auf Signalprozessortechnologie basiert.