DE3539719A1

DE3539719A1 - Atemmonitor fuer kuenstlich beatmete und spontan atmende frueh-, neugeborene und saeuglinge

Info

Publication number: DE3539719A1
Application number: DE19853539719
Authority: DE
Inventors: Volker Prof Dr Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1987-05-14

Description

Bei der künstlichen Beatmung von Früh- und Neugeborenen kann man heute durch Anwendung hoher Beatmungsfrequenzen bis zu 150 Atemzüge pro Minute eine entscheidende Verringerung der vor allem als lungenschädigend erkannten hohen Beatmungs drucke erzielen. Große Probleme macht aber immer noch die Ermittlung der individuell optimalen Beatmungsdruck- und -Frequenzeinstellung und die Wahl des günstigsten In-Exspi rations-Verhältnisses. Auch die sichere Erfassung einer Änderung der Lungencompliance ist meist nicht möglich, die Voraussetzung z.B. für eine rechtzeitige Absenkung des Beatmungsdrucks.

Ein großer Teil dieser Schwierigkeiten ließe sich durch die sichere Erfassung der lungenmechanischen Parameter wie Atemzug- und Atemminuten-Volumen, Strömungswiderstand, Tot raumvolumen und Totraumventilation sowie Bestimmungen der Lungencompliance beheben. Die heute sehr einfach mögliche transcutane, kontinuierliche Messung der PCO₂- und PO₂- Werte ergänzt diese genannten Parameter entscheidend, kann sie aber speziell beim schwerkranken Früh- und Neugeborenen nicht ersetzen, da hier eine sehr mangelhafte Korrelation besteht zwischen Lungenventilation und Blutgasen (eine Folge praepulmonaler Shunts). Aus diesem Grund wird, wie heute beim Erwachsenen ohne Schwierigkeiten möglich, auch bei Früh- und Neugeborenen versucht, diese lungenmechanischen Parameter zu erfassen.

Das Hauptproblem bei beatmeten Früh- und Neugeborenen be steht aber darin, daß bis heute keine Meßköpfe zur Bestim mung des in- und exspiratorischen Flows vorhanden sind, die ein sicheres, patientennahes, unverfälschtes Messen ohne Be lastung des Patienten ermöglichen. Als konstruktive Probleme heute erhältlicher Meßköpfe sind zu nennen:

1. ein zu großes Totraumvolumen,
2. ein zu hoher Strömungswiderstand,
3. zu hohes Gewicht und bauliche Größe,
4. nichtlineare Meßsignale (= große Meßfehler),
5. keine sichere Langzeiterfassung der Meßgrößen (z.B. massive Störung durch Kondenswasser mit häufigen Fehlalarmen),
6. große Schwierigkeiten bei Reinigung und Sterilisation (mechanisch, chemisch und thermisch hochempfindliche Meßfühler).

Ein großer Teil der aufgezählten Schwierigkeiten läßt sich erfindungsgemäß durch nachfolgend beschriebenen Sensor-Be atmungskopf und Atemmonitor lösen.

Funktionsbeschreibung des Sensor-Beatmungskopfes und der Atemmonitorelektronik Sensor-Beatmungskopf

Das vom Beatmungsgerät abgegebene Atemgasgemisch gelangt nach dem Passieren eines Anfeucht-Anwärmers über den In spirationsschlauch zum Inspirationsstutzen (5) des Sensor- Beatmungskopfes, von hier durch die Öffnung (13) in den zylindrischen Beatmungskopf. Dieser weist in seinem Inneren einen Stutzen (3) auf, der ca. 5-10 mm unterhalb des Zylin derdeckels (10) mündet und in seinem Inneren eine Bohrung (2) trägt, durch die das Atemgasgemisch durch die Justierhülse (19) und das gasdurchlässige Diaphragma (20) über einen außen auf den Stutzen (1) aufgesteckten Adapter (21) und den nachfolgend angeschlossenen Trachealtubus in die Patien tenlunge strömt. Die Ausatemluft des Patienten gelangt eben falls durch Adapter, Diaphragma (20), Justierhülse (19) und Stutzen (3) in den Beatmungskopf und über die Öffnung (14) in den Ausatemstutzen (6) und von dort über den Ausatem schlauch mit Ventilsystem ins Freie. Die in- und exspira torisch durch das Diaphragma (20) strömende Atemluft erzeugt in Abhängigkeit vom Flow in den auf beiden Seiten des Dia phragmas angeordneten Stutzen (21, 22) unterschiedliche Drucke, die einem elektrisch-elektronischen Druck-Differenz druck-Wandler zugeführt werden. Bei der künstlichen Beatmung mit optimaler Befeuchtung sammelt sich jedoch Kondenswasser vor allem aus dem Inspirationsschlauch im Hohlzylinder des Beatmungskopfes an. Dieses kann aber nicht in den Flowsensor und den Trachealtubus des angeschlossenen Patienten gelan gen, da die Eintrittsöffnung hierfür - wie schon geschildert - sich dicht unter dem Deckel (10) befindet. Das Kondenswasser wird, wenn sich eine gewisse Menge angesammelt hat jeweils in der Inspirationsphase auch bei verschiedenen Gebrauchs lagen durch die Auslaßöffnung (15) über den Stutzen (16) ins Freie bzw. durch eine aufgesteckte Einmalsonde ausge stoßen.

Atemmonitor-Elektronik

Die vom elektrisch-elektronischen Druckwandler erhaltenen Druck-Differenzdruck-Kurven werden verstärkt, elektronisch digitalisiert und einem nachgeschalteten auswechselbaren sensorspezifisch programmierten I.C. zugeleitet, das bedeu tet aber, die Flow-Druckkurve des Flowsensors wird auch bei stärkeren linearen Abweichungen optimal Punkt für Punkt linearisiert durch die im sensorspezifisch programmierten I.C. gespeicherten Daten. Damit läßt sich aber eine hohe Meßgenauigkeit über einen großen Meßbereich erreichen.

Durch die Weiterverarbeitung der aufbereiteten Meßsignale in einem Kleincomputer werden dann schließlich die Parameter Beatmungsdruck, Atemfrequenz, Inspirations-Exspirations verhältnis, Peakflow, Atemzug-Atemminutenvolumen, Lungen compliance und Tubus-Tracheal-Leckage zur digitalen und analogen Anzeige gebracht und bei Über- oder Unterschreitung vorgegebener Grenzwerte optischer und akustischer Alarm mit Anzeige der Ursache wie z.B. Dekonnektion, Atemstillstand, Fehlfunktion des Respirators, große Leckage oder Gegenatmen des Patienten ausgelöst und/oder die Parameter (inspiratori scher Druck, Atemminutenvolumen, Atemfrequenz u.a.) einer angeschlossenen Beatmungsmaschine verändert.

Technische Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Sensor-Beatmungskopfes

Fig. 1 zeigt den Beatmungskopf (B.A.) im Längsschnitt von vor ne gesehen (Schnittebene I...I, Fig. 2), Fig. 2 den B.A. hori zontal geschnitten (Schnittebene II...II, Fig. 1), Fig. 3 einen Längsschnitt von der Seite gesehen (Schnittebene III...III, Fig. 2) und Fig. 4 einen Längsschnitt durch Stutzen (1) von vorne gesehen (Schnittebene IV...IV, Fig. 2).

Der Beatmungskopf besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper, an den auf beiden Seiten tangential die beiden Beatmungs schlauchstutzen (5) (Einatemschenkel) und (6) (Ausatemschen kel) angefügt sind. An ihren Enden tragen sie je einen Wulst (17), welcher das Abrutschen des aufgesteckten In- bzw. Ex spirationsschlauches verhindert. Der Boden des Zylinders (4) ist über die Verbindungsnaht (18) mit dem Stutzen (1) mit zentrischer Bohrung (2) verbunden, der sich in einem Konus (23) verjüngt zur Aufnahme der verschiedenen Trachealtubus adapter (21), deren Lumen (Totraum) er dabei ausfüllt (s. Fig. 4). Zusätzlich weist dieser Stutzen (1) zwei Druckmeß stutzen (21, 22) auf, die auf beiden Seiten des gasdurchläs sigen Diaphragma (20) in Bohrung (2) münden. Das Diaphragma selbst wird in Bohrung (2) mit Hilfe einer Hülse (19) zentrisch eingepaßt, festgehalten und mit dem Boden des Beatmungskopfes (4) verbunden, in dem sich die Bohrung (2) fortsetzt und in einem im Innern des Zylinders befindlichen Rohr (3) endet. An der Außenwandung des Zylinders befindet sich eine zirku läre Vertiefung (8), die zusammen mit dem Wulst (9) an der Innenseite des Deckels (10) ein "Snap-in-System" darstellt. Der Deckel (10) trägt einen Fortsatz (11) mit einem Loch (12), das zum Aufhängen des Systems dient. Die sich noch zusätzlich am Zylinderboden findende Öffnung (15) setzt sich als Bohrung im Stutzen (16) fort.

Technische Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Atemmonitor-Elektronik

Sie ist Stand der Technik und bedarf deswegen keiner näheren Beschreibung.

Claims

1. Respirationsmonitor mit besonderer Eignung für spontan atmende und künstlich beatmete Früh-, Neu geborene und Säuglinge dadurch gekennzeichnet, daß er zur Erfassung der Atmung einen speziellen Sensor-Beatmungskopf mit automatischer Kondens wasserelimination und Totraumverminderer für den Trachealtubusadapter verwendet, in den als Flow sensor ein oder mehrere gasdurchlässige Diaphragmen mit davor und danach angeordneten Druckmeßstutzen zur Erfassung von Druck- und Differenzdruck einge baut sind und daß die Drucksignale einem elektrisch elektronischen Druck-Differenzdruck-Wandler mit Verstärker zugeführt und durch ein analoges oder digitales Linearisierungsglied mit sensorspezifisch programmiertem I.C. einem Kleincomputer zur Verar beitung zugeführt wird, der die Parameter Beatmungs druck, Atemfrequenz, Inspirations-Exspirations verhältnis, Peakflow, Atemzug-, Atemminuten-Volumen, Lungencompliance und Tubus-Tracheal-Leckage zur digitalen und analogen Anzeige bringt und bei Über oder Unterschreitung vorgegebener Grenzwerte opti schen und akustischen Alarm mit Anzeige der Ursache wie z.B. Dekonnektion, Fehlfunktion des Respirators, Leckage, Gegenatmen des Patienten oder Atemstillstand auslöst und/oder die Parameter (Druck, Atemzugvolu men, Frequenz u.a.) eines angeschlossenen Respirators verändert.

2. Spezieller Beatmungskopf nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß der Flowsensor in den Anschluß stutzen für den Trachealtubus, der gleichzeitig einen Totraumminderer darstellt, eingebaut ist.

3. Flowsensor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekenn zeichnet daß er aus ein oder mehreren hintereinan der angeordneten Diaphragmen, die Präzisionsloch bleche oder -siebe darstellen, aufgebaut ist.

4. Flowsensor nach Anspruch 1-3 dadurch gekenn zeichnet, daß an beiden Seiten des oder der Diaphragmas/Diaphragmen Druckmeßstutzen angeord net sind.

5. Flowsensor nach Anspruch 1-4 dadurch gekenn zeichnet, daß das/die Diaphragma/Diaphragmen kleine Scheibchen aus korrosionsfestem Material darstellen, die eine sehr geringe Wärmekapazität aufweisen und aus Kunststoff oder sehr dünnem Metall gefertigt sind.

6. Respirationsmonitor nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß ein sensorspezifisch programmier ter I.C. zur optimalen digitalen Meßkurvenlineari sierung verwendet wird, der leicht austauschbar angeordnet ist.