DE2744327C2

DE2744327C2 - Beatmungssytem

Info

Publication number: DE2744327C2
Application number: DE2744327A
Authority: DE
Inventors: Michel Woluwé-Saint-Pierre Demeester
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-10-01
Publication date: 1982-04-15
Also published as: CH618602A5; SE7711223L; SE432879B; GB1581482A; DE2744327A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit Hilfe des mit einem derartigen Beatmungssystems zusätzlich wirkenden Beatmungsgerätes hält man den Atemumsatz eines Patienten in Sauerstoff und Kohlendioxyd aufrecht, und zwar entweder den vorausberechneten Umsatz oder einen aus anderen Gründen gewünschten. Zu diesem Zweck ist eine optimale Anpassung an den Patienten von außerordentlicher Bedeutung.

Bekannt ist ein Beatmungsgerät, welches mittels elektronisch gesteuerter Ventile erlaubt, die Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes nach den erhaltenen Meßgrößen des Patienten während der Beatmung zu steuern und zu regeln. Man benutzt also als Zustandsvariable zur Steuerung und Regelung (geregelte Größe) den Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut des Patienten. Die vom Meßverstärker des Sauerstoffpartialdruckes kontinuierlich aufgenommenen Spannungswerte werden an einen Verstärker weitergeleitet, der die momentanen Spannungswerte mit einem vorgegebenen Wert mit Hilfe eines Potentiometers vergleicht. Der Verstärker steuert mittels eines Verzögerungselementes in Abhängigkeit von den Abweichungen der aktuell gemessenen Spannung von dem vorgegebenen Spannungswert eine vorbestimmte Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes (Regelgroße). Diese vorbekannte

Ausführungsform besitzt den Nachteil, daß die Abweichung des aktuellen Wertes von dem vorgegebenen Wert nicht diagnostiziert wird, so daß die Steuerung der Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes gegebenenfalls auf eine nicht physiologische Art stattfinden würde (Methodik der Beatmung von V. Schulz. Intensivmedizin, 13, Seiten 133 bis 147,1976).

Bekannt ist eine weitere Beatmungsanlage mit einem Beatmungsgerät, das von den von dem Patienten ίο abgenommenen Größen gesteuert und geregelt wird und ein Meßinstrument für die Lungenfunktionswerte aufweist, das mindestens die Compliance und den Atemwegwiderstand mehr als einmal pro Ein- und Ausatmungsphase mißt, und die eine Steuereinrichtung aus einem Rechenteil und einem Steuerteil enthält, die die entscheidenden Meßwerte auswählt und im nächsten Teil der Ein- bzw. Ausatmungsphase eine Atemgasmenge liefert, wie sie das Rechenteil aus den Veränderungen des gerade zurückliegenden Teils der Ein- bzw. Ausatmungsphase ermittelt hat.

Das Beatmungsgerät kann noch einen Analysator für die gasförmigen Komponenten des Blutes enthalten. Die Steuer- und Regeleinheit regelt die Atemgasmenge wie auch ihre Zusammensetzung. Allerdings erlaubt dieses bekannte Beatmungsgerät nicht die Erfassung aller Parameter, die notwendig sind, um eine optimale Anpassung an den Patienten sicherzustellen (DE-OS 25 05 670.5).

Aus einer Veröffentlichung im Rahmen einer wissenschaftlichen Untersuchung ist bekannt, daß man zusätzliche Informationen, die wichtige physiologische Parameter betreffen, zu diagnostischen Zwecken erhalten kann, indem man absichtlich und für eine kurze Zeit die Zusammensetzung des eingeatmeten Gasgemisches stört und die Antwort auf diese Störung in dem ausgeatmeten Gasgemisch mißt. Diese physiologischen Parameter sind durch direkte »passive« Meßverfahren nicht beobachtbar. Diese theoretischen Studien lieferten keine Anweisungen für die Verifizierung einer zuverläs-"0 sigen Steuer- und Regelanlage für ein derartiges Beatmungsgerät (a method to estimate pulmonary gas volume, distribution of ventilation and pulmonary capillary blood-flow in intensive care — von M. Demeester et crs. — Auszug aus »computers in cardiology«, copyright 1975 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Beatmungsgerät der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß man durch absichtliche Änderung der Zusammensetzung des vom Patienten eingeatmeten Gasgemisches zusätzliche Informationen für den Zustand des Patienten erhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Beatmungssystem bietet den Vorteil, daß außer der Regelung des Beatmungsgerätes durch die passiven Änderungen der physiologischen' Parameter, d. h. ohne daß der Patient irgend einer Wirkung oder Tätigkeit unterzogen wäre, eine Regelung gleichfalls durch die aufgezwunge-<;n Veränderungen der physiologischen Werte erfolgt, die aus gewollten wiederholbaren Störungen der Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes resultieren. Dies gibt die Möglichkeit, sich bezüglich der Regelung nicht auf eine der Ausgangsgrößen festlegen zu müssen, die man systematisch an einen der physiologischen Parameter hätte binden müssen, sondern mit Hilfe des erfindungs-

gemäßen Systems kann man individuell unter den Ausgangsgrößen eine oder eine Kombination von ihnen auswählen und sie auf für den Patienten optimale Weise verändern.

Alle Ausgangsgrößen, die im Verlaufe der Störungsperioden (auch Funktionsprüfungen genannt) verändert werden könnten, bieten sich beispielsweise das Umlaufvolumen, die Atmungsfrequenz, die ausgeatmete oder eingeatmete Atemmenge, die Art des Atemausstoßes, das Verhältnis der Dauer der Einatmungsphase zu derjenigen der Ausatmungsphase, die Dauer der Atempausen und der Einatmungs- oder Ausatmungsdruck an.

Besonders zweckmäßig ist es, als störende Ausgangsgröße die Zusammensetzung des gasförmigen Gemisches zu wählen, die von dem Beatmungsgerät geliefert wird. Ein wichtiger physiologischer Parameter des Patienten, den man leicht ableiten kann, ist die funktionell Restkapazität, die man im Hinblick auf eine optimale Regelung des Ausatmungsrestdi jckes kennen muß.

Der Zeitablauf der vorbestimmten Änderung einer Ausgangsgröße kann im Prinzip beliebig gestaltet werden, beispielsweise sinusförmig, treppenförmig, sägezahnförmig oder dreiecksförmig.

Besonders zweckmäßig ist es auch, daß die Störung stoßweise erfolgt, d. h. durch plötzliche und relativ kurz andauernde Änderungen. Dies gewährt außerdem Zugang zu physiologischen Variablen, die mit einer kurzen Zeitkonstante auf die Störung reagieren. Einer dieser physiologischen Parameter mit schneller Reaktion ist der Gasaustausch im Inneren der Lunge.

Wenn man die Zusammensetzung der Atemgasmischung als störbare Größe benutzt, kann jede Komponente dieses Atemgasgemisches wie beispielsweise Stickstoff, Helium, Kohlenstoffoxyd, Xenon, Krypton oder auch Deuterium für diesen Zweck benutzt werden. Besonders zweckmäßig ist es, hierfür die Komponenten Sauerstoff und Kohlendioxyd zu verwenden, da beide Gase keine physiologischen Nachteile darstellen und leicht nachgewiesen werden können. In diesem Fall können beide gasförmigen Komponenten separat oder gleichzeitig verändert werden.

Die Störung oder die einstellbare Änderung der Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes soll in Zeitintervallen stattfinden, die gemessen an der Dauer der Steuerung beträchtlich sind. Es ist vorteilhaft, daß die Zeitintervalle der Störungen von vornherein festgelegt sind, beispielsweise alle 40 Minuten.

Man kann die Steuerung des Beatmungsgerätes bei Änderungen des Zustandes des Patienten also rasch regeln. Eine derartige Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, weil die kontinuierliche Messung einer physiologischen Größe in Kombination mit ihren Änderungen, die durch einstellbare Störung ausgelöst sind, eine physiologisch optimale Steuerung der Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes gestattet. So kann beispielsweise der positive Ausatmungsdruck im Hinblick auf die funküonelle Restkapazität, den Atemaustausch und die Perfusion der Lungen gesteuert und geregelt werden. Das erfindungsgemäße Beatmungssystem erlaubt außerdem eine Steuerung der einzuatmenden Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Bedarf des Patienten in jedem Augenblick, indem es gestörte Faktoren wie eine fehlerhafte Perfusion und eine ungleichmäßige Verteilungberücksichtigt.

Das Beatmungssystem weist ein Steuerteil zur Durchfühiting der Funktionsprüfung von ausgewählten Werten, die die Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes in einstellbarer Weise ändert, und ein Rechenteil auf, in welchem die wesentlichen Meßdaten, die aus den Änderungen resultieren, registriert, ausgewertet und in das Regelgerät übertragen werden.

Weitere Einzelheiten werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das ein Blockschaltbild einer Beatmungsanlage zeigt, erläutert

ίο Das Beatmungssystem weist ein Beatmungsgerät 7 auf, das durch einen regelbaren Gasmischer 8 und eine Steuer- und Regeleinrichtung 9 gebildet wird. Beide werden durch eine Hauptsteuereinheit 10 gesteuert, die ihre Signale von einem Steuerteil 1 zur Durchführung der Funktionsprüfung, einem Lungenfunktionsmeßgerät 4 und einem Analysator 5 zur Analyse der gasförmigen Komponenten des Blutes erhält Die Anfangsmeßwerte des Lungenfunktionsmeßgerätes 4 und des Analysators 5 werden an ein Rechenteil 2 übertragen, dessen Ausgangssignal sowohl an die Hauptsteuereinheit to als auch an eine Anzeigeeinheit 3 geleitet wird. Das Lungenfunktionsmeßgerät 4 mißt die mechanischen Lungenparameter des Patienten 6, während der Analysator 5 das Blut auf Kohlenstoffdioxyd und Sauerstoff prüft.

Das Bea.tmungssystem arbeitet folgendermaßen: Das Beatmungsgerät 7 versorgt den Patienten 6 mit Atemgas. Die Zusammensetzung des Gases ist eine Funktion der Eingangsgrößen, die die Hauptsteuereinheit 10 an den regelbaren Gasmischer 8 schickt Die anderen Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes 7 sind eine Funktion der Eingangsgrößen, die die Steuer- und Regeleinrichtung 9 von der Hauptsteuereinheit 10 erhält. Die Werte der gasförmigen Komponenten des Blutes des Patienten 6 werden von dem Analysator 5 gemessen und als Steuersignal sowohl an die Hauptsteuereinheit 10 ais auch an das Rechenteil 2 übertragen. Die mechanischen Lungenparameter des Patienten 6 werden durch das Lungenfunktionsmeßgerät bestimmt und gleichfalls als Steuersignal an die Hauptsteuereinheit 10 und das Rechenteil 2 übertragen. Das Steuerteil 1 zur Durchführung der Funktionsprüfung löst in bestimmten Zeitintervallen im Ausführungsbeispiel alle 40 Minuten, mit Hilfe der Steuereinheit 10, des regelbaren Gasmischers 8 und des Beatmungsgerätes 7 für eine kurze Zeitdauer, im vorliegenden Fall ungefähr zehn Aternphasen, eine Änderung der Zusammensetzung des Atemgases und/oder jeder anderen Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes aus. Diese Änderung hat

für den Patienten 6 eine charakteristische Änderung der Werte seiner gasförmigen Komponenten im Blut zur Folge, welche der Analysator 5 mißt und die als Signal für das Rechenteil 2 verfügbar sind. Dies bewirkt bei dem beatmeten Patienten 6 gleichfalls charakteristische Änderungen des ausgeatmeten Gases, die von dem Lungenfun ktions-Meßgerät 4 gemessen und in analoger Weise durch das Rechenteil 2 verwertet werden. Ausgehend von diesen Signalen die im Verlauf einer kurzen Änderung erhalten werden, arbeitet das Rechenteil 2 unabhängig von den Steuer- und Regelsignalen, die während des Beatmungsverfahrens vorliegen und von dem Lungenfunktionsmeßgerät 4 und dem Analysator 5 kommen, seine eigenen Steuersignale für die Ha.uptsteuereinheit 10 aus. Diese Hauptsteuereinheit 10 steuert dann mit Hilfe des regelbaren Gasmischers 8 oder nach dem Zustand des Patienten 6 gleichzeitig mit Hilfe der Steuer- und Regeleinrichtung 9 die physiologischen Ausgangsparameter des Beat-

mungsgerätes 7.

Wenn beträchtliche Änderungen im Zustand des Patienten 6 auftreten, erscheinen diese an der Anzeigeeinheit 3 und das Überwachungspersonal kann sodann von Hand mittels des Steuerteils 1 zeitliche Änderungen für das Beatmungsgerät 7 auslösen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Beatmungssystem mit einem Beatmungsgerät, das über eine Rechen- und Steuervorrichtung in Abhängigkeit von Daten von physiologischen Parametern eines Patienten, die sich aus dem Zustand des Patienten passiv ergeben, steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (1) wenigstens einen der eingeregelten Beatmungsparameter wiederholt in vorbestimmter Weise ändert und daß die sich daraus ergebenden Änderungen der physiologischen Parameter als zusätzliche Größen im Rechenteil (2) zur Berechnung der Beatmungsparameter verwendet sind.

2. Beatmungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerteil (1) bewirkte Änderung der Beatmungsparameter durch die Zusammensetzung der Atemg^smischung, die vom Beatmungsgerät (7) geliefert wird, erfolgt

3. Beatmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerteil (1) bewirkte Änderung stoßweise in plötzlichen und relativ kurz andauernden Störungen erfolgt.

4. Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in vorbestimmter Weise geänderte Beatmungsparameter durch die (^-Komponente der Atemgasmischung gebildet wird.

5. Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in vorbestimmter Weise geänderte Beatmungsparameter durch die CCVKomponente der Atemgasmischung gebildet wird.

6. Beatmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle der vom Steuerteil (1) bewirkten Änderungen von vornherein festgelegt sind.