DE69121781T2

DE69121781T2 - Gerät und Verfahren zur Strömungsauslösung bei atmungsunterstützter Beatmung

Info

Publication number: DE69121781T2
Application number: DE69121781T
Authority: DE
Inventors: Paul J Fennema; Glen N Gee; Gardner J Kim; Warren G Sanborn
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Current assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2011-05-11
Also published as: US5660171A; US5161525A; JPH04231067A; EP0459647A3; CA2036184C; ES2094198T3; CA2036184A1; EP0459647A2; JP3183527B2; EP0459647B1; DE69121781D1; ATE142112T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Beatmungseinrichtungen und insbesondere auf eine pneumatisch angetriebene, elektronisch gesteuerte Einrichtung zum Flußauslösen von atemunterstützender Beatmung in einem System zum Versorgen eines Patienten mit Atemgas sowie auf ein Verfahren zum Flußauslösen von atemunterstützender Beatmung während von dem Patienten initiierter spontaner Atmung.
Beatmungssysteme sind bekannt und z.B. in den US-A-4,421,113 und US-A-4,281,651 beschrieben.
Beatmungssysteme stellen üblicherweise ein Atemgas bereit entweder für nicht druckunterstützte Atemzüge während des Einatmens auf einem Druckniveau typisch nicht mehr als 2 cm Wassersäule oberhalb oder unterhalb der Druckbasislinie oder für druckunterstützte Atemzüge von Atemgas bei einem Unterstützungsdruck während des Einatmens in der Größe von 70 bis 100 cm Wassersäule. Druckunterstützung ist im Fachgebiet auch unter anderen Namen bekannt, z.B. Einatmungshilfe, Druckhilfe oder Einatmungsdruckhilfe. Derartiges Atemgas ist häufig mit einem höheren Anteil an Sauerstoff angereichert, als in der Umgebungsatmosphäre gefunden wird. Die durch einen Patienten an einer Beatmungseinrichtung geleistete Arbeit kann in zwei Hauptkomponenten unterteilt werden: Die Arbeit, einen Atemzug zu initiieren und die Arbeit, einen Atemzug aufrechtzuerhalten. Es ist wünschenswert, die durch den Patienten auf zuwendende Anstrengung in jeder dieser Phasen zu reduzieren, da ein hohes Niveau derartiger Anstrengung einem geschwächten Patienten weiteren Schaden zufügen kann oder über die Fähigkeiten kleiner oder behinderter Patienten gehen kann. Wie oben beschrieben, wurden eine Anzahl von Strategien und Systemen entwickelt, um diese Probleme anzugehen; es bleiben aber noch wichtige Probleme bei der Reduktion der durch Beatmungseinrichtungen erforderten Arbeit zum Anweisen und Aufrechterhalten eines Atemzugs.
Im Fachgebiet gegenwärtig bekannte Beatmungseinrichtungen sind auf Grundlage eines "Druckauslösers", wie unten beschrieben, gesteuert, Einatmungsunterstützung oder einen spezifischen Atemgasfluß während einer Einatmungsphase des Atmens zu liefern. Bei einem derartigen System wird, wenn die spontane Einatmungsbemühung eines Patienten dem Atemgaskreis ein kleines Gasvolumen entzieht, der entsprechende Druckabfall im geschlossenen Beatmungskreis überwacht, und wenn eine vorbestimmte Auslösedruckschwelle erreicht ist, bewirkt ein Steuermechanismus, daß das Pneumatiksystem der Beatmungseinrichtung Atemgas mit dem gewünschten Druck oder der gewünschten Flußrate liefert. Diese Aktivierung des Beatmungszyklus mittels eines durch den Patienten induzierten negativen Drucks kann "Druckauslösung" genannt werden. Zwischen dem Beginn der Einatmungsbemühung und dem Zeitpunkt, an dem der Gasdruck oder Gasfluß den Luftweg des Patienten erreicht, tritt stets eine gewisse Verzögerungszeitdauer und ein zugeordneter negativer Druck auf. Auf diese Verzögerungszeit (oder Verzögerung) wird im allgemeinen als eine Reaktionszeit der Beatmungseinrichtung Bezug genommen und nimmt gemeinhin einen kleinen aber signifikanten Teil der gesamten Einatmungszeit eines Patienten ein.
Um einige der Atemauslösung im Zusammenhang eines geschlossenen Beatmungskreises zugeordneten Probleme zu umgehen oder zu überwinden, kann unter der Voraussetzung, daß der Beatmungskreis zur Atmosphäre funktionsmäßig offen ist, ein Dauerflußsystem verwendet werden. Um zu gewährleisten, daß der Patient einen Atemgasfluß sofort nach Initiierung einer Einatmungsbemühung mit der angemessenen Sauerstoffkonzentration empfängt, ist ein Flußregulator am Einlaß des Atemgaskreises angeordnet, um einen konstanten Gasfluß über den von dem Patienten erwarteten Spitzenflußbedarf hinaus zu liefern. Dieser "Dauerfluß"- Ansatz eliminiert die Verzögerungszeitdauer der Beatmungseinrichtung und reduziert signifikant die geschlossenen Beatmungssystemen zugeordnete Negativdruckarbeit. Allerdings ist dieses Dauerverfahren nur in Situationen anwendbar, in denen die Einatmungsbemühung des Patienten nicht druckunterstützt ist.
Ein Vorteil des Dauergasflusses (der in einem offenen Atemgassystem erhältlich ist) ist derjenige, daß die Einatmungsbemühung eines Patienten einen sofortigen Atemgasfluß in seine/ihre Luftröhre hervorruft, ohne die Verzögerungen und mit geringerer Negativdruckarbeit, die bei geschlossenen Beatmungssystemen inhärent sind. Es wäre deshalb wünschenswert, Atemunterstützung (d.h. Druckunterstützung, Einatmungsunterstützung usw.) einem Patienten in einem anfänglich offenen Dauerflußsystem zu liefern, anstatt aus einem geschlossenen Atemgassystem. Es wäre ferner wünschenswert, ein Verfahren und ein System zum Auslösen von Atemzügen bereitzustellen, die empfindlicher als herkömmliche Strategien auf Druckgrundlage sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Flußauslösen von atemunterstützender Beatmung in einem System zum Liefern von Atemgas an einen Patienten bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
eine Atemgasquelle;
einen Flußweg in Verbindung mit der Atemgasquelle und in Verbindung bringbar mit dem Patienten und umfassend einen Inhalationsflußweg zu dem Patienten und einen Exhalationsflußweg von dem Patienten;
ein Zuführmittel zum Liefern von Atemgas von der Quelle zu dem Patienten über den Flußweg;
ein Flußsensormittel zum Messen der Gasflußrate in dem Flußweg aufgrund von Inhalation; und
ein Steuermittel, das auf das Flußsensormittel zum Erzeugen von Atemunterstützung in dem gelieferten Gasfluß anspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführmittel Atemgas von der Quelle zu dem Patienten mit einer vorbestimmten präinspiratorischen Dauerflußrate liefert, wobei das Steuermittel dazu ausgelegt ist, Atemunterstützung zu erzeugen, wenn die Änderung in der Gasflußrate aufgrund von Inhalation einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei das Flußsensormittel wenigstens einen Flußsensor, der an wenigstens einer Stelle in dem Exhalationsflußweg angeordnet ist, und wenigstens einen anderen Flußsensor an wenigstens einer anderen Stelle in dem Inhalationsflußweg umfaßt und wobei das Steuermittel Mittel zum Wiederherstellen des präinspiratorischen Daueratemgasflusses auf seinen vorbestimmten Wert vor der nächsten Einatmungsanstrengung des Patienten umfaßt.
Die folgende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zum Flußauslösen einer Beatmungsvorrichtung, die eine Gasquelle und einen Flußweg aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:
Zuführen von Gas von der Gasquelle durch den Flußweg mit einer vorbestimmten präinspiratorischen Dauerflußrate;
Messen - an wenigstens einer Stelle in dem Flußweg - des Unterschieds in der Gasflußrate in den Flußweg hinein und aus diesem heraus aufgrund der Inhalation;
Erzeugen von Atemunterstützung in dem von der Gasquelle zugeführten Gas, wenn der Unterschied in der Gasflußrate aufgrund einer Inhalation einen vorbestimmten Wert überschreitet; und
Wiederherstellen der Gasflußrate auf die vorbestimmte Dauerflußrate vor einer nächsten Inhalation.
Ein spezielles Beispiel eines Beatmungssystems gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines flußausgelösten Offenkreis-Beatmungssystems ist,
Fig. 2a ein Diagramm von Druckmessungen über der Zeit für eine typische, druckausgelöste Atmung ohne Druckunterstützung zeigt;
Fig. 2b ein Diagramm von Flußmessungen über der Zeit für eine typische, druckausgelöste Atmung ohne Druckunterstützung zeigt;
Fig. 3a ein Diagramm von Druckmessungen über der Zeit für eine typische, druckausgelöste Atmung mit Druckunterstützung zeigt;
Fig. 3b ein Diagramm von Flußmessungen über der Zeit für eine typische, druckausgelöste Atmung mit Druckunterstützung zeigt;
Fig. 4a ein Diagramm von Druckmessungen über der Zeit für eine typische, flußausgelöste Atmung mit Druckunterstützung zeigt;
Fig. 4b ein Diagramm von Flußmessungen über der Zeit für eine typische, flußausgelöste Atmung mit Druckunterstützung zeigt;
Fig. 5a eine Darstellung des Patientenflusses während eines einzelnen Atemzugs des Patienten in einem herkömmlichen System ist;
Fig. 5b eine Darstellung des durch die Beatmungseinrichtung zugeführten Flusses unter Verwendung der Exhalationsfluß-Verringerungsmethode der vorliegenden Erfindung ist.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, die zur Veranschaulichung enthalten sind und nicht zur Begrenzung, ist die Erfindung in einem System zum Flußauslösen eines Atemunterstützungs-Beatmungssystems ausgeführt, das die Atemarbeit des Patienten vermindert, verbesserte Auslösung verschiedener Arten von Atemunterstützung vorsieht und ein verbessertes Management der Atemunterstützung während eines Atemzugs ermöglicht. Das Flußauslösesystem wird in Patientenbeatmungssystemen verwendet, die eine Atemgasquelle für einen Patienten, einen mit dem Patienten in Verbindung stehenden Flußweg und Flußsensormittel zum Messen des Gasflusses zu und vom Patienten aufweisen. Die Atemgasquelle liefert eine vorbestimmte präinspiratorische Dauerrate des Atemgasflusses zu dem Patienten, und die Flußsensoren messen die Rate des Gasflusses zu und von dem Patienten. Das System bestimmt den Unterschied zwischen der gemessenen Flußrate von dem Patienten und der vorbestimmten Rate des zugeführten Gasflusses zu dem Patienten. Das System erzeugt dann Atemunterstützung in dem zugeführten Gasfluß, wenn der Unterschied zwischen den Flüssen zu und von dem Patienten gleich einem vorbestimmten Schwellen- oder Auslösewert ist. Das Atemgas kann mit einer höheren Sauerstoffkonzentration als normale Luft angereichert sein. Die Atemgasquelle kann mehr als eine einzelne Gasquelle enthalten und kann ferner eine Vorrichtung zum Mischen und Steuern der Anteile der einzelnen Gase enthalten. Das System umfaßt bevorzugterweise ferner Mittel zum Bestimmen, wann die Exhalation auftritt, so daß die Atemunterstützung unterbrochen werden kann, bis sie wieder ausgelöst wird.
Fig. 1 ist ein Schema eines gegenwärtigen Systems zum Flußauslösen von Beatmung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt das System 10 eine Sauerstoffgas-(O&sub2;)-Quelle 12, die typischerweise ein Sauerstoffdruckbehälter ist, und eine Luftquelle 14, die ebenfalls aus einem Lufthochdruckbehälter bestehen kann. Die Luftquelle 14 und die Sauerstoffquelle 12 können typischerweise ferner Druckregulatoren umfassen. Die Luftversorgungsquelle kann ferner einen Luftkompressor umfassen, der aus der Umgebungsatmosphäre entnommene Luft zuführt. Andere herkömmliche Quellen unter Druck stehenden Sauerstoffs und unter Druck stehender Luft in einem Krankenhaus oder in Patientenpflegeeinrichtungen wären ebenfalls angemessen.
Die Sauerstoffquelle ist mit einem Flußmeßgerät 16 in der Sauerstoffleitung 17 verbunden, und ein ähnliches Flußmeßgerät 18 für die Luftquelle 14 ist in der Luftleitung 19 vorgesehen.
Die Sauerstoffleitung 17 liefert Sauerstoff zu ihrem Proportional-Solenoidventil 20, und die Luftleitung 19 liefert ähnlich Luft zu ihrem Proportional-Solenoidventil 22, wobei die beiden Ventile Sauerstoff und Luft zum Mischen in der Mischkammer 24 freigeben. Andere Ventile als Proportional-Solenoidventile und andere Mischmittel als die Mischkammer 24 können ebenfalls angemessen sein. Das gemischte Gas wird von der Mischkammer 24 durch die Luftwegleitung 26 zum Y-Anschlußstück 27 des Patienten geliefert, das durch ein Atemrohr 28 mit der Atemeinrichtung 30 des Patienten verbunden ist. Die Atemeinrichtung 30 kann in gewissen Ausführungsformen vereinfacht oder durch andere Atemmittel ersetzt sein. In diesen Ausführungsformen kann der Atemgasfluß dem Patienten mittels eines Atemrohrs (künstlicher Luftweg) oder durch eine Atemmaske oder andere Mittel zum Zuführen von Atemgas zu der Luftröhre des Patienten zugeführt werden. Bei jeder Ausführungsform überwachen die Flußmeßgeräte 16 und 18 vor und unmittelbar nach der Einatmungsanstrengung des Patienten den Gasfluß zum Patienten während des präinspiratorischen Dauergasflusses von der Sauerstoffquelle und der Luftquelle (bis zu und einschließlich dem Zeitpunkt, bei dem der Einatmungsfluß des Patienten gleich dem Auslöseschwellenflußssignal ist), während der Einatmungs-Atemunterstützung und während der Exhalation. Das Exhalationsgas von dem Patientenbereich fließt durch die Exhalationsleitung 34 und das Exhalationsflußmeßgerät 43. Der Unterschied zwischen der Summe der Flußmeßgeräte 16 und 18 und dem Exhalationsflußmeßgerät 43 liefert eine Messung des Atemluftflusses, der durch den Patienten aus dem dem Patienten von den Sauerstoff- und Luftquellenmitteln zugeführten präinspiratorischen Daueratemgasfluß inhaliert wurde. Zum Unterstützen der Steuerung der Atemgaszuführung zu dem Patienten kann der Flußsteueralgorithmus die Flußsensoren 16, 18 und 43 überwachen. Während des Ablaufs der Flußauslösephase und zur Wiederherstellung des präinspiratorischen Dauerflusses während der Exhalation und vor dem nächsten Einatmen des Patienten liefern die Flußsensoren 16, 18 und 43 Haupteingabegrößen für den Flußsteueralgorithmus vor dem Initiieren der Einatmungsanstrengung, unmittelbar nach der Einatmungsanstrengung und während der Exhalation, wenn der präinspiratorische Dauerfluß wieder hergestellt wird.
Beginnend mit und unmittelbar nach der Einatmungsanstrengung des Patienten wird der Atemgasfluß zu dem Patienten den Atemgasfluß von dem Patienten übersteigen, und der Unterschied zwischen dem Fluß zu und dem Fluß vom Patienten wird mit einem vorbestimmten "Flußauslöse"-Schwellenniveau verglichen. Diese Messung des durch den Patienten inhalierten Flusses wird zum Auslösen der Initiierung der atemunterstützten Einatmung verwendet, obwohl andere Arten von Atemunterstützungsroutinen ebenfalls von dem Flußauslöseverfahren der Erfindung profitieren können. Derartige andere, durch den Patienten initiierte Unterstützungsatmungen umfassen die in Fachgebieten Bekannten, wie etwa Drucksteuerbeatmung (PVC) und ihre Varianten mit Volumenpriorität oder -garantie und Inversration-Beatmung, Luftwegdruckfreigabe-Beatmung (APRV) und ihre Varianten BIPAP und synchronisierte ARPV; proportionale Hilfsbeatmung (PAV); und Druckunterstützungsbeatmung mit Volumenpriorität und dergleichen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die austretenden Gase oder Exhalationsgase vor der Rückgabe zur Umgebungsatmosphäre durch ein Fluidsammelfläschchen 36 und einen geheizten Bakterienfilter 38 gegeben, die in der Exhalationsrohrleitung vorgesehen sind. Ein Druckaufnehmer 40 zum Messen des Drucks sowohl während dem Einatmen als auch während der Exhalation kann ebenfalls in der Exhalationsleitung 34 vorgesehen sein. Das System kann auch ein Exhalationsventil 44 umfassen zum Schließen des Systems, um atemunterstützte Einatmungen zu ermöglichen, und zum Öffnen des Systems, um eine Exhalation zur Atmosphäre zu ermöglichen, um hierdurch das gefilterte und gereinigte austretende Gas von dem Beatmungssystem zur Atmosphäre zurückzugeben.
Die Erfindung kann andere Verfahren zum Messen des durch den Patienten inhalierten Flusses aus dem präinspiratorischen Dauerfluß von Atemgas verwenden. Ein Flußmeßgerät 32 kann zwischen dem Y-Stück 27 des Patienten und der Einrichtung 30 des Patienten angeordnet sein, um den Inhalationsfluß des Patienten direkt zu messen. Alternativ oder zusätzlich zum Flußmeßgerät 32 kann ein Zufuhrflußmeßgerät 41 in der Luftwegleitung 26 vorgesehen sein, um den Fluß des dem Patienten zugeführten gemischten Atemgases zu messen, und es kann ein Exhalationsflußmeßgerät 42 in der Austrittsluftwegleitung 34 installiert sein, um den Gasfluß von dem Patienten während der Einatembemühung und während der Exhalation zu überwachen. Der Unterschied zwischen den Flußmeßgeräten 41 und 42 liefert ferner eine Messung des aus dem präinspiratorischen Dauerfluß des Atemgases von den Quellenmitteln durch den Patienten inhalierten Flusses.
Fachleute im Fachgebiet werden verstehen, daß jegliche Kombination von Signalen von den Flußmeßgeräten 16, 18, 32, 41, 42 und 43 zum Erfassen und Messen des durch den Patienten inhalierten Flusses verwendet werden kann zur Verwendung als ein Flußauslösesignal für die Einatmung.
Ein elektronisches Steuermittel 46, das bevorzugt einen Mikroprozessor zum Steuern aller Funktionen des Steuersystems der Beatmungseinrichtung enthält, ist mit dem Sauerstoffquellen- Flußmeßgerät 16, dem Luftquellen-Flußmeßgerät 18, dem Sauerstoff-Proportional-Solenoidventil 20, dem Luft- Proportional-Solenoidventil 22, dem Patientenexhalationsflußmeßgerät 43 und allen zusätzlichen Flußmeßgeräten 41 in der Einatmungsluftwegleitung 26, dem Patienten-Y-Anschluß-Flußmeßgerät 32 oder Flußmeßgeräten 42 in der Austritts- oder Exhalationsluftwegleitung 34 verbunden. Das elektronische Steuermittel 46 vergleicht die Flußrate zum Patienten über das Patienten-Y-Anschlußstück 27, wie diese durch eines der vorstehend diskutierten Mittel abgeleitet wurde, mit einem vorbestimmten Flußschwellenniveau, um zu erfassen, ob die Einatmungsbemühung des Patienten das Kriterium zum Auslösen der Atemunterstützung durch Betätigung der Proportional-Solenoidventile 20 und 22 erfüllt hat. Das Steuermittel 46 steuert ferner die proportionale Mischung durch die Proportional-Solenoidventile 20, 22. Das Steuermittel 46 dient ferner dazu, das Exhalationsventil 44 zu öffnen und zu bewirken, daß die Proportional-Solenoidventile 20, 22 die Atmungsunterstützung unterbrechen, wenn das Ende der Einatmung erfaßt wird, wodurch der Atemgasfluß zu dem Patienten zu dem präinspiratorischen Dauerflußniveau zurückgeführt wird, in Bereitschaft für die nächste Einatmungsbemühung des Patienten.
Die Flußauslösung der Atemzüge umfaßt die Überwachung des inhalierten Gases aus dem dem Patienten zugeführten Daueratemgasfluß, der die dem Patienten abverlangte Energie zum Initiieren eines Beatmungsatemzuges reduziert sowie das Einschalten der Einatmungsatemzugunterstützung, wenn der Einatmungsfluß des Patienten das Auslösekriterium erfüllt. Der dauernde minimale Fluß von Atemgas, der vor der Initiierung der Einatmungsbemühung in den Atemkreis zugeführt wird, erfüllt zwei Funktionen: Als erstes wandelt der Dauerfluß den normalerweise geschlossenen Atemgaskreis in einen Atemgaskreis um, der funktionsmäßig offen ist. Als zweites stellt der Dauerfluß einen hochgradig stabilen Atemgasfluß her, der durch die Flußerfassungsmittel überwacht werden kann, um zu bestimmen, wann der Patient seine oder ihre Einatmungsanstrengung anfängt. Dieser Flußauslöseansatz wandelt die anfängliche Einatmungsarbeit von einer im wesentlichen isometrischen Anstrengung zu einer quasi isotonischen Anstrengung. Sowohl das Dauerflußniveau als auch die erforderliche Änderung im Fluß aufgrund des Einatmens zum Auslösen der Einatmungsunterstützung kann durch das Steuermittel eingestellt werden.
Wie vorstehend diskutiert, kann die durch einen Patienten aufgewendete Energie beim Atmen an einer mechanischen Beatmungseinrichtung in zwei Komponenten unterteilt werden. Die erste Komponente ist die Energie, die zum Auslösen der Beatmungseinrichtung erforderlich ist, um das Einatmen zu beginnen. Die zweite Komponente ist die Energie, die zum Aufrechterhalten eines angemessenen Gasflusses erforderlich ist, sobald die Beatmungseinrichtung ausgelöst worden ist, die Atemunterstützung beim Einatmen zu liefern.
Ein Hauptzweck der Atemunterstützungsbeatmung ist es, die zweite Energiekomponente zu reduzieren. Dies wird erreicht durch Vorsehen eines positiven Druckniveaus während der Einatmungsphase des Atems. Dieser positive Druck kann zum Reduzieren oder Aufheben der aufgebürdeten Arbeit aufgrund des Widerstands des künstlichen Luftwegs und/oder des Widerstands und der Komplianz, die dem Atmungssystem des Patienten intrinsisch sind, verwendet werden. Bei extrem schwachen Patienten kann die Anwendung von Atemunterstützung ohne die Verwendung einer volumengesteuerten Beatmung ausreichende Tidevolumina vorsehen, und kann hierdurch den Komfort des Patienten erhöhen, wobei dem Patienten ein gewisses Maß an Steuerung über seine oder ihre Atmungsmuster zurückgegeben wird. Es wurde gezeigt, daß Patienten weniger Arbeit oder Energie beim Atmen aufwenden, wenn Atemunterstützung verwendet wird. Dies kann wichtige Implikationen haben, wenn Patienten von der Beatmungseinrichtung abgewöhnt werden, da die Einatmungsmuskeln des Patienten dann zunehmend gestärkt werden müssen, um ohne den Zusatz von Unterstützungsdruck zu atmen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen die Verläufe des Drucks über der Zeit bzw. des Flusses über der Zeit, während sie gegenüber der Druckbasislinie 50 des Patienten (Fig. 2a) und der Flußbasislinie 52 des Patienten (Fig. 2b) für eine typische spontane, nicht druckunterstützte, von einer Beatmungseinrichtung gelieferte Atmung schwanken. In Fig. 2a repräsentiert die Fläche unter dem Druck-Zeit-Linienzug 53, die unterhalb der Druckbasislinie 50 liegt, die durch den Patienten getane Arbeit. Der Abschnitt der Kurve 53 im Druck-Zeit-Linienzug zwischen Punkt A und Punkt B am Druckauslöseniveau 54 stellt den Teil dieser Arbeit dar, der zum Auslösen der Einatmungsunterstützung erforderlich ist. Der Abschnitt der Kurve zwischen den Punkten B und C repräsentiert die verbleibende Inhalationsarbeit 58, die zum Aufrechterhalten eines angemessenen Gasflusses erforderlich ist, um die Einatmungsbedürfnisse des Patienten zu erfüllen. In anderen Worten repräsentiert die Fläche zwischen B und C die vom Patienten abverlangte Arbeit, um die Einatmung aufrechtzuerhalten. Es ist (bezüglich der Druckbasislinie 50) zu beachten, daß, wie in Fig. 2a gezeigt, der Druck während des Einatmens durchweg negativ ist, was anzeigt, daß der Patient während dieser gesamten Periode Arbeit leistet. Es sollte ferner vermerkt werden, daß der negative Höchstdruck 55 den Wert 54 überschreitet, der zum Auslösen der Einatmung erforderlich ist. Die Exhalationsphase 60 beginnt am Ende der Inhalationsphase. Fig. 2b zeigt den den Druck-Zeit-Kurven der Fig. 2a entsprechenden Fluß. Es ist evident, daß der Fluß vor B, dem Punkt, an dem die Druckauslösung erfolgt, sehr gering ist und daß durch den Patienten zwischen B und C noch wesentliche Arbeit geleistet wird, obwohl das Pneumatiksystem bei B periodisch angeschaltet wurde.
Fig. 3a und Fig. 3b zeigen Linienzüge von Drücken über der Zeit um eine Druckbasislinie 62 eines Patienten bzw. des Flusses über der Zeit um eine Flußbasislinie 64 für eine typische druckausgelöste Atmung mit Druckunterstützung. Nachdem der Atem bei B, das das Druckauslöseniveau 66 repräsentiert, ausgelöst wurde, erzeugt die Beatmungseinrichtung einen positiven Druck, um die Einatmungsarbeit des Patienten zu reduzieren. Vor diesem Einatmungszyklus 68 ist ein negativer Druck und damit eine Aufwendung von Energie durch den Patienten nötig, um die Atmung auszulösen. Die Druckunterstützung wird am Ende der Einatmung unterbrochen, wenn der Patient eine Exhalationsanstrengung zeigt oder wenn der Fluß in seine/ihre Lungen auf einen vorgewählten Wert absinkt. An diesem Punkt beginnt der Patient die Exhalationsphase 70. Es kann gesehen werden, daß das Flußniveau an dem Zeitpunkt der Auslösung 72 relativ gering war, aber in Antwort auf die nach der Druckauslösung gelieferte Druckunterstützung schnell zunimmt. Allerdings kann auch für diese Methode in Abhängigkeit von der Größe des Druckunterstützungsniveaus ein wesentliches Arbeitsausmaß bleiben, das durch den Patienten aufgewendet werden muß.
Wie in den Fig. 4a und 4b dargestellt, kann die Kombination der Flußauslösung mit Atemunterstützung (mit einer angemessenen Wahl des Unterstützungsdrucks) nach der vorliegenden Erfindung die Energieaufwendung durch den Patienten auf ein praktisch vernachlässigbares Niveau reduzieren.
Fig. 4a und 4b zeigen Linienzüge des Drucks über der Zeit um die Druckbasislinie 24 eines Patienten bzw. des Flusses über der Zeit um eine Flußbasislinie 28 für eine typische flußausgelöste Atmung mit Druckunterstützung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Vergleich der Fig. 3a und 4a zeigt, daß der zur Druckauslösung erforderliche Druck 66 negativer ist im Vergleich mit dem aus der Flußauslösung sich ergebenden Druck 76. Die negative Druckkomponente 66 (in dem Druckauslösebeispiel der Fig. 3), die die durch den Patienten getane Arbeit repräsentiert, ist wesentlich, wohingegen die negative Komponente 76 (bei dem Flußauslösebeispiel, Fig. 4) unbedeutend ist. Es ist ersichtlich, daß in dem flußausgelösten System der Fig. 4b der Fluß 80 zu dem Patienten am Flußauslöseniveau höher als das Flußniveau 72 in dem druckausgelösten System der Fig. 3b ist. Bezüglich den Flußauslöselinienzügen in Fig. 4 resultieren sowohl der weniger negative Auslösedruck und die höheren Einatmungsflüsse zu Beginn des Atemzuges im Vergleich zu den druckausgelösten Linienzügen der Fig. 3 aus den physikalischen Unterschieden zwischen dem Flußauslösesystem und dem Druckauslösesystem. Im flußausgelösten Fall inhaliert der Patient aus einem funktionsmäßig offenen System (d.h., die frühesten Flußbedürfnisse des Patienten werden durch den präinspiratorischen Dauerfluß gedeckt), wohingegen im druckausgelösten Fall der Patient aus einem geschlossenen System inhaliert (d.h., der Patient empfängt keinen Fluß, bis die Druckauslöseschwelle erreicht ist) . Es kann somit gesehen werden, daß die Kombination der Flußauslösung mit Atemunterstützung der vorliegenden Erfindung die durch den Patienten aufgewendete Energie zum Auslösen der Einatmungsunterstützung reduziert. Durch Kombination der Flußauslösung mit der Atemunterstützung gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit die durch den Patienten getane Arbeit zum Auslösen des Atmens mit Druckunterstützung minimiert, wobei es die angemessene Auswahl des Unterstützungsdrucks erlaubt, die Einatemarbeit des Patienten auf ein gewünschtes Niveau festzusetzen. Aus dem obigen kann gesehen werden, daß die dem Intervall A-B in den Fig. 2 und 3 zugeordnete Arbeit mit der vorliegenden Erfindung wesentlich reduziert werden kann, wie durch das Intervall A-B der Fig. 4 veranschaulicht.
Wenn auch die druckunterstützende Beatmung eine Anzahl von Vorteilen aufweist, wie oben beschrieben, so können die begleitenden hohen Drücke in dem Exhalationsteil des Atemgaskreises des Patienten während der Exhalationsphase des flußausgelösten Atems mit Druckunterstützung ein Grund zur Besorgnis für den Patienten sein, sofern sie nicht sorgfältig gesteuert werden. Drücke oberhalb des PEEP (Basisliniendruckwert) zeigen im allgemeinen an, daß die Lungen des Patienten überaufgebläht sind. Diese Ereignisse können das Zwerchfell und die Hilfseinatmungsmuskeln des Patienten in eine Stellung relativer Ineffizienz setzen und können dem Patienten eine größere Atemarbeit auferlegen. Falls der Patient bei Bewußtsein ist, kann er/sie auch versuchen, auf den PEEP (Basisliniendruckwert) kraftvoll zu exhalieren, was ebenfalls zusätzliche Arbeit zu der Atemanstrengung hinzufügt. Es wäre somit wünschenswert, die niedrigstmöglichen Drücke in dem Atemkreis des Patienten während der Exhalation aufrechtzuerhalten. Ein lange erkannter Nachteil des zuvor entwickelten Konzepts mit Dauerfluß war das Vorhandensein des vom Arzt gewählten Dauerflusses zusätzlich zum eigenen Exhalationsfluß des Patienten in dem Exhalationsteil des Atemgaskreises des Patienten. Dieser konstante Zusatzfluß erhöhte den Druck im Atemgaskreis des Patienten (während der Exhalation), was ebenfalls zu Problemen ähnlich zu jenen oben diskutierten führen konnte.
Die vorliegende Erfindung der Flußauslösung kann dazu konfiguriert werden, diesen nicht vom Patienten erzeugten Zusatzexhalationsfluß in dem Atemgaskreis des Patienten zu minimieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der präinspiratorische Atemgas-Dauerfluß auf einen minimalen Wert festgesetzt, wenn die Beatmungseinrichtung die Exhalation deklariert (und das Exhalationsventil öffnet). Dieser Minimalwert wird über die gesamte am meisten aktive Phase der Exhalation des Patienten aufrecht erhalten und wird dann durch die Beatmungseinrichtung in Erwartung der nächsten Einatmungsanstrengung auf den spezifizierten Wert für den präinspiratorischen Dauerfluß an Atemgas zurückgesetzt.
Fig. 5 veranschaulicht die Funktion dieser bevorzugten Ausführungsform. Fig. 5a stellt den Patientenfluß oberhalb und unterhalb der Basislinie in einem System mit druckunterstützten Atemzügen dar, wie vorstehend beschrieben. Fig. 5b stellt die zeitliche Entwicklung der Flußunterstützung dar, die durch diese bevorzugte Ausführungsform geliefert wird, in der der Fluß während der frühen Exhalationsperiode reduziert wird und dann zu dem von dem Arzt gewählten Dauerbasisfluß zurückgeführt wird. Durch Verwendung dieser Methode wird während der frühen Exhalationsperiode die zu starke Unterdrucksetzung des Luftwegs des Patienten vermieden, wodurch die durch den Patienten geleistete Arbeit reduziert und die oben beschriebenen ungewünschten Effekte begrenzt werden.
Aus der vorangehenden Beschreibung kann gesehen werden, daß das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Verminderung der Unbequemlichkeit und Arbeit des Patienten bei durch eine Beatmungseinrichtung unterstützter Atmung ermöglicht, indem ein präinspiratorischer Dauerfluß an Atemgas zu dem Patienten aufrecht erhalten wird und die Einatmungsunterstützung durch den Fluß ausgelöst wird. In Kombination mit der Atemunterstützung für den Patienten während der Einatmungsanstrengung bietet die Flußauslösestrategie der Erfindung wesentliche Verbesserungen beim Liefern von Atemunterstützung zu Patienten, die geschwächte Atmungsfähigkeiten haben.

Claims

1. Vorrichtung zum Flußauslösen von atemunterstützender Beatmung in einem System zum Liefern von Atemgas an einen Patienten, die Vorrichtung umfassend:

eine Atemgasquelle (12, 14);

einen Flußweg (17, 19, 26, 34) in Verbindung mit der Atemgasquelle (12, 14) und in Verbindung bringbar mit dem Patienten und umfassend einen Inhalationsflußweg (26) zu dem Patienten und einen Exhalationsflußweg (34) von dem Patienten;

ein Zuführmittel (20, 22, 24) zum Liefern von Atemgas von der Quelle (12, 14) zu dem Patienten über den Flußweg (17, 19, 26, 34);

ein Flußsensormittel (16, 18, 32, 41, 42, 43) zum Messen der Gasflußrate in dem Flußweg (17, 19, 26, 24) aufgrund von Inhalation; und

ein Steuermittel (46), das auf das Flußsensormittel (16, 18, 32, 41, 42, 43) zum Erzeugen von Atemunterstützung in dem gelieferten Gasfluß anspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführmittel (20, 22, 24) Atemgas von der Quelle (12, 14) zu dem Patienten mit einer vorbestimmten präinspiratorischen Dauerflußrate liefert,

wobei das Steuermittel (46) dazu ausgelegt ist, Atemunterstützung zu erzeugen, wenn die Änderung in der Gasflußrate aufgrund von Inhalation einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei das Flußsensormittel (16, 18, 32, 41, 42, 43) wenigstens einen Flußsensor (42), der an wenigstens einer Stelle in dem Exhalationsflußweg (34) angeordnet ist, und wenigstens einen anderen Flußsensor (41) an wenigstens einer anderen Stelle in dem Inhalationsflußweg (46) umfaßt und wobei das Steuermittel (46) Mittel zum Wiederherstellen des präinspiratorischen Daueratemgasflusses auf seinen vorbestimmten Wert vor der nächsten Einatmungsanstrengung des Patienten umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Inhalationsflußweg (26) und der Exhalationsflußweg (34) einen mit dem Patienten in Verbindung stehenden Anschluß (27) bilden,

wobei eines der Flußsensormittel (32) an dem Anschluß (27) angeordnet ist zum Messen der Gasflußrate in den Patienten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Flußsensormittel eine Mehrzahl von Flußsensoren (16, 18, 32, 41, 42) umfaßt und das Steuermittel (46) dazu ausgelegt ist, die Gasflußrate an wenigstens einem der Flußsensoren (16, 18, 32, 41, 42) zu messen.

4. Verfahren zum Flußauslösen einer Beatmungsvorrichtung, die eine Gasquelle (12, 14) und einen Flußweg (17, 19, 26, 34) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Zuführen von Gas von der Gasquelle (12, 14) durch den Flußweg (17, 19, 26, 34) mit einer vorbestimmten präinspiratorischen Dauerflußrate;

Messen - an wenigstens einer Stelle (16, 18, 32, 41, 42, 43) in dem Flußweg (17, 19, 26, 34) - des Unterschieds in der Gasflußrate in den Flußweg (17, 19, 26, 34) hinein und aus diesem heraus aufgrund der Inhalation;

Erzeugen von Atemunterstützung in dem von der Gasquelle (12, 14) zugeführten Gas, wenn der Unterschied in der Gasflußrate aufgrund einer Inhalation einen vorbestimmten Wert überschreitet; und

Wiederherstellen der Gasflußrate auf die vorbestimmte Dauerflußrate vor einer nächsten Inhalation.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Flußweg (17, 19, 26, 34) einen Inhalationsflußweg (26) und einen Exhalationsflußweg (34) umfaßt und der Inhalationsflußweg (26) und der Exhalationsflußweg (34) zusammentreffen, um einen Anschluß (27) zu bilden, wobei der Schritt des Messens des Unterschieds in der Gasflußrate in den Flußweg (17, 19, 26, 34) hinein und aus diesem heraus das Gasflußmessen an dem Anschluß (27) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Flußweg (17, 19, 26, 34) einen Exhalationsflußweg (34) und einen Inhalationsflußweg (26) umfaßt, wobei der Schritt des Messens des Unterschieds in der Gasflußrate in den Flußweg (17, 19, 26, 34) hinein und aus diesem hinaus das Durchführen von Messungen an wenigstens einer Stelle im Inhalationsflußweg und an wenigstens einer Stelle im Exhalationsflußweg umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Flußweg (17, 19, 26, 34) einen Exhalationsflußweg (34) umfaßt und der Schritt des Messens des Unterschieds in der Gasflußrate in den Flußweg (17, 19, 26, 34) hinein und aus diesem heraus das Durchführen von Messungen an wenigstens einer Stelle im Exhalationsflußweg (34) umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt des Unterbrechens der Atemunterstützung, wenn die Flußrate in dem Flußweg (17, 19, 26, 34) unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt des Unterbrechens der Atemunterstützung, wenn der Druck in dem Flußweg (17, 19, 26, 34) über einen Schwellenwert ansteigt.