DE69636501T2

DE69636501T2 - Einrichtung zur messung von mindestens zwei pneumatischen lungenparametern und messverfahren dazu

Info

Publication number: DE69636501T2
Application number: DE69636501T
Authority: DE
Inventors: Magdy Winnipeg YOUNES
Original assignee: University of Manitoba
Current assignee: University of Manitoba
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: CA2240733A1; WO1997022377A1; AU1090897A; GB9525994D0; JP3320422B2; ATE337815T1; EP1752187A2; JPH11502755A; EP1752187A3; CA2240733C; EP0871509B1; EP0871509A1; DE69636501D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Ventilation und insbesondere die unterstützten Ventilationsmodi.
Die Bestimmung von Dehnungs- und Widerstandseigenschaften des respiratorischen Systems ist ungeachtet des verwendeten Beatmungsgerätmodus für die Überwachung eines Krankheitsverlaufs von erheblicher Wichtigkeit. Im proportionalen Unterstützungsventilationsmodus ist darüber hinaus das Wissen um diese Eigenschaften für die richtige Anpassung des volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungszuwachses unentbehrlich. Der proportionale Unterstützungsventilationsmodus (PAV^®) wird im US-Patent Nr. 5,107,830 (Younes) umfassend beschrieben.
Kurz gesagt erhöht sich bei der proportionalen Unterstützungsventilation der durch das Beatmungsgerät abgegebene Druck in direktem Verhältnis zum Bemühen des Patienten, und die Proportionalität gilt von Atemzug zu Atemzug sowie kontinuierlich während jedes Einatmens. Die proportionale Unterstützungsventilation funktioniert nach dem Prinzip, dass die inspiratorische Strömung (V •) und ihr Integral, das Volumen (V) eines Patienten, die notwendige Information enthalten, um sich im Wesentlichen dem Profil der Patientenbemühung anzupassen. Durch kontinuierliches Messen der momentanen Strömungs- und Volumenwerte und Anwenden eines für alle passenden Zuwachsfaktors (für die Strömung, cmH₂O/L/S und für das Volumen cmH₂O/ml) kann das Beatmungsgerät ein Druckprofil an den Patienten abgeben, das den momentanen, im Patient erzeugten Druck verstärkt.
Die Druckunterstützung, die für den Patienten bereitgestellt wird, lässt sich durch die Beziehung: Pvent = K1V + K2V •ausdrücken, worin P_vent die Größe der Druckunterstützung ist, K₁ ein Zuwachsfaktor ist, der auf ein variables anhaltendes Volumensignal (V) angewendet wird, und K₂ ein Zuwachsfaktor ist, der auf ein variables anhaltendes Strömungssignal (V •) angewendet wird. Die Werte für K₁ (oder VA) und K₂ (oder (PA) sind Anteile der respiratorischen Elastanz bzw. des respiratorischen Widerstands.
Bei apnoischen Patienten stellt das Beatmungsgerät die einzige ausdehnende Kraft zur Verfügung, wie durch den Luftwegs- bzw. Atemwegsdruck (P_aw) widergespiegelt wird. Weil P_aw den gesamten Ausdehnungsdruck zur Verfügung stellt, ist es möglich, zuverlässig die Dehnungs- und Widerstandseigenschaften von solchen Patienten zu bestimmen. In der Literatur sind für diesen Zweck eine Vielfalt von zuverlässigen Verfahren beschrieben worden.
Die Situation ist bei den Unterstützungsventilationsmodi, bei denen der Beatmungsgerätezyklus mit der inspiratorischen Bemühung des Patienten synchronisiert wird, viel komplizierter. In diesem Fall ist P_aw nicht die einzige ausdehnende Kraft. Vielmehr werden die Strömung (V •) und das Volumen (V) als Ergebnis der kombinierten Wirkung des Beatmungsgeräts (wie durch P_aw widergespiegelt) und des Patienten (wie im Muskeldruck (P_mus) ausgedrückt) erzeugt. In dem Umfang, in dem sich die Größe von P_mus kontinuierlich verändert und ohne vorheriges Wissen um die mechanischen Gegebenheiten des Patienten nicht gemessen oder eingeschätzt werden kann, ist es nicht möglich, den aufgewendeten Gesamtdruck (d.h. P_aw + P_mus) zu irgendeinem Zeitpunkt der inspiratorischen bzw. Einatmungsphase des Beatmungsgerätezyklus einzuschätzen. Durch dieses Problem ist es schwierig geworden, die mechanischen Eigenschaften in den Unterstützungsmodi zuverlässig einzuschätzen.
Da das Verhalten von P_aw, Strömung und Volumen während eines „normalen" Zyklus nicht zum Einschätzen von mechanischen Eigenschaften verwendet werden kann, bleibt nur die Möglichkeit, in einer der primären Variablen (z.B: P_aw oder V •) eine Störung hervorzurufen und die Konsequenzen auf die anderen Variablen zu beobachten. Dieser Ansatz, der erfolgreich bei den kontrollierten Ventilationsmodi verwendet wird, steckt beim Unterstützungmodus voller Schwierigkeiten, da die im Atemweg erzeugte Störung den vom Patienten erzeugten Druck (P_mus) über mindestens drei Mechanismen ändern kann, nämlich:

a) Mechanische Störungen werden ohne weiteres wahrgenommen. Der Patient kann auf der Verhaltensebene durch Änderung von P_mus reagieren;
b) Die durch die Störung erzeugte Strömungs- oder Volumenänderung kann P_mus auf dem Reflexweg (d.h. unabhängig von der Wahrnehmung) ändern; und
c) Die Strömungs- oder Volumenänderung kann P_mus auf einer rein mechanischen Ebene über die intrinsischen Eigenschaften der Einatmungsmuskeln ändern (Kraft-Längen- und Kraft-Geschwindigkeits-Beziehungen).

Wenn P_mus durch die Störung verändert wird, kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Änderung von P_aw während der Störung die Gesamtänderung der aufgewendeten Kraft darstellt, die im Unterstützungsmodus durch [
+
] angegeben wird. Dieses Verhältnis macht es wiederum unmöglich, die Beziehung zwischen P_aw, V • und V während der Störung zu verwenden, um die mechanischen Gegebenheiten des Patienten einzuschätzen, es sei denn, es kann gewährleistet werden, dass P_mus durch die Störung nicht geändert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Verfahren, die nachfolgend ausführlich beschrieben und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, machen es möglich, die obigen Schwierigkeiten zu umgehen, so dass trotz des sich beständig ändernden und nicht quantitativ bestimmbaren P_mus zuverlässige Einschätzungen der passiven Dehnungs- und Widerstandseigenschaften während des Unterstützungsventilationsmodus ermöglicht werden. Die zum Einschätzen des Passivdruck-Volumen-Verhältnisses und des Passivdruck-Strömungs-Verhältnisses verwendeten Verfahren sind einzelne Verfahren, die aber wie nachfolgend ausführlich beschrieben kombiniert werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er in Anspruch 1 definiert ist, wird ein Verfahren zum Einschätzen eines Passivdruck-Volumen-Verhältnisses eines Atmungssystems bei einem Patienten mit mechanischer Ventilationshilfe und Erzeugen einer spontanen respiratorischen Bemühung (Unterstützungsventilationsmodus) zur Verfügung gestellt, um die Wahl der Komponente der Volumenunterstützung des proportionalen Unterstützungsventilationsmodus (PAV) zu bestimmen, umfassend:

a) das Einstellen eines Beatmungsgeräts auf den proportionalen Unterstützungsventilationsmodus mittels empirischer Elastanz- und Widerstandswerte oder Elastanz- und Widerstandswerte, die durch andere herkömmliche Verfahren bestimmt werden, zum anfänglichen Einstellen der volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungskomponenten der proportionalen Unterstützungsventilation,
b) das Überwachen des Atemwegdrucks (P_aw) und der Strömung (V •) und des Volumens (V) für den Patienten,
c) das Halten der Strömung bei oder nahe bei Null in auswählten Atemzügen für einen Zeitraum über das Beenden einer inspiratorischen Phase der Ventilation hinaus,
d) das Messen von P_aw an einem Punkt, der so weit wie möglich vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens entfernt ist aber früher als die Latenz für respiratorische Verhaltensreaktionen liegt, um P_Anhalten vorzusehen,
e) das Messen des Atemzugvolumens (V_T) der Atemzüge, die für den inspiratorischen Anhalteschritt ausgewählt wurden,
f) wobei das Verhältnis zwischen P_Anhalten und V_T in den ausgewählten Atemzügen so eingestellt wird, dass ein Druck-Volumen-Verhältnis gegenüber dem V_T-Bereich vorgesehen wird, der während der proportionalen Unterstützungsventilation angetroffen wird, um ein anschließendes Regulieren der volumenbezogenen Unterstützung für die proportionale Unterstützungsventilation zu ermöglichen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er im Anspruch 16 definiert ist, wird eine Vorrichtung zum Einschätzen eines Passivdrucks-Volumen-Verhältnisses eines Atmungssystems bei einem Patienten mit mechanischer Ventilationshilfe und zum Erzeugen einer spontanen respiratorischen Bemühung (Unterstützungsventilationsmodus) zur Verfügung gestellt, um die Wahl einer Komponente der Volumenunterstützung des proportionalen Unterstützungsventilationsmodus (PAV) zu bestimmen, umfassend:

a) Mittel zum Einstellen eines Beatmungsgeräts auf den proportionalen Unterstützungsventilationsmodus mittels empirischer Elastanz- und Widerstandswerte oder Elastanz- und Widerstandswerte, die durch andere herkömmliche Verfahren bestimmt werden, zum anfänglichen Einstellen der volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungskomponenten der proportionalen Unterstützungsventilation,
b) Mittel zum Überwachen des Luftwegdrucks (P_aw) und der Strömung (V •) und des Volumens (V) für den Patienten,
c) Mittel zum Halten der Strömung bei oder nahe bei Null in auswählten Atemzügen für einen Zeitraum über das Beenden einer inspiratorischen Phase der Ventilation hinaus,
d) Mittel zum Messen von P_aw an einem Punkt, der so weit wie möglich vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens entfernt ist aber früher als die Latenz für respiratorische Verhaltensreaktionen liegt, um P_Anhalten vorzusehen,
e) Mittel zum Messen des Atemzugvolumens (V_T) der Atemzüge, die für den inspiratorischen Anhalteschritt ausgewählt sind,
f) Mittel zum Einstellen des Verhältnisses zwischen P_Anhalten und V_T in den ausgewählten Atemzügen, um ein Druck-Volumen-Verhältnis gegenüber dem V_T-Bereich vorzusehen, der während der proportionalen Unterstützungsventilation angetroffen wird, um ein anschließendes Regulieren der volumenbezogenen Unterstützung für die proportionale Unterstützungsventilation zu ermöglichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht das typische Muster einer respiratorischen motorischen Leistung während eines normalen Einatmungszyklus, das über jahrzehntelange Forschung in der Atmungssteuerung erstellt wurde;
2, die die Kurven A, B und C umfasst, enthält Kurven, die den Atemwegsdruck (P_aw) (Kurve A), das Volumen (Kurve B) und die Strömung (Kurve C) während eines Einatmungsanhaltevorgangs zeigen, wie hier gemäß einer Ausführungsform der Erfindung praktiziert;
3, die die Kurven a, b, c, d, e und f umfasst, zeigt das graphische Verhältnis von P_Anhalten zu V_T für eine Reihe von gesammelten, hier gemachten Beobachtungen; und
4, die die Kurven A und B umfasst, zeigt die Darstellungen von P_aw, Strömung und Volumen für positiv gestörte (Kurve A) und negativ gestörte (Kurve B) Atemzüge gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Fähigkeit, die passiven Dehnungs- und Widerstandswerte für einen bestimmten Patienten zu erstellen, wie hier geschehen, entsteht aus mehreren Entwicklungen auf dem Gebiet der mechanischen Ventilation.
Die 1 veranschaulicht das typische Muster einer respiratorischen motorischen Leistung während eines Atmungszyklus, wie es über jahrzehntelange Forschung in der Atmungssteuerung erstellt wurde. Es gibt eine Rampensteigerung der inspiratorische Muskelaktivität (oder inspiratorischer P_mus). Nach dem Erreichen eines Höchststands fällt die inspiratorische Leistung gewöhnlich schnell in Richtung Null ab. Wenn der Antrieb zu atmen gering ist, bleibt P_mus im Allgemeinen bis zum Beginn des nächsten Zyklus bei Null (gestrichelte Linie „a", 1).
Bei einem starken Antrieb oder bei einer verzögerten Entleerung während des Ausatmens können exspiratorische Muskeln rekrutiert werden. Wenn dies geschieht, ist der durch die exspiratorischen Muskeln erzeugte Druck beim neuralen Ausatmen leicht vorzeitig und baut sich später beim Ausatmen zu einem Maximum auf (Linie „b", 1).
Es gibt demgemäß ein Zeitfenster (w, 1), während dessen P_mus nahe bei Null ist, gleichgültig ob die exspiratorische Muskelaktivität vorhanden ist oder nicht. Weil in der Nachbarschaft dieses Fensters die Änderungsrate des inspiratorischen oder exspiratorischen P_mus relativ klein ist, gibt es eine relative Unempfindlichkeit gegenüber Fehlern beim Einschätzen, wo dieses Fenster ist. Aufgrund der umfangreichen persönlichen Erfahrung des Erfinders beim Überwachen von P_mus unter verschiedenen Bedingungen sollte bei ventilierten Patienten „w" innerhalb ungefähr 200 bis ungefähr 400 msec nach dem höchsten inspiratorischen P_mus beginnen.
Die inspiratorische Anhaltetechnik wird seit vielen Jahren zum Messen des elastischen Rückstoßes am Ende des Einatmens sowohl im gesteuerten als auch unterstützten Ventilationsmodus angewendet. Abgesehen von Verhaltensreaktionen spiegelt in den gesteuerten Modi (apnoischer oder paralysierter Patient) der während dieser Haltezeit gemessene Druck (Plateaudruck) den passiven elastischen Rückstoß wider. In den Unterstützungsmodi wird der Plateaudruck durch einen unbestimmten Betrag in Bezug auf P_mus kontaminiert, und zwar gleichgültig ob Verhaltensreaktionen auftreten.
Bei den herkömmlichen Unterstützungsmodi (umlaufendes Volumen [Unterstützung/Steuerung] und zirkulierter Druck [PSV]) gibt es keine Verbindung zwischen dem Ende des inspiratorischen Zyklus des Beatmungsgeräts und dem Ende des neuralen Zyklus des Patienten. Die Aufblähphase kann zu jeder Zeit während des Patientenzyklus enden. Die inspiratorische Anhaltedauer kann daher mit einer Zeitspanne, während der es einen großen inspiratorischen oder exspiratorischen P_mus gibt, zusammenfallen.
Im Gegensatz dazu wird im proportionalen Unterstützungsventilationsmodus (PAV^®) das Ende der Aufblähphase durch das Beatmungsgerät so vorgeschrieben, dass sie während der Phase der schnellen Abnahme des inspiratorischen P_mus sehr nahe bei „w" auftritt. Wenn der Plateaudruck innerhalb von ein paar Hundert msec nach dem Ende der Aufblähphase gemessen wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es einen signifikanten inspiratorischen oder exspiratorischen P_mus gibt, wesentlich geringer. Dieses Phänomen wird hier gemäß einem Aspekt der Erfindung angewendet.
Der Erfinder hat festgestellt, dass die minimale Latenz zum Ausführen einer Verhaltensreaktion in P_mus im Anschluss an eine mechanische Störung in den Atemwegen mindestens ungefähr 200 msec beträgt. Dies ist sogar bei munteren gesunden Probanden der Fall, die vorgewarnt werden, so schnell wie möglich auf eine voraussichtliche Intervention zu reagieren. Bei mechanisch ventilierten Patienten werden vor etwa 300 msec nach einer Störung kaum Verhaltensreaktionen beobachtet, selbst wenn der Patient wach ist. Dieses Ergebnis wird auf die übliche Bewusstseinstrübung und den Mangel an Voraussicht bezogen. Es folgt daraus, dass Messungen bei solchen Patienten, die innerhalb von etwa 300 msec nach einer mechanischen Störung in den Atemwegen durchgeführt werden, wahrscheinlich nicht aufgrund von Fehlern erfolgen, die durch Verhaltensreaktionen erzeugt werden, die zu einer Änderung des P_mus führen.
Der Erfinder hat P_mus bei einer großen Zahl von Probanden im Verlauf von kurzen (< etwa 200 msec) Störungen von P_aw und Strömung gemessen. Der Erfinder hat festgestellt, dass die Änderungen von P_mus, die durch kleine Änderungen des P_aw oder der Strömung (der hier verwendeten Größe) erzeugt werden, zu gering sind, um einen signifikanten Fehler der eingeschätzten mechanischen Eigenschaften hervorzurufen. Reflex und mechanisches Feedback, die den P_mus in Bezug auf die Strömung und das Volumen ändern, sind daher während den Störungen der hier verwendeten Art und Größe nicht wichtig.
Obwohl die Verfahren zum Einschätzen der passiven Dehnung (Druck-Volumen-Beziehung) und des Widerstands (Druck-Strömungs-Beziehung) nachfolgend getrennt beschrieben werden, teilen sie tatsächlich gemeinsame Merkmale und Anforderungen und sollen mit einem üblichen Computerprogramm gleichzeitig arbeiten, um kontinuierlich Informationen über diese beiden Eigenschaften bereitzustellen, die zum Einstellen der beiden wesentlichen PAC-Komponenten, dem volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungszuwachs, benötigt werden.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das hier vorgesehene Verfahren wird nun ausführlich mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform näher beschrieben. Die Erfindung umfasst mehrere Aspekte, wie nachfolgend dargelegt:
1) Verfahren zum automatischen Bestimmen der passiven Dehnungseigenschaften Druck-Volumen-Verhältnis) (erster Aspekt der Erfindung):
Bei der gegenwärtigen Ventilationspraxis erfolgt die Messung der Elastanz (E_rs) in den Unterstützungsventilationsmodi am häufigsten durch Anwenden eines inspiratorischen Anhaltens, das Messen von P_aw, wenn ein halbwegs stabiles P_aw-Plateau erreicht wird (P_Plat), das Messen des entsprechenden Atemzugvolumens (V_T) und das Anwenden der folgenden Gleichung: Ers = (PPlat – PEEP)/VT worin PEEP der Druck am Ende des Ausatmens des Ventilationszyklus ist, der bei mechanisch ventilierten Patienten gewöhnlich über Null liegt. Abgesehen von der Tatsache, dass P_Plat durch inspiratorische oder exspiratorische P_mus kontaminiert sein kann und daher einen passiven elastischen Rückstoß nicht reflektiert, umfasst der gegenwärtige Ansatz einen ernsten potentiellen Fehler, insofern als der Ansatz davon ausgeht, dass der Druck des elastischen Rückstoßes am Anfang des Einatmens (d.h. P_ELEE) PEEP entspricht. Dies ist eindeutig eine unhaltbare Annahme, da das Volumen am Ende des Ausatmens (d.h. das Volumen am Anfang der Einatemphase) aufgrund eines dynamischen Hyperaufblähens höher als die passive funktionelle Restkapazität (FRC) sein kann, was zu P_ELEE > PEEP führt, oder aufgrund der Aktivität der exspiratorischen Muskeln niedriger als die passive FRC sein kann, was zu P_ELEE < PEEP führt. Dass diese kollektiven Fehler ernst sind, folgt aus der breiten Variabilität der Elastanzmessungen zwischen aufeinander folgenden Bestimmungen und dem Mangel an einer guten Übereinstimmung zwischen der in den Unterstützungsmodi mit dem gegenwärtigen Ansatz gemessenen Elastanzbestimmung und Bestimmungen, die bei demselben Patienten nach einer induzierten Passivität und nach der Feststellung, dass das Volumen am Anfang der Einatmungsphase tatsächlich die passive FRC ist, gemacht wurden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden diese Probleme zum Bereitstellen des Druck-Volumen-Verhältnisses auf die folgende Weise behandelt:

1) PAV wird wie der Unterstützungsventilationsmodus verwendet. Auf diese Weise wird festgelegt, dass der Beginn des inspiratorischen Anhaltens mit der schnellen Abfallphase des inspiratorischen P_mus nahe an dem Punkt, an dem P_mus fast Null ist, zusammenfällt.
2) Der Druck während des Anhaltens wird zu einer Zeit gemessen, die weniger als die Latenz für Verhaltensreaktionen ist, wodurch Verhaltensreaktionen als Verunreinigungsquelle von P_Plat und daher als Fehlerquelle beim Einschätzen der passiven Elastanz ausgeschaltet werden.
3) Es gibt keine Annahme, dass der elastische Rückstoß am Ende des Ausatmens (Beginn des Einatmens) PEEP entspricht. Vielmehr wird das Verhältnis zwischen V_T und P_Plat, das gemäß den obigen Schritten (1) und (2) bestimmt und anschließend als P_Anhalten bezeichnet wird, unabhängig von PEEP bestimmt, wobei die normalerweise breite V_T-Variabilität während PAV oder, bei Fehlen der spontanen Variabilität, wohl durchdachte Verfahren ausgenutzt werden, um einen solchen breiten Bereich zu erhalten. Der Abschnitt der Beziehung zwischen V_T und P_Anhalten kann oder kann nicht PEEP entsprechen und alle Unterschiede, die existieren können, liefern zusätzliche Informationen im Hinblick auf den Unterschied zwischen dem Volumen am Ende des Ausatmens und der passiven FRC oder Nichtlinearitäten in der Druck-Volumen-Beziehung, die beide sonst sehr schwierig zu erhalten sind, obwohl sie von kritischer Bedeutung für das Einstellen der volumenbezogenen Unterstützung bei der PAV sind.

Die Elastanz, die gemäß diesem Ansatz bestimmt wird, unterscheidet sich von der so genannten statischen Elastanz, da P_aw weit vor den empfohlenen etwa 2 bis 5 sec des inspiratorischen Anhaltens zum Bestimmen der wahren statischen Elastanz gemessen wird. P_Anhalten – und daher die Elastanz, die durch das Verfahren der Erfindung eingeschätzt wird – überschätzt den statischen Dehnungsdruck und daher die statische Elastanz, weil sich der viskoelastische Druck bei etwa 200 bis 300 msec nach dem Anhaltevorgang vielleicht noch nicht vollständig abgebaut hat.
Obwohl Messungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung gemacht werden, vielleicht nicht wirklich das statische Dehnungsverhalten widerspiegeln, sind sie zum Bestimmen des Dehnungsverhaltens während der Einatmungsphase besser geeignet als irgendein Verfahren des Standes der Technik und sind daher relevanter zum Einstellen des Volumen-Unterstützungszuwachses von PAV.
Bevorzugtes Verfahren für das Druck-Volumen-Verhältnis:
Der Patient wird zuerst in den PAV-Ventilationsmodus versetzt. Es wird Vorsorge zum Überwachen von P_aw, Strömung und Volumen getroffen. Die anfänglichen Einstellungen der Strömungsunterstützung (FA) und der Volumenunterstützung (VA) am Beatmungsgerät können auf zuvor bestimmten Werten des Widerstands (R) und der Elastanz (E) im kontrollierten Ventilationsmodus beruhen. Alternativ können Ersatzwerte für FA und VA verwendet werden. Der primäre Zweck dieser Werte ist es, eine Hilfe vorzusehen, aber gleichzeitig unter dem Widerstand (R) bzw. der Elastanz (E) des Patienten zu bleiben. Solange dieses Verhältnis beibehalten wird, fällt das Ende der Beatmungsgerätaufblähphase mit der Abfallphase des inspiratorischen P_mus zusammen (siehe 1 und die obige Erörterung dazu). Geeignete Ersatzwerte können FA = [Endotracheal(ET)-Tubus-Widerstand +4] und VA = 10 cmH₂O/I sein. Wenn diese anfänglichen Einstellungen für den Patienten wie durch den Notfall ersichtlich eindeutig unangemessen sind, können VA und/oder FA langsam erhöht werden, müssen aber unter den Werten bleiben, die ein „Durchgehen" („runaway condition") hervorrufen, wie in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 5,107,830 beschrieben.
Außerhalb dieser Eingangseinstellungen können Dehnungseigenschaften gemäß dem folgenden Paradigma bestimmt werden, und VA kann anschließend im Hinblick auf die Ergebnisse erneut eingestellt werden.
Das grundlegende Verfahren besteht darin, einen inspiratorischen Anhaltevorgang auszuführen und P_aw an einem Punkt innerhalb etwa 300 msec nach dem Ende des Aufblähphase zu messen. Aus den oben erörterten Gründen kann P_aw außerhalb dieses Punkts gemessen werden. Je weiter außerhalb dies geschieht desto größer ist allerdings die Wahrscheinlicht einer Kontamination durch Verhaltensreaktionen sowie einem P_exp, der mit Verhaltensreaktionen nicht in Beziehung steht.
Um die zu erwartenden Reaktionen vom Patienten zu minimieren, sollte der inspiratorische Anhaltevorgang vorzugsweise nicht bei jedem Atemzug, sondern vielmehr in willkürlicher Sequenz bei einer durchschnittlichen Frequenz angewendet werden, die es ermöglicht, dass eine vernünftige Zahl von Datenpunkten (z.B. etwa 15 bis 20) in einer vernünftigen Zeit (z.B. etwa 5 bis 20 min) erhalten wird. Die Frequenz einer solchen Anwendung kann auch gesenkt werden, wenn die Ergebnisse einigermaßen stabil sind.
Für jeden inspiratorischen Anhaltevorgang werden P_aw bei etwa 250 msec nach dem Beginn des inspiratorischen Anhaltens (d.h. Null-Strömung) und das entsprechende Atemzugvolumen (V_T) notiert (siehe 2). Diese Daten werden gespeichert. Idealerweise sollte die Druck-Volumen-Beziehung über einen breiten V_T-Bereich definiert werden. Patienten im PAV-Ventilationsmodus zeigen gewöhnlich eine erhebliche Variabilität von Atemzug zu Atemzug für V_T. Diese Variabilität ist tendenziell ausgeprägter bei wachen Patienten und umgekehrt. Bei Patienten mit einer beträchtlichen Variabilität von Atemzug zu Atemzug erzeugen die willkürlich angewendeten, inspiratorischen Anhaltevorgänge Daten bei unterschiedlichen Volumen, aber es gibt eine größere Datenkonzentration nahe beim Durchschnitt V_T. Die Verteilung der Datenpunkte kann durch einige intelligente Paradigmen besser ausgeglichen werden. Zum Beispiel wenn es viele Daten im durchschnittlichen V_T-Bereich gibt, können die Atemzüge mit einem herausragenden niedrigen und hohen V_T bevorzugt für den inspiratorischen Anhaltevorgang als Ziel gesetzt werden. Eine Vielzahl von intelligenten Algorithmen kann in Erwägung gezogen werden, die die Vorhersage eines relativ kleinen oder relativ großen V_T vor dem Beenden der Aufblähphase unterstützen.
Bei Patienten, die nicht viel V_T-Variabilität zeigen, fallen die Daten gemäß der willkürlichen Routine in einen begrenzten Volumenbereich. Der Bereich kann durch Reduzieren oder Steigern des PAV-Ventilationsunterstützungsniveaus während der Atemzüge erweitert werden, auf die für den inspiratorischen Anhaltevorgang abgezielt wird. Weil die Unterstützungsänderung durch den Patienten lange vor dem Auftreten des inspiratorischen Anhaltens erkennbar ist, und dies zu Änderungen des P_mus während des Anhaltens führen kann, steht die Zuverlässigkeit dieses Ansatzes in umgekehrtem Bezug zum Wachsein des Patienten. Da das Fehlen der wichtigen V_T-Variabilität gewöhnlich bei weniger wachen Patienten beobachtet wird, gibt es eine gewisse Sicherheit im Hinblick auf das Anwenden dieses Verfahren bei Patienten mit geringer V_T-Variabilität. Weitere Sicherheit kann erhalten werden, wenn man den Benutzer (Bedienperson) bittet, eine Bewertung über den Wachzustandsgrad des Patienten einzugeben, wobei das Verfahren nur bei Patienten ausgeführt wird, die eine niedrige Vigilanz aufweisen sollen.
In den Fällen, in denen P_aw während des Anhaltens einer Asymptote vor der minimalen Latenz für die Verhaltensreaktionen näher kommt, diese aber nicht erreicht (z.B. 2, Kurve A), kann es nützlich sein, P_aw bei unterschiedlichen Punkten zwischen 0 und minimaler Latenz zu messen (z.B. 0 bis etwa 300 msec nach dem inspiratorischen Anhalten) und eine nicht lineare Funktion zu verwenden, um den Asymptotenwert einzuschätzen. Eine solche Extrapolation sollte allerdings vorzugsweise nicht über etwa zusätzliche 200 msec ausgedehnt werden und sollte nur angewendet werden, wenn das P_aw-Muster während der ersten etwa 300 msec einen klaren Trend zu einer Asymptote zeigt (z.B. 2).
Nach dem Sammeln einer geeigneten Zahl von Beobachtungen können alte Datenpunkte gelöscht werden, da neue erworben werden, was zu einer kontinuierlich aktualisierten Druck-Volumen-Beziehung führt. Die Ergebnisse können in einer graphischen und/oder numerischen Form dargestellt werden. Einige Beispiele von graphischen Mustern sind in der 3 gezeigt. Der ganze Datensatz kann in eine lineare Funktion eingepasst werden (3, Kurven a, b, c). Umgekehrt können die Daten eine relative Versteifung im hohen V_T-Bereich zeigen, während der lineare Bereich im unteren V_T-Bereich auf PEEP extrapolieren kann oder auf einen Druck über oder unter PEEP (3, Kurven d, e, f). Andere Muster sind auch möglich. Solche Anzeigen und ihre mathematischen Entsprechungen ermöglichen eine umfassende Bewertung der Druck-Volumen-Beziehung, die kontinuierlich aktualisiert wird.
Obwohl bei den meisten Patienten, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung getestet werden, die Streuung von Datenpunkten um die Regressionslinie minimal und akzeptabel ist, gibt es bei einigen Patienten eine beträchtliche Streuung, die das Vertrauen in die Neigung und den Abschnitt der Beziehung reduziert. Der Erfinder hat festgestellt, dass, wenn dies auftritt, es oft in Zusammenhang mit ventilatorischen Variablen in Zusammenhang steht, die dem Atemzug, der für das Anhalten ausgewählt wird, vorausgehen, und diese dahingehend wirken, dass sie das Volumen zu Beginn des ausgewählten Atemzugs verändern. In anderen Fällen wird die Streuung auf Unterschiede in der Einatmungszeit der Atemzüge bezogen, die für das inspiratorische Anhalten ausgewählt werden. Dies tritt besonders bei Patienten mit ausgeprägtem viskoelastischen Verhalten auf. Wenn die Streuung übermäßig ist, werden ventilatorische Variable in den Atemzügen, die den ausgewählten Atemzügen vorausgehen (z.B. Atemzugsvolumen, exspiratorische Zeit, Ventilation usw.), sowie die inspiratorische Zeit der verdeckten Atemzüge in die Regressionsgleichung als Co-Variable eingefügt. Ein solches Verfahren reduziert immer die Streuung und liefert zuverlässigere Einschätzungen des elastischen Rückstoßes bei unterschiedlichen Punkten während des Einatmens.
Eine andere Ursache für die übermäßige Streuung ist die Aufnahme von fehlerhaften Daten. Solche fehlerhaften Daten können zum Beispiel auftreten, wenn ein Husten oder eine andere unberechenbare Entwicklung im Verlauf von oder direkt vor den ausgewählten Atemzügen auftritt. Diese fehlerhaften Punkte können identifiziert und gelöscht werden, und zwar mittels spezieller Kriterien, einschließlich – aber nicht ausschließlich – Strömungs-, P_aw und/oder Volumenmustern während oder vor den ausgewählten Atemzügen, die klar außerhalb des normalen Bereichs der Variabilität liegen, die bei dem bestimmten, ventilierten Patienten erstellt wird.
Interpretation der Ergebnisse und Einstellen der Volumensunterstützung im PAV-Ventilationsmodus:

i) Der durchschnittliche P_Anhalten abzüglich PEEP wird geteilt durch den durchschnittlichen V_T, um einen einzigen Elastanzwert (oder seinen Kehrwert, je nach dem) vorzusehen. VA kann auf den gewünschten Anteil des einzigen Werts eingestellt werden. Dies wäre eindeutig bei einer linearen P-V-Beziehung und bei einem zu PEEP ähnlichen Abschnitt angebracht (z.B. Muster „a", 3). Dieser Ansatz ist nicht ideal, wenn Abschnitte vorliegen.
ii) Das Vorhandensein eines P_aw-Abschnitts, der höher als PEEP ist (z.B. Muster b und e, 3), kennzeichnet entweder das Vorhandensein eines dynamischen Hyperaufblähens (DH) oder eines steifen respiratorischen Systems im unteren Volumenbereich (z.B. abdominale Dehnung, sehr geringe FRC, Luftwegsverschluss usw.). Diese beiden Möglichkeiten lassen sich nicht leicht unterscheiden. Zwei Ansätze können verwendet werden, um in diesem Fall VA vorzusehen:
a) VA = I + f·V/Sworin I der Unterschied zwischen dem Druckabschnitt und PEEP ist, S die Neigung des linearen Teils der PV-Kurve ist, V das momentane Volumen ist und f der Anteil der elastischen, zu entlastenden Dehnungsbelastung ist.
b) Die niedrigste Datenbereich wird mit PEEP verbunden (gestrichelte Linien, Muster b und e, 3) und VA wird ein Anteil (eingestellt durch den Benutzer) der Druck-Volumen-Beziehung, die durch das gestrichelte extrapolierte Segment und die Regressionslinie, die von den aktuellen Daten erhalten wird, definiert ist. Wenn die aktuellen Daten eine Versteifung im oberen V_T-Bereich zeigen, ist es wünschenswert, die lineare Funktion nach oben auszudehnen (Kurve e, 3), obwohl nicht lineare Funktionen, die die obere Versteifung aufnehmen, auch verwendet werden können.
iii) Das Vorhandensein eines Abschnitts, der unter PEEP liegt, deutet entweder darauf hin, dass die Atemzüge von einem Volumen unter der passiven FRC beginnen oder dass der ganze Datensatz im steifen oberen Bereich der P-V-Kurve erhalten wird. In beiden Fällen wäre es vernünftig, die untersten aktuellen Datenpunkte mit PEEP zu verbinden (gestrichelte Linie, Kurven c und f, 3), und VA wird ein gewünschter Anteil der Beziehung, die durch die gestichelte extrapolierte Linie und die Linienfunktion, die von den aktuellen Daten erhalten wird, definiert ist.
iv) In allen Fällen können geeignete nicht lineare Funktionen verwendet werden.

2) Verfahren zur automatischen Bestimmung des passiven Druck-Strömungs-Verhältnisses (Widerstandseigenschaften) (zweiter Aspekt der Erfindung):
Die Bewertung der Widerstandseigenschaften des respiratorischen Systems bei Patienten mit spontanen respiratorischen Bemühungen unter mechanischer Ventilation ist problematisch und gegenwärtig gibt es kein zufrieden stellendes Verfahren. Es ist möglich, einen Lungenwiderstand mittels einer Speiseröhrendruckmessung gemäß Standardverfahren, die bei nicht ventilierten Patienten angewendet werden, zu bestimmen. Dieser Ansatz ist allerdings invasiv und die Ergebnisse umfassen nicht den Brustwandwiderstand. Es ist auch schwierig, mit dieser Technik die Nichtlinearitäten in der Druck-Strömungs-Beziehung zu bewerten, insbesondere beim Druck-Unterstützungs-(PSV) und proportionalen Unterstützungs(PAV)-Ventilationsmodus. Für eine Ventilationseinstellung des strömungsunterstützten Zuwachses der PAV-Ventilation ist es notwendig, den gesamten respiratorischen Widerstand in Betracht zu ziehen (d.h. nicht nur den Lungenwiderstand) und Nichtlinearitäten sollten vorzugsweise auch berücksichtigt werden.
Die inspiratorische Anhaltetechnik, die anfänglich für Patienten unter gesteuerter Ventilation eingeführt wurde, wird auch in den Unterstützungsmodi verwendet und ist gegenwärtig der am häufigsten verwendete Ansatz. Dieser Ansatz ist allerdings nur möglich, wenn der Patient sich in den volumenzirkulierten Modi befindet und kann nicht im PSV oder PAV angewendet werden. Weiter gibt es selbst im volumenzirkulierten Modus Probleme im Hinblick auf Zeitverzögerungen zwischen der höchsten Strömung und dem Punkt der Nullströmung, die etwa 250 msec lang dauern kann. Obwohl bei einer gesteuerten Ventilation diese Verzögerung korrigiert werden kann, ist eine Korrektur während der unterstützten, volumenzirkulierten Ventilation nicht möglich, da sich während der Verzögerungszeit die Bemühung des Patienten (P_mus) leicht geändert haben könnte, wodurch die Grundvoraussetzung des Verfahrens ungültig geworden ist und fehlerhafte Ergebnisse erzeugt werden.
Umfangreiche Schwingungsverfahren sind verwendet worden, um den Widerstand bei nicht ventilierten Menschen und bei ventilierten paralysierten Tieren zu messen. Die Anwendung dieser Verfahren auf mechanisch ventilierte Patienten in den Unterstützungsmodi ist durch zahlreiche technische Probleme behindert worden, einschließlich dem nicht linearen Verhalten der Druck-Strömungs- und Druck-Volumen-Beziehung, der variierenden Hintergrundströmung, dem Volumen und P_mus, die die Verwendung einer hochfrequenten Schwingung benötigen, so dass langsamere Hintergrundänderungen herausgefiltert werden können (allerdings unterscheidet sich der Widerstand bei hoher Frequenz vom Widerstand bei normale Atemfrequenz), dem Bedarf, die Schwingungen über eine relativ lange Zeit anzuwenden, mit zugehörigen Wahrnehmungsproblemen, was die Analyse weiter verkompliziert.
Die vorliegende Erfindung gemäß diesem zweiten Aspekt der Erfindung umgeht die obigen Probleme durch Verwendung von innovativen Verfahren. Weiterhin ist sie nicht invasiv, d.h. sie erfordert keine zusätzliche Geräteausrüstung des Patienten, liefert Informationen über das gesamte Druck-Strömungs-Verhältnis im Betriebsbereich, einschließlich allen Nichtlinearitäten, die bestehen können, und kann leicht automatisiert werden. Obwohl das Verfahren für alle Formen mechanischer Ventilation geeignet ist, soll es hauptsächlich für die PAV-Ventilation eingesetzt werden, um eine kontinuierlich aktualisierte Einschätzung über die Widerstandsdruck-Strömungs-Beziehung zu geben, die zum Einstellen der Strömungsunterstützungskomponente der PAV-Ventilation verwendet werden kann.
Die Merkmale des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gemäß diesem zweiten Aspekt der Erfindung umfassen daher folgendes:

a) Das Anwenden von kurzen mechanischen Störungen im Verlauf von aktuellen Einatmungsphasen, wobei die mechanische Störung, die zu einer spezifischen Zeit oder Strömung nach dem Beginn der Einatmungsphase mit nur einer Störung beginnt, bei einem bestimmten Atemzug angewendet wird (siehe z.B. 4);
b) das Begrenzen der Analyse hinsichtlich der Konsequenzen dieser Störungen auf einen Zeitraum, der weniger als die minimale Latenz für die Verhaltensreaktionen ist (vorzugsweise ≤ etwa 250 msec);
c) das Anwenden von Störungen von mindestens zwei unterschiedlichen Amplituden und/oder Polarität (d.h. unterschiedlichen Formen), wobei die Amplituden so ausgewählt sind, dass während der Störungen ein Strömungsbereich resultiert, der den Strömungsbereich, der bei nicht gestörten Atemzügen angetroffen wird, umfasst. Wenn Störungen zu einer Zeit angewendet werden sollen, zu der die Strömung natürlicherweise hoch ist, können daher negative Störungen von zwei oder mehr Amplituden ausgewählt werden, wobei die Amplitude der größten negativen Störung ausgewählt wird, um die Strömung auf nahe Null zu reduzieren (z.B. 4B). Alternativ können, wenn die Störungen an einem Punkt erfolgen sollen, an dem die Strömung natürlicherweise nahe Null ist, zwei oder drei positive Störungen erfolgen, wobei die größte zu einer Strömung führt, die sich der maximalen Strömung, die bei nicht gestörten Atemzügen beobachtet wird, nähert. Wenn die Störungen an einem Punkt erfolgen sollen, an dem die Strömung dazwischen liegt, dann kann eine Mischung aus positiven und negativen Störungen angewendet werden, um den gewünschten Strömungsbereich zu erhalten;
d) die Messung des Drucks (P_aw), der Strömung (V •) und des Volumens (V) in geeigneten Intervallen während der Störung und Speichern der Ergebnisse;
e) die Durchschnittsberechnung der Ergebnisse von mehreren Bestimmungen mit jeder Art/Amplitude von Störung, um die Wirkung eines willkürlichen Atemzugs durch die Atemzugvariabilität bei Hintergrundzuständen (zum Beispiel aufgrund von Unterschieden des P_mus oder Volumens zu Beginn des Einatmens usw.) zur ausgewählten Messzeit auszuschalten. Wenn eine geeignete Zahl Beobachtungen pro Störungsform erhalten wird, können Unterschiede zwischen durchschnittlichem Druck, Strömung und Volumen zwischen unterschiedlichen Störungsformen zuverlässig den Störungen selbst und nicht den unterschiedlichen Hintergrundzuständen zugeschrieben werden.
f) Der Druck, die Strömung und das Volumen in den nicht gestörten Atemzügen kann auch über einen identischen oder ähnlichen Zeitintervall wie die Messzeit bei den gestörten Atemzügen gemessen werden (4), und eine geeignete Zahl von solchen Beobachtungen wird auch gemittelt, wodurch ein zusätzlicher Datensatz zur Verfügung gestellt wird, um die nicht lineare Druck-Strömungs-Beziehung zu definieren. Mindestens zwei Störungsarten und die Daten von den nicht gestörten Atemzügen werden benötigt, um das nicht lineare Verhalten zu definieren. Alternativ können Daten von nicht gestörten Atemzügen durch eine zusätzliche Störungsart ersetzt werden. Daher können positive Störungen von zwei unterschiedlichen Amplituden und eine negative Störung oder zwei unterschiedliche negative Störungen und eine positive Störung verwendet werden. Andere Umsetzungen sind natürlich möglich, das wichtigste bestimmungsgemäße Ergebnis ist es, mindestens drei gemittelte Datensätze (für P_aw, V • und V) zu erzeugen, bei denen die Strömung einen breiten Bereich abdeckt.
g) Unterschiede beim durchschnittlichen P_aw zwischen den unterschiedlichen Sätzen hängen mit der unterschiedlichen Strömung und den unterschiedlichen Volumen zusammen. Obwohl diese Ergebnisreihen mit standardmäßigen mathematischen Methoden gelöst werden können, um Werte für den Widerstand und die Elastanz zu erhalten, ist es bevorzugt, Elastanzwerte unabhängig zu erhalten und die Einwirkung von Unterschieden des Volumen auf P_aw in den Datensätzen unter Verwendung dieser unabhängig bestimmten Elastanzwerte zu erhalten. Dies erfolgt, weil im Hinblick auf die kurze Natur der Störung und die relativ kleinen Strömungsänderungen die Volumenunterschiede zwischen unterschiedlichen Datensätzen typischerweise sehr gering sind (z.B. 4). Elastanzen, die aus den gemäß der vorliegenden Erfindung gesammelten Datensätzen berechnet werden, können selbst in Gegenwart eines leisen Geräuschs fehlerhaft sein.

Weil die Verfahren zum Messen der Dehnungs- (obiges Verfahren 1) und Widerstandseigenschaften (obiges Verfahren 2) gleichzeitig ablaufen sollen, können die aus dem Verfahren 1 erhaltenen Elastanzwerte dazu benutzt werden, um den Dehnungsdruck in Zusammenhang mit dem Volumenunterschied zwischen den Datensätzen einzuschätzen und so den auf den Strömungsunterschied bezogenen Druck (P_res) zu erhalten. Daher ist
worin
der Unterschied des durchschnittlichen P_aw zwischen zwei Beobachtungssätzen ist,
der Volumenunterschied zwischen den beiden Sätzen ist und E die inkrementelle Elastanz ist, die aus dem Verfahren 1 oder einem anderen geeigneten Verfahren bestimmt wird. Der so bestimmte Wert für
wird dem Strömungsunterschied zwischen den beiden Sätzen zugeordnet. In Gegenwart von drei oder mehr Sätzen, die unterschiedliche Strömungsbereiche abdecken, ist es möglich, mittels standardmäßigen mathematischen Verfahren die Druck-Strömungs-Beziehung über den ganzen relevanten Strömungsbereich, einschließlich alle Nichtlinearitäten, genau einzuschätzen.
Die spezifischen Merkmale des Verfahrens gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, die die Probleme des Standes der Technik überwinden, umfassen:

a) Das Anwenden von Störungen zu einer bestimmten Zeit in der Einatmungsphase. Dieses Merkmal stellt nach dem Mitteln einer Zahl von Beobachtungen sicher, dass Unterschiede zwischen Variablen, die während der Störung gemessen werden, auf die Störung und nicht auf die variierenden Hintergrundbedingungen bezogen werden.
b) Das Begrenzen der Analyse auf eine Zeit innerhalb der Latenz für Verhaltensreaktionen. Dieses Merkmal schaltet den irritierenden Einfluss dieser Reaktionen aus.
c) Da bei einem bestimmten Atemzug nur eine Störung erfolgt und es ein Zeitfenster von etwa 200 bis 300 msec für deren Anwendung gibt, kann der Störungsfrequenzgehalt ausreichend niedrig sein, so dass die Frequenzabhängigkeit des Widerstands die Ergebnisse nicht ernsthaft beeinträchtigt.
d) Da bei einem bestimmten Atemzug nur eine Störung erfolgt und die Störungen selten angewendet werden, kann die Amplitude der Strömungsstörung relativ groß sein. Dieses Merkmal ist mit herkömmlichen Schwingungsverfahren nicht durchführbar, bei denen sich wiederholende Schwingungen über relativ lange Zeiträume erzeugt werden. Die relativ große Amplitude der Strömungsstörungen erlaubt die Bestimmung des Druck-Strömungs-Verhältnisses über den ganzen relevanten Bereich hinweg und verursacht dem Patienten wenig oder keine Beschwerden.

Daher bietet die vorliegende Erfindung alle Vorteile der herkömmlichen Schwingungsverfahren und schaltet die Schwierigkeiten in Verbindung mit ihrer Ausführung in dieser klinischen Einrichtung aus, bleibt nicht invasiv und einfach automatisiert und lässt die Bestimmung eines nicht linearen Verhaltens über einen breiten Strömungsbereich zu.
Bevorzugtes Verfahren für das Druck-Strömungs-Verhältnis:
Die Einatmungsströmung zum Patienten (V •) und ihr Integral, das Volumen (V), werden zusammen mit dem Atemwegsdruck (P_aw) kontinuierlich mittels Standardverfahren, die im Stand der Technik beschrieben sind, gemessen. Diese Messungen können mit einer Apparatur ausgeführt werden, die im Beatmungsgerät angebracht oder in einer externen freistehenden Vorrichtung enthalten ist. Die Signale werden in einen Computer gespeist. Abgesehen von seinen Datenerfassungsfähigkeiten ist der Computer in der Lage, elektrische Befehlssignale (Impulse) auszusenden, die P_aw und/oder V • entweder durch direktes Koppeln mit dem Beatmungsgerätsteuersystem oder durch Ändern der Leistung eines externen mechanischen Systems, das am Beatmungsgeräteschlauch angebracht ist, ändern können.
Durch geeignete analytische Algorithmen bestimmt der Computer die durchschnittliche Zeit vom Beginn des Einatmens, zu der sich die Strömung ungefähr im mittleren Bereich ihrer natürlichen Schwankung befindet. Dann folgt eine Reihe von positiven und negativen Störungen mit unterschiedlichen Amplituden, deren Sinn es ist, die Amplitude der positiven Ausgangs-„Impulse" zu bestimmen, die zur Erhöhung der Strömung bis nahe zum Höchststand erforderlich sind, der gewöhnlich bei nicht gestörten Atemzügen erreicht wird, sowie die Amplitude der negativen Ausgangs-„Impulse", die zum Reduzieren der Strömung auf nahe Null notwendig ist, wenn sie zu einer ausgewählten Zeit erfolgt. Pro Atemzug wird nicht mehr als ein „Impuls" abgegeben und vorzugsweise sollten mehrere Atemzüge zwischen zwei Störungen liegen.
Die Datensammlung beginnt, sobald die Abgabezeit und Impulsamplitude festgelegt ist. In Intervallen, die vorzugsweise willkürlich sind, um bei wachen Patienten vorgreifende Reaktionen zu vermeiden, sendet der Computer einen Impuls (positiv oder negativ bei willkürlicher oder vorgegebener Sequenz) mit der ausgewählten „Verzögerung" nach dem Beginn des Einatmens aus („Verzögerung", 4). Die P_aw-, V •-, V-Werte werden direkt vor der Störung (z.B. Linien a, 4) und in passenden Intervallen während der Störungszeitdauer (z.B. etwa alle 5 oder 10 msec für etwa 200 bis 300 msec) abgefragt. Die Abfrage erfolgt zu den gleichen Zeiten bei allen Störungsarten und auch zu den gleichen Zeiten nach dem Beginn des Einatmens bei einigen nicht gestörten Atemzügen (4, linke Atemzüge). Die unterschiedlichen Werte werden gespeichert und nach der Variablen (P_aw, V •, V) und dem Störungstyp getrennt.
Da neue Störungen erfolgen, werden den Tabellen mehr Daten zugeführt und Durchschnittswerte von P_aw, V • und V werden für alle drei Zustände (nicht gestört, positive Störung, negative Störung) berechnet. Die Datenpunkte, die direkt vor der ausgewählten Störungszeit in den gestörten und nicht gestörten Atemzügen (Linien „a", 4) erhalten werden, können nach dem Sammeln einer angemessenen Zahl von Beobachtungen zum Einrichten verwendet werden. Dies ist dann der Fall, wenn die Durchschnittswerte für diese anfänglichen Daten (Linien „a", 4), die in gestörten und nicht gestörten Atemzügen erhalten werden, sehr ähnlich sind, wodurch angezeigt wird, dass eine willkürliche Variabilität von Atemzug zu Atemzug durch die Anzahl der gesammelten Proben angegangen wird und die drei Datensätze mit ähnlichen Zuständen angefangen haben.
An diesem Punkt, gibt es drei Sätze von Durchschnittswerten in Bezug auf positive Störungen (+), negative Störungen (–) und nicht gestörte (u) Atemzüge. Eine Auswahl von mathematischen Ansätzen kann dazu verwendet werden, das Druck- Strömungs-Verhältnis von diesen gemittelten Ergebnissen zu extrahieren. Ein einfacher Ansatz ist es, eine einzelne Zeit während der Störungen zu definieren, die bei positiven Störungen am oder nahe am Strömungshöchststand und bei negativen Störungen am oder nahe am Strömungstiefstpunkt liegt (z.B. Linien „a1", 4). Zu dieser Zeit werden die P_aw, V •- und V-Daten, die von positiven und negativen Störungen und von nicht gestörten Atemzügen erhalten werden, dann dazu verwendet, zwei inkrementelle Widerstände, IR (+) und IR (–), zu berechnen.
worin P_aw(+) der durchschnittliche P_aw während der positiven Störung ist (wie in der Linie „a1", 4), P_aw(u) der durchschnittliche P_aw zu derselben Zeit bei den nicht gestörten Atemzügen ist,
der Unterschied im Durchschnittsvolumen zwischen Atemzügen mit positiven Impulsen zur Zeit „a1" (4) und nicht gestörten Atemzügen zu derselben Zeit ist, E die inkrementelle Elastanz, die durch das gleichzeitig arbeitende Verfahren zum Bestimmen der Elastanz (Verfahren 1) bestimmt wird, ist, V •(+) die durchschnittliche Strömung zur Zeit „a1" bei Atemzügen mit positiven Störungen ist und V •(u) die durchschnittliche Strömung bei nicht gestörten Atemzügen zur selben Zeit ist. IR(+) ist der inkrementelle Widerstand zwischen V •(u) und V •(+).
Ebenso kann der inkrementelle Widerstand für negative Pulse (IR(–)) berechnet werden:
worin P_aw(–) und V •(–) der durchschnittliche P_aw bzw. V • zur Zeit „a1" (4) bei Atemzügen mit negativen Störungen sind und
der Unterscheid im Durchschnittsvolumen zur Zeit „a1" zwischen nicht gestörten Atemzügen und Atemzügen mit negativen Störungen ist.
Von IR(+) und IR(–) können die Konstanten K₁ und K₂ in der Rohrer-Gleichung (P_res = K₁·V • + K₂ × V •²) berechnet werden. Daher K2 = [IR(+) – IR(–)]/[V •(+) – V •(–)]worin K₂ die Konstante bezogen auf die verwirbelte Strömung ist und K1 = IR(+) – K2 [V •(+) + V •(u)]oder K1 = IR(–) – K2 [V •(–) + V •(u)]worin K₁ die Konstante bezogen auf die laminare Strömung ist.
In der Praxis kann nach dem Sammeln einer geeigneten Beobachtungsanzahl und dem Berechnen von K₁ und K₂ die Anwendungshäufigkeit von Störungen reduziert werden. Alte Daten können aus den Tabellen gelöscht werden, da neue eingefügt werden, so dass die Druck-Strömungs-Beziehung kontinuierlich aktualisiert wird. Werte für K₁ und K₂, die zu unterschiedlichen Zeiten während der mechanischen Ventilation erhalten werden, können gespeichert werden, um so die Anzeige von zeitabhängigen Trends in der Druck-Strömungs-Beziehung zu ermöglichen.
Modifikationen hinsichtlich des oben bevorzugten Verfahrens zum Einrichten des Druck-Strömungs-Verhältnisses sind möglich. Diese umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

a) Die Anwendungszeit der Störung muss nicht im mittleren Strömungsbereich liegen, sondern kann zu jeder Zeit während des Einatmens erfolgen. Die Art und Amplitude von Störungen ist demgemäß anzupassen.
b) Störungen können zu mehr als einer ausgewählten Zeit erfolgen. In diesem Fall müssen allerdings die Daten von nicht gestörten Atemzügen oder von anderen Störungen zu jeder der Zeiten, die für die Störungsanwendungen ausgewählt wurden, gesammelt werden.
c) Es können deutlich mehr als zwei Störungsarten angewendet werden. Dies erhöht das Vertrauen in die Werte von K₁ und K₂, braucht aber mehr Zeit, um zu einer zufrieden stellenden Lösung zu gelangen.
d) Störungen können innerhalb der Latenz für Verhaltensreaktionen zweiphasig sein. Ebenso kann mehr als eine zweiphasige Störung innerhalb dieser Latenzzeit liegen. Obwohl dies die Zahl der Atemzüge verringern kann, die gestört werden müssen, um zum Druck-Strömungs-Verhältnis zu gelangen, können die Ergebnisse durch die Frequenzabhängigkeit des Widerstands beeinflusst werden.
e) Daten von nicht gestörten Atemzügen können weggelassen werden. In einem solchen Fall ist es allerdings notwendig, ein Minimum von drei Störungsarten zu haben, um das Ausmaß der Nichtlinearität in der Druck-Strömungs-Beziehung zu ermitteln.
f) Die Berechnung von IR-Werten kann durchgeführt werden, bevor die Werte der Grundlinie (Anfang) (gemessen an den Linien „a", 4) in den verschiedenen Datensätzen abgeglichen wurden. In einem solchen Fall müssen die Durchschnittswerte während der Störungen angepasst werden, um die Unterschiede in den Anfangsbedingungen widerzuspiegeln.
g) Das eigentliche Verfahren zum Hervorrufen einer Störung kann variieren. Einige Beispiele können die Beifügung einer transienten positiven oder negativen Eingabe zum Grundsteuersignal des Beatmungsgeräts sein. Alternativ können insbesondere im PAV-Ventilationsmodus Störungen durch transiente Änderungen des Zuwachses der Strömungsunterstützung und/oder Volumenunterstützung erzeugt werden. Störungen können auch durch mechanische Einrichtungen erzeugt werden, die vom Hauptbeatmungsgerät unabhängig sind und die mit dem Schlauch verbunden sind.
h) Einzelne Atemzugdaten können verwendet werden, um das Druck-Strömungs-Verhältnis anstelle der gemittelten Daten zu ermitteln. Allerdings kann dies erwartungsgemäß ein ziemliches Geräusch erzeugen und zu weniger Vertrauen in die sich ergebende statistische Funktion führen.
i) Andere mathematische Methoden der Datenanalyse können verwendet werden, um die Werte von K₁ und K₂ in der Rohrer-Gleichung zu erreichen. Ebenso können die Daten, die von den in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahren gesammelt werden, mathematischen Funktionen außer der Rohrer-Gleichung angepasst werden.
j) Es ist nicht in vollem Umfang notwendig, Daten von mehreren Datenpunkten während jeder Störung abzufragen und zu speichern. Einschätzungen des Druck-Strömungs-Verhältnisses können erhalten werden, wenn eine Abfrage auf ein oder zwei Zeitpunkte während jeder Störung begrenzt ist, vorausgesetzt dass die Abfragezeit bezüglich des Beginns der Störung ungefähr dieselbe für alle Störungsarten ist.

Bei beiden Verfahren (1 und 2 oben) für das Ermitteln des Passivdruck-Volumen-Verhältnisses bzw. des Passivdruck-Strömungs-Verhältnisses können zusätzliche Modifikationen (Algorithmen) angefügt werden, um fehlerhafte Datenpunkte aus den gesammelten Daten vor der Berechnung von inkrementellen Widerständen oder des Druck-Volumen-Verhältnisses zu identifizieren und zu löschen. Solche fehlerhaften Punkte können aufgrund von falsch angewendeten Störungen, einem auftretenden Husten oder anderen unberechenbaren Entwicklungen während oder vor dem Atemzug auftreten. Eine solche fehlerhafte Eigenschaft kann nach speziellen Kriterien ermittelt werden, die während der in der Analyse verwendeten Atemzüge, die klar außerhalb des üblichen Bereichs der Variabilität liegen, die durch die Mehrheit der Atemzüge beim ventilierten Patienten ermittelt wurde, Muster von P_aw, V • und/oder V umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Es kann wünschenswert sein, die Parameter des Druck-Strömungs- und Druck-Volumen-Verhältnisses zu speichern, die zu unterschiedlichen Zeiten im Verlauf der mechanischen Ventilation erhalten werden, so dass über die Zeit die Verläufe in diesen Beziehungen noch einmal durchgesehen werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
In Zusammenfassung dieser Offenbarung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der respiratorischen mechanischen Gegebenheiten, einschließlich der passiven Dehnungs- und Widerstandseigenschaften, während der unterstützen Ventilation zur Verfügung, um eine verbesserte Patientenventilation vorzusehen. Modifikationen sind im Umfang dieser Erfindung möglich.

Claims

Verfahren zum Einschätzen des Passivdruck-Volumen-Verhältnisses eines Atmungssystems bei einem Patienten mit mechanischer Ventilationshilfe und Erzeugen einer spontanen respiratorischen Bemühung (Unterstützungsventilationsmodus), um die Wahl der Komponente der Volumenunterstützung des proportionalen Unterstützungsventilationsmodus (PAV) zu bestimmen, umfassend: a) Einstellen eines Beatmungsgeräts auf den proportionalen Unterstützungsventilationsmodus mittels empirischer Elastanz- und Widerstandswerte oder Elastanz- und Widerstandswerte, die durch andere herkömmliche Verfahren bestimmt werden, zum anfänglichen Einstellen der volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungskomponenten der proportionalen Unterstützungsventilation, b) Überwachen des Luftwegdrucks (P_aw) und der Strömung (V .) und des Volumens (V) für den Patienten, c) Halten der Strömung bei oder nahe bei Null in auswählten Atemzügen für einen Zeitraum über das Beenden einer inspiratorischen Phase der Ventilation hinaus, d) Messen von P_aw an einem Punkt, der so weit wie möglich vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens entfernt ist aber früher als die Latenz für respiratorische Verhaltensreaktionen liegt, um P_Anhalten vorzusehen, e) Messen des Atemzugvolumens (V_T) der Atemzüge, die für den inspiratorischen Anhalteschritt ausgewählt wurden, wobei das Verhältnis zwischen P_Anhalten und V_T in den ausgewählten Atemzügen so eingestellt wird, dass ein Druck-Volumen-Verhältnis gegenüber dem V_T-Bereich vorgesehen wird, der während der proportionalen Unterstützungsventilation angetroffen wird, um ein anschließendes Regulieren der volumenbezogenen Unterstützung für die proportionale Unterstützungsventilation zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei P_Anhalten zu einer Zeit von nicht mehr als etwa 250 msec vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Zeit etwa 200 bis etwa 250 msec vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei lineare Funktionen verwendet werden, um das Verhältnis zwischen V_T und P_Anhalten anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nicht lineare Funktionen verwendet werden, um das Verhältnis zwischen V_T und P_Anhalten anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei P_Anhalten durch eine nicht lineare Extrapolation für eine Asymptote der mehreren P_aw-Werte bestimmt wird, die im Intervall zwischen dem Beginn des inspiratorischen Anhaltens und der Latenz für Verhaltensreaktionen gemessen werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Streuung um eine lineare oder nicht lineare Anpassung zwischen V_T und P_Anhalten durch Einschließen von Faktoren minimiert wird, die theoretisch dieses Verhältnis in einer Mehrfachregressionsanalyse dieses Verhältnisses ändern können.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Faktoren aus Ventilation, V_T, Expirationszeit, Expirationsströmung und expiratorischem P_aw im Intervall ausgewählt werden, das den Atemzügen vorangeht, die für das inspiratorische Anhalten und/oder die Inspirationszeit der ausgewählten Atemzüge ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Zuwachs der Volumensunterstützung bei der PAV in den ausgewählten Atemzügen vorübergehend gesteigert oder gesenkt wird, um einen vorübergehenden Anstieg oder Abfall von V_T zu bewirken und so den Bereich von V_T, gegenüber dem das Verhältnis zwischen V_T und P_Anhalten bestimmt wird, zu erweitern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Atemzüge, bei denen V_T wie vorhergesagt wesentlich größer oder kleiner als der durchschnittliche V_T ist, vorzugsweise für den Ablauf des inspiratorischen Anhaltens ins Auge gefasst werden, um den Bereich von V_T, gegenüber dem das Verhältnis zwischen V_T und P_Anhalten bestimmt wird, auszuweiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend das Ausschließen von fehlerhaften Datenpunkten aus der Analyse des Verhältnisses zwischen V_T und P_Anhalten oder zwischen dem Druck und der Strömung, wobei eine solche fehlerhafte Eigenschaft gemäß bestimmter Kriterien festgestellt wird, die Muster von P_aw, V . und/oder V während der in der Analyse verwendeten Atemzüge oder während der diesen Atemzügen vorangehenden Atemzüge, die außerhalb des üblichen Bereichs der Variabilität liegen, die durch die Mehrzahl der Atemzüge beim ventilierten Patienten eingestellt werden, umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse außerhalb des Bereichs der eigentlichen Beobachtungen extrapoliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei alte Datenpunkte verworfen werden, wenn neue gesammelt werden, um ein kontinuierliches Update der Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse vorzusehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse, die zu unterschiedlichen Zeiten im Verlauf der mechanischen Ventilation eines bestimmten Patienten berechnet werden, gespeichert werden und für eine spätere Anzeige zum Vorsehen von zeitabhängigen Verläufen bei solchen Verhältnissen zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Abläufe automatisiert sind.
Vorrichtung zum Einschätzen eines Passivdrucks-Volumen-Verhältnisses eines Atmungssystems bei einem Patienten mit mechanischer Ventilationshilfe und Erzeugen einer spontanen respiratorischen Bemühung (Unterstützungsventilationsmodus), um Die Wahl der Komponente der Volumenunterstützung des proportionalen Unterstützungsventilationsmodus (PAV) zu bestimmen, umfassend: a) Mittel zum Einstellen eines Beatmungsgeräts auf den proportionalen Unterstützungsventilationsmodus mittels empirischer Elastanz- und Widerstandswerte oder Elastanz- und Widerstandswerte, die durch andere herkömmliche Verfahren bestimmt werden, zum anfänglichen Einstellen der volumenbezogenen und strömungsbezogenen Unterstützungskomponenten der proportionalen Unterstützungsventilation, b) Mittel zum Überwachen des Luftwegdrucks (P_aw) und der Strömung (V .) und des Volumens (V) für den Patienten, c) Mittel zum Halten der Strömung bei oder nahe bei Null in auswählten Atemzügen für einen Zeitraum über das Beenden einer inspiratorischen Phase der Ventilation hinaus, d) Mittel zum Messen von P_aw an einem Punkt, der so weit wie möglich vom Beginn des inspiratorischen Anhaltens entfernt ist aber früher als die Latenz für respiratorische Verhaltensreaktionen liegt, um P_Anhalten vorzusehen, e) Mittel zum Messen des Atemzugvolumens (V_T) der Atemzüge, die für den inspiratorischen Anhalteschritt ausgewählt sind, f) Mittel zum Einstellen des Verhältnisses zwischen P_Anhalten und V_T in den ausgewählten Atemzügen, um ein Druck-Volumen-Verhältnis gegenüber dem V_T-Bereich vorzusehen, der während der proportionalen Unterstützungsventilation angetroffen wird, um ein anschließendes Regulieren der volumenbezogenen Unterstützung für die proportionale Unterstützungsventilation zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend Mittel zum Bewirken einer nicht linearen Extrapolation für eine Asymptote von mehreren P_aw-Werten, die im Intervall zwischen dem Beginn des inspiratorischen Anhaltens und der Latenz für Verhaltensreaktionen auf einen bestimmten P_Anhalten gemessen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, umfassend Mittel zum Minimieren der Streuung um eine lineare oder nicht lineare Anpassung zwischen V_T und P_Anhalten durch Einschließen von Faktoren, die theoretisch dieses Verhältnis in einer Mehrfachregressionsanalyse dieses Verhältnisses ändern können.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Faktoren aus Ventilation, V_T, Expirationszeit, Expirationsströmung und expiratorischem P_aw im Intervall ausgewählt werden, das den Atemzügen vorangeht, die für das inspiratorische Halten und/oder die Inspirationszeit der ausgewählten Atemzüge ausgewählt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, umfassend Mittel zum vorübergehenden Erhöhen oder Senken des Zuwachses der Volumenunterstützung bei der PAV in den ausgewählten Atemzügen, um einen vorübergehenden Anstieg oder Abfall von V_T zu bewirken und so den Bereich von V_T, gegenüber dem das Verhältnis zwischen V_T Und P_Anhalten bestimmt wird, zu erweitern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, umfassend Mittel zum Ausschalten von fehlerhaften Datenpunkten aus der Analyse des Verhältnisses zwischen V_T und P_Anhalten oder zwischen dem Druck und der Strömung, wobei eine solche fehlerhafte Eigenschaft gemäß bestimmter Kriterien festgestellt wird, die Muster von P_aw, (V .) und/oder V während der in der Analyse verwendeten Atemzüge oder während der diesen Atemzügen vorangehenden Atemzügen, die außerhalb des üblichen Bereichs der Variabilität liegen, die durch die Mehrzahl der Atemzüge beim ventilierten Patienten eingestellt werden, umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, umfassend Mittel zum Extrapolieren der Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse außerhalb des Bereichs der eigentlichen Beobachtungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, umfassend Mittel zum Verwerten von alten Datenpunkten, wenn neue gesammelt werden, um ein kontinuierliches Update der Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse vorzusehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, umfassend Mittel zum Speichern der Druck-Volumen- und Druck-Strömungs-Verhältnisse, die zu unterschiedlichen Zeiten im Verlauf der mechanischen Ventilation eines bestimmten Patienten berechnet werden, und Mittel zum Darstellen der gespeicherten Werte, um bei solchen Verhältnissen zeitabhängige Verläufe vorzusehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, umfassend Mittel zum automatischen Anpassen der Volumensunterstützungs- und/oder Strömungsunterstützungs-Zuwachsraten der proportionalen Unterstützungsventilation auf der Grundlage der geschätzten Werte.