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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierungssystem zum Zuführen eines
Zusatzstoffes an ein Inspirationsgas und insbesondere ein Dosierungssystem,
bei dem die zeitliche Festlegung (Timing) der Abgabe der Dosis innerhalb
einer Inspirationsphase dadurch gesteuert wird, dass man den Inhalt
des Exspirationsgases überwacht.
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Es
ist bekannt, dass der Zusatzstoff Stickstoffoxid (NO) vorzugsweise
in den Alveolen der Lunge aufgenommen wird. Ferner ist bekannt,
dass die von der Lunge aufgenommene Menge an NO dadurch verändert werden
kann, dass man das Timing (d.h. entweder den Startzeitpunkt, den
Endzeitpunkt, die Dauer und das Vorhandensein innerhalb einer Inspirationsphase
oder mehrere hiervon) der Abgabe einer Dosis NO in ein Inspirationsgas
verändert,
das an einen Patienten verabreicht werden soll. So könnte der
Betrieb einer NO-Dosierungseinheit abhängig von der Konzentration
an NO, die im Exspirationsgas nachgewiesen wird, gesteuert werden,
um den Wirkungsgrad der Dosierung zu verbessern.
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Da
bestimmte Zusatzstoffe, wie z. B. Surfactanten und Prostacyclin,
nur wirksam werden, wenn sie einen bestimmten Bereich der Lunge
erreichen, werden sie für
gewöhnlich
während
der gesamten Inspirationsphase zudosiert, in dem Versuch sicherzustellen,
dass sie diesen Bereich der Lunge erreichen. Dies ist sowohl ineffizient
als auch kostspielig, da üblicherweise
nahezu 90% des zudosierten Zusatzstoffes in dem Exspirationsgas
vorhanden sind.
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Die
EP 640 357 offenbart eine
Gasmischung sowie eine Vorrichtung zum Verabreichen der Gasmischung.
Die Gasmischung umfasst NO und ein reaktionsträges Indikatorgas in jeweils
genau bemessenen Anteilen, wobei das Indikatorgas verglichen mit NO
in höheren
Konzentrationen vorliegt. Durch Messen der Konzentration des Indikatorgases
im Atemgas nach der Dosierung der Gasmischung kann die Konzentration
von NO anhand der Konzentration des Indikatorgases und der Proportionalität bestimmt werden.
Da das Indikatorgas reaktionsträge
ist, kann die NO-Konzentration, die einem Patienten zugeführt wird,
sogar durch Messen der Konzentration des Indikatorgases im Ausatemgas
bestimmt werden.
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Eine
Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist,
ist in der WO 98/31282 offenbart. Insbesondere beschreibt die WO
98/31282 ein Gasab gabesystem, bei dem einem Respirationsgas ein
oder mehrere Gase mittels einer Steuervorrichtung in unterschiedlichen
Proportionen zugefügt werden
können.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dosierungssystem
bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 beschrieben und durch denselben
gekennzeichnet ist. Durch Überwachen des
Exspirationsgases auf Komponenten, die mit dem Indikator in Beziehung
stehen, wie z. B. Veränderungen
der Konzentration der Komponente, die sich aus unterschiedlichen
Einbringungszeiten des Indikators ergeben, kann somit das Timing
der Abgabe einer Dosis eines Zusatzstoffes in ein Inspirationsgas
abgestimmt werden. Es könnte
dann eine reduzierte Menge an Zusatzstoff in das Respirationssystem
des Patienten abgegeben werden.
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Nützlicherweise
wird das Indikatormaterial so gewählt, dass es vorzugsweise innerhalb
eines bekannten Bereichs des Respirationssystems des Patienten aufgenommen
wird, und am zweckmäßigsten
innerhalb eines Bereichs, der mit einer bevorzugten Wirkung oder
Aufnahme des Zusatzstoffes verbunden ist. So könnte das Timing der Abgabe
der Dosis variiert werden, um eine Abgabe des Zusatzstoffes an den
bekannten Bereich sicherzustellen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dosierungssystem
vorgesehen, das einen Dosierungsmonitor umfasst, wie er im vorliegenden
Anspruch 6 beschrieben und durch denselben gekennzeichnet ist.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der beigefügten Figuren
beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Dosierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das
betriebsfähig
mit einem Ventilator verbunden ist, und
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2 eine
schematische Ansicht eines Dosierungsmonitors gemäß der vorliegenden
Erfindung, der betriebsfähig
mit einem Ventilator verbunden ist.
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Betrachtet
man nun das Beispiel für
ein Dosierungssystem, wie es in 1 gezeigt
ist, ist ein Standardventilator 2 bekannter Bedienung und
Bauart so angeordnet, dass er ein Inspirationsgas durch eine Inspirationsleitung 4 hindurch
an das Respirationssystem 6 eines Patienten während der
Inspirationsphasen der Atemzyklen eines Patienten abgibt. Ferner
ist der Ventilator 2 so angeordnet, dass er während der
Exspirationsphasen Exspirationsgas aus dem Respirationssystem 6 über eine
Exspirationsleitung 8 aufnimmt.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst das beispielhafte Dosierungssystem
eine Dosierungseinheit 10, eine Injektionsvorrichtung 12,
ein Quelle 14 mit gasförmigem
Indikatormaterial, eine Detektoreinheit 16 und eine Analyse-/Steuereinheit 18.
Die Dosierungseinheit 10, wie z. B. ein herkömmlicher
Vernebler oder Verdampfer, ist an die Inspirationsleitung 4 angeschlossen
und kann betrieben werden, um einem Inspirationsgas innerhalb dieser
Leitung 4 eine vorgegebene Menge an Zusatzstoff zuzudosieren,
wie beispielsweise einen physiologisch aktiven Zusatzstoff mit verzögernder
oder narkotischer Wirkung. Der Betrieb der Dosierungseinheit zur
Abgabe der Dosis Zusatzstoff wird von der Analyse-/Steuereinheit 18 gesteuert,
die so konfiguriert ist, dass sie u. a. den Startzeitpunkt, den
Stoppzeitpunkt oder das Dosierungsprofil (Veränderungen des Zusatzstoffflusses
mit der Zeit während
der Abgabe) der Dosierungseinheit steuert.
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Die
Steuereinheit 18 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ebenfalls
betriebsfähig
mit dem Ventilator 2 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das
die Einleitung einer Inspirationsphase und somit den Beginn der
Inspirationsgasabgabe durch den Ventilator anzeigt. Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet ist es offensichtlich, dass ein speziell
dafür vorgesehener
Durchflussmesser in der Inspirationsleitung 4 alternativ
dazu verwendet werden könnte, um
das Anzeigesignal zu erzeugen. Dieses Signal wird von der Analyse-/Steuereinheit 18 auf
bekannte Weise als Timing-Signal verwendet, gegenüber dem der
Betrieb der Dosierungseinheit 10 gesteuert wird. Die Analyse-/Steuereinheit 18 ist
darüber
hinaus angeschlossen, um die Injektionsvorrichtung 12 zu steuern
und so eine bekannte Menge an Indikatormaterial in den Inspirationsgasstrom
zu einem veränderlichen
Einsatzzeitpunkt innerhalb der Inspirationsphase zu injizieren.
Dieser Einsatzzeitpunkt kann leicht festgesetzt werden, indem ein
bekannter mechanischer oder elektronischer Zeitgeber verwendet wird,
der von dem Zeitsignal ausgelöst
wird, das bereits von der Analyse-/Steuereinheit 18 bei
der Steuerung der Dosierungseinheit 10 verwendet wurde.
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Die
Injektionsvorrichtung 12, die ein Ein/Aus-Ventil oder ein
Proportionalventil bekannter Bauart sein kann, wird als Mittel verwendet,
um eine bekannte Menge an Markersubstanz in das Inspirationsgas
in der Inspirationsleitung 4 abzugeben, entweder zusammen
mit der Abgabe des Zusatzstoffes oder getrennt davon. Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet wird es offensichtlich sein, dass die
Dosierungseinheit 10 selbst auch als Mittel zum Einbringen
der Markersubstanz verwendet werden kann, ohne dass dabei der Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Die Injektionsvorrichtung 12 kann
durch die Betätigung
des Durchflusssteuerventils 20 an die Quelle 14 für Indikatormaterial
angeschlossen werden.
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Die
Quelle 14 ist im vorliegenden Fall ein im Handel erhältlicher
Zylinder mit unter Druck stehendem NO, das in Stickstoff verdünnt wurde,
um eine bekannte Konzentration des NO zu liefern. Andere gasförmige Indikatormaterialien
können
anstelle von NO verwendet werden, wie z. B. Kohlenmonoxid (CO),
das ebenfalls vorzugsweise in den Alveolen des Respirationssystems 6 aufgenommen
wird, oder Distickstoffoxid (N2O), das vorzugsweise
in den Bronchiolen des Respirationssystems aufgenommen wird. Ein
Material, das bei Aufnahme im Respirationssystem 6 in ein
leicht nachweisbares Gas umgewandelt wird, wie beispielsweise das
Enzym L-Arginin, das dafür
bekannt ist zu oxidieren, um NO zu erzeugen, wenn es in Zellmembranen
des Respirationssystems 6 eindringt, könnte ebenfalls gut als Indikatormaterial
verwendet werden.
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Die
Detektoreinheit 16 ist so angeordnet, dass sie Konzentrationen
einer Komponente eines Exspirationsgases, das aus dem Respirationssystem des
Patienten 6 kommt, erfasst, wobei die Komponente mit dem
Indikatormaterial in Beziehung steht. Wie aus den oben angegebenen
Beispielen für
das Indikatormaterial hervorgeht, kann die Komponente je nach gewähltem Indikatormaterial
das Indikatormaterial selbst sein oder etwas, das aus einer Wechselwirkung
des Indikatormaterials mit dem Respirationssystem 6 resultiert.
Wie in dem Ausführungsbeispiel
der 1 gezeigt, kann die Detektoreinheit 16 praktischerweise
an die Exspirationsleitung 8 angeschlossen werden und ist
derart konfiguriert, dass sie ein Detektorsignal bereitstellt, das
der Analyse-/Steuereinheit 18 die erfasste Konzentration
anzeigt.
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In
einer Betriebsart des Dosierungssystems, die in 1 gezeigt
ist, wird die Dosierungseinheit 10 mit einem Medikament,
wie beispielsweise ein Surfactant, versorgt, das nur wirksam ist,
wenn es in den Alveolen des Respirationssystems 6 aufgenommen wird.
Die Analyse-/Steuereinheit 18 ist mit Bedienungs anweisungen
versehen, wie beispielsweise in Form von Programmcode-Teilen, wenn
die Analyse-/Steuereinheit 18 auf einem Mikroprozessor
basiert, um die Injektionsvorrichtung 12 zu steuern, um NO
zu einem unterschiedlichen Einsatzzeitpunkt in jeder einer Vielzahl
von Inspirationsphasen einzubringen und einen Wert zu speichern,
der die überwachte
Konzentration der Komponente des Exspirationsgases in Exspirationsphasen
angibt, die auf jede der Inspirationsphasen folgen, wie dieser aus
der Detektoreinheit 16 erhalten wird. Daraufhin arbeitet
die Analyse-/Steuereinheit 18, um die gespeicherten Werte
zu analysieren und einen Einsatzzeitpunkt zu ermitteln, zu dem die
Aufnahme von NO in dem Respirationssystem am größten ist. Da man bei diesem Beispiel
sicherstellen will, dass das Medikament in den Alveolen aufgenommen
wird, setzt daraufhin die Analyse-/Steuereinheit 18 den Startzeitpunkt
für die Abgabe
des Medikaments durch die Dosierungseinheit 10 auf den
ermittelten Einsatzzeitpunkt für
NO fest.
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Wenn
der Zusatzstoff, der von der Dosierungseinheit 10 verabreicht
wird, zur Aufnahme in einem anderen Bereich des Respirationssystems 6 bestimmt
ist, wie beispielsweise im Bronchialbaum im Falle von Asthmamedikamenten,
könnte
dann unter Verwendung von NO als Markersubstanz und bei Betrieb
des Systems wie oben beschrieben, um den Einsatzzeitpunkt für die maximale
NO Aufnahme zu erhalten, die Analyse-/Steuereinheit 18 so
angeordnet werden, dass sie einen Startzeitpunkt für die Abgabe
festsetzt, der zeitversetzt (im vorliegenden Fall verzögert) ist,
und zwar um eine vorgegebene Zeitspanne, die von dem Abstand zwischen
dem Aufnahmebereich des Indikatormaterials und dem Zielabgabebereich
des Zusatzstoffes abhängt.
Es ist offensichtlich, dass die Analyse-/Steuereinheit 18 mit
einer Vielzahl von voreingestellten Zeitverschiebungen programmiert
werden kann, die automatisch gewählt werden
können,
abhängig
von vom Benutzer eingegebenen Indikator-Aufnahmebereichen und Zusatzstoff-Zielbereichen
des Respirationssystems 6 (vielleicht eingegeben als Indikatormaterial
und Zusatzstoff). Alternativ dazu könnte in diesem Fall die Indikatorquelle 14 durch
einen Indikator ersetzt werden, der ebenfalls bevorzugt im Bronchialbaum
aufgenommen wird, wie z. B. N2O, wobei ein
geeigneter Detektor in der Detektoreinheit 16 vorgesehen
und die Analyse-/Steuereinheit 18 so konfiguriert werden kann,
dass sie die Dosierungsvorrichtung 10 so bedient, dass
die Abgabe des Zusatzstoffes zu einer Zeit beginnt, die gleich einem
Einsatzzeitpunkt ist, der hinsichtlich der größten Aufnahme des Indikators ermittelt
wurde.
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Im
folgenden wird eine andere Betriebsart des Systems nach 1 betrachtet.
In dieser Betriebsart wird die Dosierungsvorrichtung 10 von
der Analyse-/Steuereinheit 18 in
Abhängigkeit
von der Wirksamkeit des Medikaments bei Änderungen der physikalischen
Eigenschaften des Respirationssystems 6 betrieben, wie
dies durch die Konzentration an Komponente im Exspirationsgas angezeigt
wird, die von der Detektoreinheit 16 überwacht wird. Im vorliegenden
Beispiel ist die Indikatorquelle 14 so gewählt, dass
sie eine bevorzugte Aufnahme in einem anderen Teil des Respirationssystems 6 als
der Zusatzstoff anzeigt, der von der Dosierungseinheit 10 verabreicht
wird, und insbesondere liegt der Bereich der Aufnahme, der von dem
Indikatormaterial angezeigt wird, nach dem des Zusatzstoffes in
Richtung des Inspirationsgasflusses aus dem Ventilator 2.
Um die Betriebsart zu veranschaulichen, wird angenommen, dass der
Zusatzstoff so ausgewählt
wird, dass er eine Entspannung eines Bronchialkrampfes vorsieht,
wie beispielsweise ein auf Cortison basierendes Medikament wie PulmicortTM. Das Indikatorgas in der Quelle 14 ist
CO oder irgendein anderes Material, das vorzugsweise mit den Alveolen
in Wechselwirkung tritt, und es wird vorzugsweise in das Inspirationsgas
innerhalb der Inspirationsleitung in der gleichen Inspirationsphase,
in der auch der Zusatzstoff von der Dosierungseinheit 10 verabreicht
wird, eingebracht. Die Detektoreinheit 16 ist so angeordnet, dass
sie die Konzentrationen von CO in einem Exspirationsgas innerhalb
der Exspirationsleitung 8 überwacht und der Analyse-/Steuereinheit 18 ein
Ausgangssignal bereitstellt, das dies anzeigt. Die Analyse-/Steuereinheit 18 ist
so programmiert, dass sie einen Unterschied zwischen einer Konzentration
an eingebrachtem CO und einer überwachten
Konzentration innerhalb desselben Atemzyklus mit einer Referenzkonzentration
vergleicht und die Abgabe des Zusatzstoffes in nachfolgenden Inspirationsphasen verhindert,
wenn der Vergleich eine Aufnahme des CO in die Alveolen anzeigt.
Dies zeigt, dass der Zusatzstoff den Krampf wirksam gelöst hat und
nicht länger
erforderlich ist. Die Analyse-/Steuereinheit 18 ist ferner
so angeordnet, dass sie die Abgabe durch die Dosierungseinheit 10 erneut
einleitet, wenn der Vergleich anzeigt, dass die Aufnahme von CO
zurückgeht.
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Zusätzlich könnte die
Quelle 14 ein zweites Indikatormaterial umfassen, wie beispielsweise
N2O, das ausgewählt wird, weil es vorzugsweise
mit den Bronchiolen des Respirationssystems 6 in Wechselwirkung
tritt, und die Detektoreinheit 16 kann so konfiguriert
sein, dass sie auch Konzentrationen dieses Gases im Exspirationsgas überwacht.
Die Analyse-/Steuereinheit 18 ist derart konfiguriert,
dass sie so arbeitet, wie dies für
die vorherige Betriebsart beschrieben wurde, um einen Einsatzzeitpunkt
zu bestimmen, zu dem die Wechselwirkung des Indikators N2O am größten ist,
und ferner diesen ermittelten Zeitpunkt über die Anzahl der Inspirationsphasen
hin zu verfolgen, innerhalb derer der Zusatzstoff abgegeben wird.
Dies liefert Informationen über
die Position und die Dauer des Krampfbereichs innerhalb der Bronchiole
und kann verwendet werden, um den Startzeitpunkt für die Abgabe
des Zusatzstoffes so abzuändern,
dass er mit der Bewegung des Krampfes durch die Bronchiole übereinstimmt.
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Im
folgenden wird der Dosierungsmonitor gemäß der vorliegenden Erfindung
betrachtet, der in dem Ausführungsbeispiel
der 2 dargestellt ist. In dieser Figur sind Teile,
die dem Ausführungsbeispiel der 1 und
dem Ausführungsbeispiel
der 2 gemeinsam sind, mit identischen Bezugszeichen
versehen. Ein Dosierungsmonitor umfasst Mittel zum Einbringen eines
Indikatormaterials 22, wobei diese Mittel der Injektionsvorrichtung 12 der 1 entsprechen
können;
eine Detektoreinheit 16 zum Erfassen von Komponenten des
Exspirationsgases, die mit dem Indikatormaterial zusammenhängen, das
durch die Mittel 22 in das Inspirationsgas eingebracht
wurde; eine Analyse-/Steuereinheit 24 und einen Durchflussmonitor 26.
Die Analyse-/Steuereinheit 24 ist so angeordnet, dass sie
ein Signal aus dem Durchflussmonitor 26 empfängt, der
im Gebrauch in der Inspirationsleitung 4 angeordnet ist,
die mit dem Ventilator 2 verbunden ist, wobei das Signal
den Start einer Inspirationsphase anzeigt. Derartige Durchflussmonitoren sind
auf dem Gebiet der mechanischen Ventilation allgemein bekannt und
können
so konfiguriert sein, dass sie entweder die Durchflussrate oder
den Druck in der Inspirationsleitung 4 oder beides überwachen. Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet wird es offensichtlich sein, dass der
Durchflussmonitor 26 den Betrieb des Dosierungsmonitors
unabhängig
von Bauart und Typ des Ventilators 2 ermöglicht.
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Das
Signal aus dem Durchflussmonitor 26 wird von der Analyse-/Steuereinheit 24 als
Timing-Signal verwendet, um einen Zeitgeber 28 zu starten, der
Teil der Analyseeinheit ist (ähnlich
der Verwendung des Timing-Signals aus dem Ventilator 2 durch die
Analyse-/Steuereinheit des Ausführungsbeispiels der 1).
Nachdem eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, veranlasst
ein Signal aus dem Zeitgeber 28 die Analyse-/Steuereinheit 24 dazu,
die Mittel 22 auszulösen,
um eine Menge an Indikatormaterial in die Inspirationsleitung 4 einzubringen.
Die Detektoreinheit 16 arbeitet, um der Analyse-/Steuereinheit 24 ein
Ausgangssignal zu liefern, das die überwachte Komponentenkonzentration
anzeigt.
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Die
Analyse-/Steuereinheit 24 ist so konfiguriert, dass sie
auf eine Weise arbeitet, die im wesentlichen ähnlich denen ist, die in Bezug
auf die verschiedenen Betriebsarten der Analyse-/Steuereinheit 18 der 1 beschrieben
wurden, um ein Ausgangssignal 30 zu liefern, das mit der
bekannten Dosierung des Inspirationsgases innerhalb der Inspirationsleitung 4 durch
die Dosierungsvorrichtung 10 in Beziehung steht, unter
der Steuerung einer Steuereinheit 32. Dieses Ausgangssignal 30 kann
von der Analyse-/Steuereinheit 24 in einer Form bereitgestellt
werden, die sich eignet, um eine Anzeigevorrichtung anzutreiben
und so ein visuelles Anzeichen für
beispielsweise Abgabe-Zeitparameter (wie z. B. Startzeitpunkt, Endzeitpunkt
oder Dauer) zur Eingabe in die Steuereinheit 32 vorzusehen,
um den Betrieb der Dosierungsvorrichtung oder die Wirksamkeit des
von der Dosierungsvorrichtung 10 zudosierten Zusatzstoffes
zu verändern.