DE69831016T2 - System zur überwachung und behandlung von schlafstörungen mittels eines transtrachealen katheters - Google Patents

System zur überwachung und behandlung von schlafstörungen mittels eines transtrachealen katheters Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung. Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Systemen der Diagnose, des Behandelns und Überwachens von Schlafstörungen. Genauer offenbart die vorliegende Erfindung ein System zur Überwachung und Behandlung von Schlafstörungen, wie beispielsweise Schlaftapnoen und flacher und schneller Atmung (Hypopnoen), unter Verwendung eines transtrachealen Katheters.
  • 2. Problemstellung. Der herkömmliche Ansatz zur Diagnose von Schlafstörungen war jener, den Patienten dazu aufzufordern, an einer "Schlafstudie" teilzunehmen. Der Patient wird mit einem Netz von Sensoren versehen, die an der Oberfläche des Körpers befestigt werden, um die Atmung, den Puls und die Blutsauerstoffsättigung zu überwachen. Ein Bandschreiber zeichnet die Sensorsignale auf Papier für eine spätere Analyse durch einen Mediziner auf.
  • Herkömmliche Schlafstudien haben verschiedene Nachteile. Die Komplexität und die Kosten der geforderten Ausrüstung bestimmen, dass Schlafstudien normalerweise in einem klinischen Test, d. h. einem Krankenhaus oder einem Schlaflabor durchgeführt werden. Dies erhöht deutlich die damit verbundenen Kosten. Zusätzlich findet der Patient es oft schwierig in einer fremden Umgebung zu schlafen, insbesondere während er Sensoren trägt, die mittels Drähten mit einem Bandschreiber verbunden sind. Die Atmung wird typischerweise dadurch gemessen, dass der Patient Sensorvorrichtungen tragen muss, die auf das Gesicht und den Körper aufgebracht sind, was besonders unbequem ist sie zu tragen, wenn er versucht zu schlafen.
  • Mit neuerer Technologie können Schlafstudien zuhause durchgeführt werden, was jedoch immer noch erfordert, dass verschiedene Sensorvorrichtungen und Drähte an der Körperoberfläche befestigt werden müssen. Diese Tests sind gewöhnlich einzelne Nachtereignisse und sind zu komplex und teuer, um in einer Behandlungseffizienz Überwachung und Patientenbefolgung über eine längere Zeitdauer, wie beispielsweise Tage, Wochen oder Monate, ausgeübt zu werden.
  • Die herkömmlichste Behandlung von Schlafapnoen umfasst die unbequeme Empfindung, des Einblasens von Luft unter Druck in den oberen Luftweg über eine Maske, die über das Gesicht gestreift ist. Ein kontinuierlicher positiver Luftwegdruck (CPAP) und ein Doppelniveau positiver Luftwegdruck (BiPAP) sind die Behandlungsmodalitäten, die von den Masken geliefert werden. Obwohl Schlafapnoen oft mit CPAP und BiPAP korrigiert werden, haben beide extrem hohe Nichtverträglichkeitsraten aufgrund von Patientenunbehagen.
  • Demzufolge besteht eine klare Notwendigkeit für ein Atmungsüberwachungssystem für die Diagnose von Schlafstörungen, das für die Verwendung außerhalb von klinischen Umgebungen geeignet ist und die Unbehaglichkeit des Patienten minimiert. Dieses System hat sogar noch einen größeren Wert, wenn es in Verbindung mit einer transtrachealen Erhöhung der Belüftung angewendet wird, was eine größere Effizienz, größeren Komfort und größere Zuverlässigkeit über die bestehende Technologie, wie beispielsweise BiPAP und CPAP, bietet.
  • 3. Stand der Technik. Der zur vorliegenden Erfindung relevante Stand der Technik fällt in mehrere verschiedene Kategorien:
  • Transtracheale Katheter. Transtracheale Katheter werden seit mehreren Jahren benützt, um einen Strom von Luft/Sauerstoff in die Trachea und die Lungen des Patienten zu liefern, um die spontane Atmung des Patienten zu unterstützen. Die transtracheale Sauerstofftherapie wird herkömmlich verwendet, um Patienten mit Kompromiss-Atmungssystemen zu unterstützen, wie beispielsweise resultierend aus Lungenaufblähung, chronische obstruktive Atmungskrankheit (COPD) und Lungenfibrose.
  • Spofford et al. (US-Patent Nr. 5,186,168 und 5,090,408) zeigen ein System zum kontinuierlichen Zuführen von zusätzlichem Sauerstoff zu einem Patienten über einen transtrachealen Katheter bei relativ geringen Drücken und relativ geringen Flussraten.
  • Christopher (US-Patent Nr. 5,279,288 und 5,419,314) zeigt ein System zur Erhöhung der Belüftung eines spontan atmenden Patienten unter Verwendung eines transtrachealen Katheters. Ein hoher kontinuierlicher Strom von befeuchteter/m Luft/Sauerstoff wird über einen transtrachealen Katheter in die Trachea und die Lungen des Patienten zugeführt. Die klinischen Erfahrungen zeigen, dass die transtracheale Erhöhung der Belüftung wirksam ist und bequemer ist, als die frühere Technologie, die BiPAP oder CPAP verwendet. Die Zustimmung scheint sich ebenfalls zu verbessern. Christopher erwähnt, dass das System verwendet werden kann, um Schlafapnoen zu behandeln. Der erhöhte Tracheusdruck, der durch den hohen Fluss von Luft/Sauerstoff erzeugt wird, hilft, den oberen Luftweg des Patienten offen zu halten und reduziert dabei die Frequenz und Heftigkeit von Episoden der Schlafapnoe und der schnell und flachen Atmung zu reduzieren.
  • Leger et al. (französisches Patent Nr. 2594034) zeigen eine erste Ausführungsform eines transtrachealen Katheters mit einem einzigen Lumen in 1 bis 3. Ein Gattermechanismus 6 misst den Rückdruck durch den Katheter und verwendet diese Information, um die Flussrate 13 zu steuern, um sich der Atmung des Patienten, wie in 4 und 5 gezeigt, anzupassen. Die zweite Ausführungsform, die im Querschnitt in 8 dargestellt ist, weist zwei Lumen auf. Das zweite Lumen 23 fördert einen langsamen Sauerstoffstrom bei einem Druck, der leicht höher ist, als der Atmosphärendruck, wie es mit der gestrichelten Linie P23 in 9 dargestellt ist. Der Rückdruck, PM, der durch das zweite Lumen gemessen wird, wird verwendet, um die Flussrate 13 durch den Gattermechanismus 6, wie in den 9 oder 10 gezeigt, verwendet wird. Insbesondere, öffnet das Gatter 6 wann immer PM nach unten durch P23 geht (gibt den Start des Atmens an) und schließt, wann immer PM nach oben durch P23 geht.
  • Drucksensor. Der Stand der Technik umfasst auch eine große Verschiedenheit von Systemen zur Überwachung der Atmung und zum Erfassen von Schlafapnoen unter Verwendung von Druckmessfühlern. Beispielsweise:
  • Sander et al. (US-Patent Nr. 5,148,802) offenbaren ein System zum Beibehalten der Luftwegöffnung, um Schlafapnoen zu behandeln, durch abwechselnden hohen und niederen positiven Luftwegdruck über eine Gesichtsmaske. Der hohe und niedere Luftwegdruck werden mit der spontanen Atmung des Patienten koordiniert. Dies ist ein Beispiel eines BiPAP-Systems.
  • Fry (US-Patent Nr. 4,459,982) offenbart einen servogesteuerten Anforderungsregler für einen Atmungslüfter. Gas wird durch ein endotracheales Rohr 34 zugeführt, um mit dem Atmungsmuster des Patienten übereinzustimmen, wie es von einem Druckmessumformer überwacht wird.
  • Brady et al. (US-Patent Nr. 5,385,142) zeigen einen Apnoe empfindlichen Ventilator, der sowohl Druck als auch Durchfluss misst.
  • Essen-Moller (US-Patent Nr. 5,477,860) zeigt ein Multilumenkatheter zum Messen der Atmung unter Verwendung eines äußeren Druckmessumformers, der mit einem der Lumen verbunden ist. Die Patientenatmung wird überwacht und aufgezeichnet.
  • Sackner (US-Patent Nr. 4,684,407 und 4,860,766) zeigt ein Verfahren zum Überwachen des intrapleuralen Druckes bei Neugeborenen. Das System umfasst einen Druckumwandler, der mit einem Bandschreiber verbunden ist, und ein Thermistor ist unter den Nasenlöchern des Patienten zur Messung des Flusses angeordnet.
  • Bacaner et al. (US-Patent Nr. 4,966,141) und Broadhurst et al. (US-Patent Nr. 5,043,576) zeigen ein endotracheales Rohr, das auch für eine Massenspektrometrie verwendet werden kann. Das endotracheale Rohr weist eine Vielzahl von Lumen zum Messen des Drucks und der Flussrate und zur Gasabtastung auf.
  • Bombeck (US-Patent Nr. 4,981,470) zeigt einen intraesophageales Katheter mit einem pH-Sensor. Das Katheter umfasst einen Drucksensor zur Überwachung von Schlafapnoen.
  • Pfohl (US-Patent Nr. 4,981,139) zeigt ein System zur Überwachung von Lebenszeichen, das ein ösophageales Stethoskop 14 mit einem Druckumwandler umfasst.
  • Flusssensoren. Der Stand der Technik umfasst eine Mehrzahl von Druckschriften die einen Thermistor oder einen anderen Flusssensor verwenden zur Messung der Atemrate oder der Flussrate des Patienten, beispielsweise Bacaner et al. (US-Patent Nr. 4,966,141), Broadhurst et al. (US-Patent Nr. 4,850,371), und Sackner (US-Patent Nr. 4,648,407 und US-Patent Nr. 4,860,766). Jedoch umfasst keines dieser Dokumente einen transtrachealen Katheter.
  • Wilkinson (US-Patent Nr. 5,413,111) und Stasz (US-Patent Nr. 5,311,875) umfassen Atmungssensoren zum Erfassen von Schlafapnoen, die unter die Nasenlöcher gesetzt werden.
  • Wittmaier et al. (US-Patent Nr. 4,366,821) zeigen einen Atmungsmonitor mit einem endotrachealen Rohr mit einem Thermistor 14 (2) zur Messung der Atmungsrate des Patienten.
  • Oximeter. Der Stand der Technik umfasst viele Dokumente, die allgemeine Beispiele von optischer Oximetrie zeigen, wie beispielsweise Mendelson et al. (US-Patent Nr. 5,277,171), Fatt (US-Patent Nr. 3,893,444), Shaw et al. (US-Patent Nr. 3,847,483, 4,114,604 und 4,416,285), Sperinde (US-Patent Nr. 4,623,248) und Sperinde et al. (US-Patent Nr. 4,453,218). Einige der Dokumente des Standes der Technik kombinieren verschiedene Typen von Kathetern mit einem Oximeter, beispielsweise Robinson et al. (US-Patent Nr. 5,494,032), Johnson (US-Patent Nr. 3,866,599), und Moran et al. (US-Patent Nr. 4,776,340). Buchanan (US-Patent Nr. 5,005,573) zeigt ein endotracheales Rohr mit einem Oximeter. Brain (US-Patent Nr. 5,282,464) zeigt ein Reflexionsoximeter 23 das an der Stromaufseite einer Kehlkopfmaske angebracht ist, um der hinteren Wand der Rachenhöhle gegenüber zu liegen.
  • Die US-A-4565194 zeigt ein tracheales Rohr, welches dem Patienten eine künstliche Atmung gibt. Eine Ballonmanschette dichtet die Wand der Trachea ab und ein Atemrohr erstreckt sich durch die Manschette, um Sauerstoff/Luft von einem Respirator zu einem Patienten zu fördern, um spontanes Atmen zu erzeugen. Die WO94/23780 zeigt eine Vorrichtung zum Überwachen von Schlafstörungsatmung und umfasst eine Druckquelle, die ein atembares Gas zu dem Luftweg des Patienten über eine Maske umfasst. Druckumwandler zwischen der Quelle und der Maske erfassen Drücke, die analysiert werden, um das Vorhandensein von Schlafstörungs atmung zu erfassen und entsprechend die Zufuhr von atembarem Gas einzustellen.
  • 4. Lösung des Problems. Keine der Druckschriften des Standes der Technik, die oben diskutiert wurden, zeigen ein System sowohl zum Überwachen der Atmungsmuster des Patienten als auch zum Zuführen eines zusätzlichen kontinuierlichen Flusses von Luft/Sauerstoff durch einen transtrachealen Katheter zur Diagnose, der Behandlung und der Überwachung von Schlafstörungen, wie beispielsweise Schlafapnoen. Insbesondere zeigt keines der diskutierten Dokumente des Standes der Technik die Kombination eines multi-lumentranstrachealen Katheters, eines Druckumwandlers und Mittel zur Aufzeichnung der Atmungsmuster des Patienten über den Zeitpunkt. Der transtracheale Katheter in dem vorliegenden System kann auch mit einem Durchflusssensor, einem Oximeter, einem Capnometer ausgerüstet sein, um vollständigere Daten für die Diagnose zu erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung überwindet eine Mehrzahl von Nachteilen, die mit den herkömmlichen Schlafstudien in Verbindung stehen, durch Eliminieren der Notwendigkeit, dass äußere Sensoren an dem Körper befestigt werden und die ermöglichen, dass Daten bequem gesammelt werden können, während der Patient zu Hause bleibt. Zusätzlich kann das vorliegende System als ein Zusatz zur herkömmlichen transtrachealen erhöhten Ventilations-Therapie sein. In dieser Ausführung kann das System verwendet werden, um Atmungsdaten für die Ausgangsdiagnose aufzuzeichnen, und kann danach verwendet werden für eine fortgehende Basis zum Überwachen der Effizienz der transtracheal erhöhten Atmungstherapie beim Behandeln von Schlafstörungen, wie beispielsweise eine obstrukte Schlafapnoe oder Hypopnoe bzw. flache und schnelle Atmung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert eine Vorrichtung zum Erhöhen der Ventilation eines Patienten und zur Überwachung der Patientenatemmuster unter Verwendung eines transtrachealen Katheters, wie in Anspruch 1 definiert. Ein im Wesentlichen konstanter Strom von Sauerstoff/Luft wird durch eines der Lumen des transtrachealen Katheters in die Trachea des Patienten geführt, um die Spontanatmung des Patienten zu erhöhen. Ein Atmungssensor misst eine vorbestimmte physikalische Eigenschaft (beispielsweise Druck oder Fluss) bezogen auf die Atmung des Patienten an dem distalen Ende des transtrachealen Katheters. Dieser Wert wird aufgezeichnet, um die Patientenatmungsmuster über die Zeit für nachfolgende Analysen zu überwachen. Die Atmungsdaten können auf einem Streifen aufgezeichnet oder in digitaler Form gespeichert werden zur Übertragung mittels eines oder eines entfernbaren Datenspeichermediums zu einer entfernten Einheit für die Analyse. Ein Capnometer kann mit einem der Transtrachealkatheterlumen verbunden sein, um die Kohlendioxidkonzentration der von dem Patienten ausgeatmeten Luft zu messen. Das distale Ende des transtrachealen Katheters kann auch mit einer Oximetriesonde ausgerüstet sein, die die Auskleidung der Trachea des Patienten berührt, um die Blutsauerstoffsättigung zu messen. Der Oximetriewert wird gleichzeitig mit dem Atmungswert aufgezeichnet und für die Diagnose der Schlafstörungen, wie beispielsweise Schlafapnoe und flaches und schnelles Atmen (Hypopnoe) verwendet.
  • Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Überwachen und Aufzeichnen von Atmungsdaten zu schaffen, während ein zusätzlicher Fluss oder Strom von Luft/Sauerstoff den Lungen des Patienten zugeführt wird.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein System zu schaffen, das Atmungsdaten aufzeichnet, die so außerhalb einer klinischen Umgebung verwendet werden können.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das so einer herkömmlichen transtracheal erhöhten Belüftungstherapie hinzugefügt werden kann, zur Diagnose, der Behandlung und der Überwachung von Schlafstörungen.
  • Diese und andere Vorteile, Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung ist,
  • 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, in der eine Anzahl von in Patientenüberwachungseinheiten 200 gespeicherten Daten zu einer zentralen Einheit 300 zur Analyse und Überprüfung übermittelt werden;
  • 3 eine Querschnittsansicht eines Multi-Lumentranstrachealkatheters 10 ist;
  • 4 eine weitere Querschnittsansicht des Multi-Lumentranstrachealkatheters 10 ist;
  • 5 eine Seitenansicht des transtrachealen Katheters 10 ist, der in die Trachea 101 des Patienten eingesetzt ist. Ein Abschnitt der Trachea 101 ist im Querschnitt dargestellt;
  • 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des transtrachealen Katheters 10 ist, die einen Atmungssensor 80, 82 an dem distalen Ende des zweiten Lumens 16 aufweist;
  • 7 eine Querschnittsansicht einer noch weiteren alternativen Ausführungsform des transtrachealen Katheters 10 ist, mit einem Pulsoximeter 85 an der hinteren Seite des distalen Endes des transtrachealen Katheters;
  • 8 ein Diagramm ist, das den trachealen Druck, den Luftstrom, die Brustwandbewegung, die Blutsauerstoffsättigung und die Kohlendioxidmessung als Funktionen der Zeit für einen Patienten zeigt, der sich im Zustand einer obstruktiven Apnoe befindet;
  • 9 eine graphische Darstellung mit Trachealdruck, Luftstrom, Brustwandbewegung, Blutsauerstoffsättigung und Kohlendioxidmessung, zeigt, als Funktionen der Zeit für einen Patienten, der sich im Zeitraum einer zentralen Apnoe befindet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Patientenüberwachungseinheit 200. Die Patientenüberwachungseinheit 200 dient sowohl zur Zuführung von Luft/Sauerstoff über den transtrachealen Katheter 10 zu dem Patienten 100 als auch zum Datenspeichern von einem oder mehreren Sensoren 80, 82, 85, 87, die die Atmung, die Blutsauerstoffsättigung und den Puls des Patienten überwachen.
  • Luft wird von einem Kompressor 40 geliefert und mit Sauerstoff aus einer äußeren Quelle in einer Mischkammer 30 vermischt. Ein Flusssensor und Sauerstoffanalysierer 50 überwachen die Flussrate und den Sauerstoffgehalt der Luft/des Sauerstoffs, die/der dem transtrachealen Katheter 10 zugeführt wird. Ein Befeuchter 70 fügt Feuchtigkeit zu der Luft/dem Sauerstoff zu und eine Temperatursonde 71 überwacht deren Temperatur. Eine Absaugpumpe 72 kann verwendet werden, um periodisch gesammelte Kondensation und Atmungssekrete von den Leitungen und dem Transtrachealkatheter 10 Lumen abzusaugen.
  • Der Gesamtbetrieb der Patientenüberwachungseinheit 200 wird durch einen Computerprozessor 60 kontrolliert, der einen herkömmlichen Anzeige- und Überwachungsbildschirm 62 aufweist. Der Prozessor empfängt Atmungsdaten von einem oder mehreren Atmungssensoren (beispielsweise einem Drucksignalumwandler 80, einem Luftstromsensor 82, einer Pulsoximetriesonde 85 und/oder einem Capnometer 87). Dieser Atmungswert wird aufgezeichnet oder gespeichert durch eine Datenspeicherungs-/Aufzeichnungseinheit 61 zur späteren Überprüfung. Beispielsweise können Atmungsdaten aufgezeichnet werden bei Verwendung eines Bandschreibers oder können in einer maschinenlesbaren Form auf einer Magnetscheibe, einem Magnetband, Floppydisketten oder anderen Datenspeichermedien gespeichert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Patientenüberwachungseinheit 200 auch Einrichtungen zur Kommunikation von Daten mit anderen Computern (beispielsweise Modem 63, RS-232 Port 64, oder entfernbare Datenspeichermedien) auf.
  • Die 3 und 4 zeigen Querschnittsansichten des multi-lumentranstrachealen Katheters 10. 5 zeigt den transtrachealen Katheter, nachdem er über einen Einschnitt in die Patiententrachea 101 eingeführt wurde. Das erste Lumen 12 liefert einem im Wesentlichen konstanten Fluss von Luft/Sauerstoff von der Patientenüberwachungseinheit 200 in die Patiententrachea 101. In der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform weist der transtracheale Katheter 10 einen zweiten Lumen 16 auf, der dazu verwendet wird, die Trachealatmung zu messen.
  • Das zweite Lumen 16 erstreckt sich typischerweise entlang der Unterseite des ersten Lumens 12. Sein distaler Abschnitt erstreckt sich in die Patiententrachea 101 über denselben Einschnitt wie das erste Lumen 12. Während des Einsetzens des transtrachealen Katheters 10 kontaktiert das erste Lumen 12 die hintere Wand der Trachea 101 und krümmt sich nach unten, wie in 5 gezeigt. Daraus resultiert, dass der distale Abschnitt des zweiten Lumens 16 sich vor dem ersten Lumen 12 befindet, wodurch eine Trennung zwischen dem zweiten Lumen 16 und der Tracheawand beibehalten wird. Dies hilft zu verhindern, dass das zweite Lumen 12 durch Mukus obstruiert wird. Zusätzlich ist das distale Portal 17 des zweiten Lumens 16 nur in geringem Abstand oberhalb des distalen Portals 13 des ersten Lumens 12 angeordnet, was hilft, die Atmungserfassungen, genommen durch das zweite Lumen 16 von den lokalen Effekten zugehörig dem Vorhandensein von Luft/Sauerstoff, was das erste Lumen 12 anregt, zu trennen. Alternativ kann das zweite Lumen 16 mit einer Reihe von kleineren Seitenportalen ausgerüstet sein, die sich durch die Wand des distalen Abschnitts des zweiten Lumens 16 erstrecken, um genauer die mittleren respiratorischen Erfassungen innerhalb der Trachea 101 zu messen.
  • Sowohl das erste als auch das zweite Lumen 12, 16 sind mit standardisierten Verbindern 11, 15 an ihrem proximalen Ende ausgerüstet, um den Anschluss an die Patientenüberwachungseinheit 200 zu vereinfachen. Ein Kragen oder Flansch 18 erstreckt sich von dem transtrachealen Katheter an einer bestimmten Position entlang dessen Länge nach außen. Der Kragen 18 setzt eine vorbestimmte maximale Ein dringtiefe des distalen Abschnitts des transtrachealen Katheters 10 in die Patiententrachea 101. Der Kragen 18 kann auch mit einem Halsring verbunden sein, um den transtrachealen Katheter 10 an dem Patientenhals am Platz zu halten.
  • Der Atmungssensor kann in einer Mehrzahl von möglichen Orten angeordnet sein. Beispielsweise verwendet die in 1 dargestellte Ausführungsform einen Druckumwandler 80, der innerhalb der Patientenüberwachungseinheit 200 angeordnet ist. Der Druckumwandler 80 ist mit dem proximalen Ende 15 des zweiten Lumens 16 des transtrachealen Katheters 10 verbunden, um den trachealen Druck zu messen.
  • Im Gegensatz dazu ist die 6 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform des transtrachealen Katheters 10, in dem der Druckumwandler 80 an dem distalen Ende des transtrachealen Katheters 10 befestigt wurde. Die Führungsdrähte 81, die den Druckumwandler 80 verbinden, erstrecken sich durch das zweite Lumen 16 zu der Patientenüberwachungseinheit 200. Vorzugsweise befindet sich der Druckumwandler 80 an der Vorderseite des Katheters 10, so dass er nicht in Kontakt mit der Wand der Trachea ist und demzufolge kann er exakt den Trachealdruck messen. Zusätzlich sollte der Druckumwandler 80 oberhalb des distalen Portals 13 des ersten Lumens 12 angeordnet sein, so dass seine Druckaufnahmen relativ unbeeinflusst sind von dem Luftstrom, der von dem ersten Lumen 12 geliefert wird.
  • Ein Luftstromsensor 82 kann als Atmungssensor verwendet werden, entweder allein oder in Kombination mit einem Druckumwandler 80. Beispielsweise kann der Luftstromsensor in der Patientenüberwachungseinheit 200 aufgenommen sein und mit dem zweiten Lumen 16 des transtrachealen Katheters 10 verbunden sein, um den trachealen Luftstrom zu messen. Alternativ kann der Luftstromsensor 82 an dem vorderen distalen Abschnitt des Katheters 10 angebracht sein, wie dies in 6 dargestellt ist. Ein Thermistor kann als Atmungssensor 82 verwendet werden.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des transtrachealen Katheters 10, in dem eine Pulsoximetersonde 85 an dem distalen, hinteren Abschnitt des Katheters 10 angebracht ist. Dies bringt die Oximetersonde 85 dazu, in engen Kontakt mit der Schleimhaut-Innenwand der Tracheawand in Berührung zu kommen. In einer Ausführungsform besteht die Oximetersonde 85 aus einem Paar von Licht emittierenden Dioden (LEDs), die Licht von zwei ausgewählten Wellenlängen in die Tracheawand übertragen. Zwei Fotodetektoren erzeugen Spannungen, die die relative Absorption der beiden Wellenlängen durch das umgebende Gewebe und das Blut in der Tracheawand anzeigen. Diese Spannungen werden durch Führungsdrähte und einen Verbinder 86 zu einer externen Kalibrierungs- bzw. Eichungseinheit übertragen, die sich in der Patientenüberwachungseinheit 200 befindet, die die Blutsauerstoffsättigung und den Puls berechnet. Alternativ kann die Oximetersonde 85 aus zwei optischen Fasern gebildet sein. Die erste optische Faser trägt zwei Wellenlängen des Lichts von äußeren Quellen und überträgt das Licht in die Tracheawand. Die zweite optische Faser greift einen Abschnitt des Lichtes auf, der von dem benachbarten Gewebe und dem Blut reflektiert wird, und bringt es zu einem äußeren Satz von Fotodetektoren und einer Eichungseinheit zurück, die in der Patientenüberwachungseinheit 200 enthalten ist. Die daraus sich ergebende Blutsauerstoffsättigung und die Pulsdaten, ausgegeben durch die Eichungseinheit, werden zusammen mit dem Druck und den Flussdaten durch die Patientenüberwachungseinheit 200 für späteren Analysen aufgezeichnet.
  • Das vorliegende System 200 kann auch mit einem Capnometer 87 ausgerüstet sein, um die Kohlenstoffdioxidkonzentration der von dem Patienten ausgeatmeten Luft zu messen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Capnometer 87 verbunden mit dem zweiten Lumen 16 des transtrachealen Katheters 10, um Luft innerhalb der Patiententrachea zu erfassen. Das Capnometer 87 zieht Luftproben durch Ansaugung. Dieses kann auf kontinuierliche Weise erfolgen, wenn das zweite Lumen mit dem Atmungssensor (beispielsweise Druckumwandler 80 oder Flusssensor 82) nicht geteilt ist. Andernfalls kann ein Magnetventil verwendet werden, um abwechselnd das zweite Lumen mit dem Atmungssensor und dem Capnometer 87 zu verbinden. Der Betrieb des Ventils sollte durch den Prozessor 60 synchronisiert werden, um in der Phase mit der Patientenatmung zu sein. Beispielsweise sollte das tracheale CO2 während des Ausatmens gemessen werden.
  • Alternativ kann der transtracheale Katheter 10 ein drittes Lumen umfassen, das nur für das Capnometer 87 verwendet wird. Wenn die Größe des Kohlenstoffdioxidsensors in Zukunft wesentlich verringert ist, kann es möglich werden, den Sensor 87 an dem distalen Abschnitt des transtrachealen Katheters, wie in 6 gezeigt, anzubringen.
  • Herkömmliche capnographische Systeme messen die Kohlendioxidkonzentration, wenn Luft durch die Nase oder den Mund ausgeatmet wird. Dieser Ansatz hat eine Mehrzahl von Nachteilen. Der Kohlenstoffdioxidgehalt von Luft in dem Mund, der Nase und dem oberen Luftweg weist am Beginn des Ausatmens des Patienten nur ein geringes Verhältnis zu dem arteriellen Kohlendioxidniveau des Patienten auf. Der Kohlendioxidgehalt des Gases in den Patienten Alveoli und Bronchialröhren liefert die naheste Annäherung der arteriellen Kohlendioxidkonzentration aufgrund des aktiven Austausches von Gasen über die Wände der Alveoli und Bronchen. Über den Alveoli und bronchialen Röhren gibt es einen geringen Austausch von Gasen mit dem Blutstrom des Patienten. Diese Abschnitte der Anatomie halten ein beträchtliches Volumen von Gas und erlauben eine erhebliche Möglichkeit für alveolares Gas, sich mit anderen Gasen zu vermischen. Demzufolge liefert das Gas, das aus dem Mund oder der Nase während der Ausgangsphase einer jeden Ausatmung eine relativ ungenaue Messung des CO2. Erst in der Endphase eines jeden Ausatmens erreicht das Gas aus den Alveoli und den Bronchen den Mund und die Nase, um eine genauere CO2-Messung zu liefern. Dies wird allgemein als Endwert-CO2-Messung bezeichnet. Hierauf wird allgemein als die endzeitliche CO2-Messung Bezug genommen. Jedoch wird mit dem herkömmlichen Capnographiesystem die Genauigkeit dieser endzeitlichen CO2-Messung durch die Mischung von Gasen in dem oberen Luftweg beeinträchtigt.
  • Eine herkömmliche Alternative zur Messung von Kohlendioxid umfasst periodische arterielle Blutgasproben. Dies ist teuer, schmerzhaft und kann nicht dazu verwendet werden, Kohlendioxidkonzentrationen auf einer kontinuierlichen Basis zu messen, die sich von dem vorliegenden System unterscheidet. Eine weitere herkömmliche Methode zeigt Blutsauerstoff- und Kohlendioxidniveaus auf durch Messen der relativen transcutanen Adsorption bei zwei Wellenlängen. Dieser Ansatz geht vernünftigerweise gut bei Kindern, ist jedoch weniger genau bei Erwachsenen aufgrund größerer Veränderungen der Hautbedingungen und Pigmentation.
  • Im Gegensatz zu diesen Ansätzen des Standes der Technik liefert das vorliegende System eine direktere Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des endtidalen Kohlendioxids. Das distale Ende des transtrachealen Katheters 10 ist typischerweise oberhalb der der Carina folgenden Einsetzstelle angeordnet. Dies ermöglicht dem Capnometer 87 Proben von einem Ort zu ziehen, der relativ nah den bronchialen Rohren ist und deshalb die Genauigkeit erhöht.
  • Viele Patienten mit COPD tendieren dazu, zu wenig zu atmen oder zu hyperventilieren, was zu erhöhten CO2-Nivaus führt. Das Capnometer 87 kann für die Diagnose durch Dokumentierung der endtitalen CO2-Nivaus verwendet werden. Jedoch kann die Capnographie auch dazu verwendet werden, um die Wirksamkeit der transtrachealen erhöhten Ventilatiuonstherapie zu dokumentieren, oder um die Flussrate und den Sauerstoffgehalt des Gases, das durch das transtracheale Katheter 10 zugeführt wird, zu optimieren.
  • Die 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine zentrale Einrichtung 300 Daten aus einer Mehrzahl von entfernten Patientenüberwachungseinheiten 200 empfängt. Die zentrale Einheit kann so gestaltet sein, dass sie die manuelle Überwachung der Daten durch des Gesundheitsvorsorgeerbringer erleichtert, eine automatisierte Überwachung der Daten durch einen Computerprozessor 360 ermöglicht, oder den Prozessor 360 dazu verwendet, Zeiträume von gestörten Atmungsmustern in den überwachten Daten durch den Gesundheitsprofi zu identifizieren.
  • Die zentrale Einheit 300 umfasst einen Computerprozessor 360, der mit einem Anzeige/Kontrollbildschirm 362 und einem Datenspeicher/-aufzeichner 361 ausgerüstet ist. Die zentrale Einheit 300 kann durch die Patientenüberwachungseinheiten 200 verbunden sein, unter Verwendung von Modems 363 und einer Telefonleitung. Alternativ kann ein lokal arbeitendes Netzwerk (LAN), ein Breitbereichsnetzwerk (WAN) oder ein Internetzugang verwendet werden, für die Übertragung von Daten zu der zentralen Einheit 300. Wegnehmbare Datenspeichermedien 365 (beispielsweise eine Diskette, eine entfernbare Festplatte, oder ein magnetisches Band) können von jeder Patientenüberwachungseinheit 200 zu der zentralen Einheit 300 zur Kommunizierung von Daten für die Analyse transportiert werden.
  • Die 8 bis 10 zeigen graphische Darstellungen, die gestörte Atmungsmuster darstellen, im Zusammenhang mit obstruktiver Hypopnoe, obstruktiver Apnoe bzw. zentraler Apnoe. Diese graphischen Darstellungen umfassen eine Strain-Gauge-Messung der Brustwandbewegung, was eine Standardtechnologie für das Studium der Atmung während Schlafaufnahmen ist. Die Graphiken zeigen auch die Messung von trachealem Druck, trachealem Luftstrom, Sauerstoffsättigung und dem trachealen Kohlendioxidniveau, basierend auf der vorliegenden Erfindung.
  • In 8 ist eine obstruktive Hypopnoe bzw. eine flache und schnelle Atmung durch die moderate ansteigende Amplitude der Sinustrachealdruckkurve angegeben. Trachealer Luftstrom folgt allgemein einer Sinuskurve mit einer gemäßigt abnehmenden Amplitude. Dies ist in Übereinstimmung mit Schwallatmung, jedoch nicht mit einer vollständigen Obstruktion des Patientenluftstroms. Die Blutsauerstoffsättigung nimmt mit der obstruktiven Hypopnoe ab und verbessert sich, wenn sich die obstruktiven Hypopnoen lösen. Der tracheale Kohlendioxidlevel folgt einer im Allgemeinen sinusförmigen Kurve mit der Atmung. Das Minimum für einen jeden Atmungszyklus tritt während des Einatmens auf und stellt den im Wesentlichen konstanten CO2-Gehalt der Umgebungsluft dar. Das Maximum für einen jeden Atmungszyklus tritt während des Ausatmens auf, wenn CO2 von den Lungen entfernt wird. Während der normalen Atmung ändert sich der maximale CO2-Wert für einen jeden Atmungszyklus bei einem vorgegebenen Ausatmungsniveau des Patienten nur gering. Jedoch ist während einer obstruktiven Hypopnoe der obere Luftweg teilweise verschlossen, und der Patient hat Schwierigkeiten CO2 aus den Lungen und dem Luftweg auszubringen. Dieses reduziert in einem graduellen Anstieg des maximalen trachealen CO2-Nivaus während des Ausatmens bei einer obstruktiven Hypopnoe, wie in 8 dargestellt.
  • Die 9 zeigt ein Beispiel einer obstruktiven Apnoe. Die dargestellte erhöhte sinusförmige Trachealdruckkurve zeigt an, dass der Patient versucht zu atmen, dass jedoch die flache tracheale Luftstromlinie angibt, dass eine Luftwegobstruktion verhindert, dass ein Luftstrom von dem Mund oder der Nase in die Brust fließt. Der tracheale Druck zeigt auch einen im Allgemeinen nach oben laufenden Trend von einer Basislinie während des Zeitraums der obstruktiven Schlafapnoe. Der erhöhte tracheale Druck wird durch das Einströmen von Gas durch den transtrachealen Katheter 10 hervorgerufen, wobei es daran gehindert wird, aufgrund der schwankenden Obstruktion des oberen Luftwegs des Patienten, zu entkommen. Entsprechend nimmt die Blutsauerstoffsättigung mit der obstruktiven Apnoe ab und verbessert sich wenn die obstruktive Apnoe entfällt. Das tracheale CO2 zeigt einen ähnlichen im Allgemeinen nach oben zeigenden Trend von einer Basislinie, während des Zeitraums der obstruktiven Schlafapnoe, aufgrund der Sammlung von CO2 aus den Lungen.
  • Im Gegensatz dazu zeigt 10 ein Beispiel einer zentralen Apnoe, die durch ein Defekt in dem Gehirn des Patienten oder dessen zentralen Nervensystems hervorgerufen sein kann. Sowohl die tracheale Drucklinie als auch die Luftstromlinien sind eben, wobei sie angeben, dass der Patient während dieser Zeitdauer es nicht schafft, zu atmen. Es gibt keinen Anstieg in dem trachealen Druck, da das durch den transtrachealen Katheter 10 gelieferte Gas frei durch den oberen Luftweg des Patienten entkommen kann. Wie in den beiden anderen graphischen Darstellungen nimmt die Blutsauerstoffsättigung bei der zentralen Apnoe ab und verbessert sich, wenn die Apnoe aufhört. Das tracheale CO2 wird im Wesentlichen flach mit einer allmählich nach oben zeigenden Schleife während der Dauer der zentralen Apnoe.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung für andere Zwecke neben der Diagnose von Schlafstörungen, wie oben beschrieben, verwendet werden kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, die Patientenverfassung zu überwachen, unter Verwendung der transtrachealen erhöhten Ventilationstherapie. Zusätzlich kann das vorliegende System dazu verwendet werden, die Flussrate in der transtra chealen erhöhten Ventilationstherapie zu optimieren, um Zeiträume der obstruktiven Schlafapnoe und der Hypopnoe zu minimieren. Schließlich kann das vorliegende System dazu verwendet werden, das Atmen während des Schlafs mit Atmungsstörungen, wie beispielsweise COPD und einer Brustwand- und/oder neuromuskulären Krankheit zu optimieren.
  • Die obige Offenbarung zeigt eine Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Weitere Anordnungen oder Ausführungsformen, die nicht genau dargestellt sind, können ausgeführt werden im Rahmen der Lehre der vorliegenden Erfindung und wie in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.

Claims (29)

  1. Vorrichtung zum Erhöhen der Ventilation eines spontan atmenden Patienten und zur Überwachung der Patientenatemmuster, wobei die Vorrichtung umfasst: einen transtrachealen Katheter (10) der wenigstens ein Lumen (12, 16) mit einer distalen Mündung (13, 17) aufweist, die geeignet ist, in die Trachea des Patienten eingeführt zu werden; eine Quelle (30, 40) zum Zuführen eines im Wesentlichen kontinuierlichen Stromes von Sauerstoff/Luft durch den transtrachealen Katheter (10) in die Trachea des Patienten (101), um das spontane Atmen des Patienten zu erhöhen; eine Atmungssensoreinrichtung (80, 82, 85, 87), zum Messen einer vorbestimmten physikalischen Eigenschaft im Bezug auf die tracheale Atmung des Patienten; und eine Erfassungseinrichtung (61) zur Aufnahme von Daten von der Atmungssensoreinrichtung (80, 82, 85, 87), um die spontanen Atmungsmuster des Patienten über die Zeit, in der der Patient schläft, zur Diagnose von Schlafstörungen zu überwachen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der transtracheale Katheter (10) weiterhin ein zweites Lumen (16) aufweist, das sich in die Trachea des Patienten erstreckt, und wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Druckumwandler (80) aufweist, der den trachealen Luftdruck durch das zweite Lumen (16) misst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das zweite Lumen (16) weiterhin eine distale Mündung (17) aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand oberhalb der distalen Mündung (13) des ersten Lumens (12) des transtrachealen Katheters (10) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die distale Mündung (17) des zweiten Lumens (16) vor der distalen Mündung (13) des ersten Lumens (12) ange ordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Druckumwandler (80) aufweist, der auf dem transtrachealen Katheter (10) in der Trachea (101) zur Messung des trachealen Luftdrucks angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Durch-flussmengensensor (82) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Prozessoreinrichtung (60) zur Analyse der erfassten Daten aufweist, um Vorgänge von gestörter Atmung zu identifizieren.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Druckumwandler (80) aufweist, und wobei die Prozessoreinrichtung (60) Vorgänge von obstruktiver Schlafapnoe und flacher und schneller Atmung durch Perioden von ansteigendem Druck innerhalb der Trachea des Patienten identifiziert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Druckumwandler (80) aufweist, und wobei die Prozessoreinrichtung (60) Vorgänge von ungehinderter zentraler Schlafapnoe durch Perioden ohne sinusförmiger Druckschwingungen innerhalb der Trachea des Patienten identifiziert.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Atmungssensoreinrichtung einen Durchflussmengensensor (82) aufweist, und wobei die Prozessoreinrichtung (60) Vorgänge von Schlafapnoen und flacher und schneller Atmung mittels Perioden von abnormalem Luftstrom innerhalb der Trachea (101) des Patienten identifiziert.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (61) einen Streifen- bzw. Bandschreiber aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (61, 64) einen Computer mit Datenspeichereinrichtungen aufweist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Einrichtung zum Übertragen der erfassten Daten an einen entfernten Ort zur Analyse aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung zum Übertragen von erfassten Daten ein entfernbares Datenspeicherungsmedium aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung zur Übertragung von erfassten Daten ein Modem (63) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Oximeter (85) aufweist, das mit den Erfassungseinrichtungen (61) verbunden ist, um den Blutsauerstofflevel des Patienten zu steuern.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Oximeter (85) weiterhin einen Oximeterfühler aufweist, der an einen distalen, hinteren Abschnitt des transtrachealen Katheters (10) angeordnet ist, um die Auskleidung der Trachea (101) des Patienten zu berühren.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Capnometer (87), verbunden mit der Erfassungseinrichtung (61) aufweist, zur Steuerung des Kohlendioxidlevels in der Trachea (101) des Patienten.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der transtracheale Katheter (10) umfasst: (a) ein erstes Lumen (12) des wenigstens einen Lumens (12, 16) dessen distale Mündung (13) in die Trachea des Patienten eingeführt ist, um einen Strom von Sauerstoff/Luft von der Quelle (40) in die Trachea (101) des Patienten zuzuführen; und (b) ein zweites Lumen (16) des wenigstens einen Lumens (12, 16), das sich in die Trachea des Patienten erstreckt; wobei die Atmungssensoreinrichtung (80, 82, 85, 87) einen Drucksensor (80) aufweist, der den trachealen Luftdruck durch das zweite Lumen (16) des transtrachealen Katheters (10) misst.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das zweite Lumen (16) weiterhin eine distale Mündung (17) aufweist, die mit einem vorbestimmten Abstand oberhalb der distalen Mündung (13) des ersten Lumens (12) des transtrachealen Katheters (10) angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die distale Mündung (17) des zweiten Lumens (16) vor der distalen Mündung (13) des ersten Lumens (12) angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 19, die weiterhin einen Durchflussmengensensor (82) aufweist, der mit der Erfassungseinrichtung (61) zum Messen des trachealen Luftstromes, verbunden ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, die weiterhin eine Prozessoreinrichtung (60) zur Analyse der erfassten Daten aufweist, um Vorgänge von gestörter Atmung zu identifizieren.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Prozessoreinrichtung (60) Vorgänge von obstruktiver Schlafapnoe und flachen und schnellen Atmens durch Perioden erhöhten Druckes innerhalb der Trachea des Patienten identifiziert.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Prozessoreinrichtung (60) Vorgänge von ungehinderten zentralen Schlafapnoen durch Perioden ohne sinusoidalen Schwingungen innerhalb der Trachea des Patienten identifiziert.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Erfassungseinrichtung (60) einen Computer (60) mit Datenspeichereinrichtungen aufweist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 19, die weiterhin ein Oximeter (85) aufweist, das mit der Erfassungseinrichtung (61) zum Steuern des Blutsauerstofflevels des Patienten verbunden ist.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das Oximeter (85) einen Oximeterfühler aufweist, der an einem distalen hinteren Abschnitt des transtrachealen Katheters (10) angebracht ist, um die Auskleidung der Trachea des Patienten zu kontaktieren.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 19, die weiterhin ein Capnometer (87) aufweist, das mit der Erfassungseinrichtung (61) zum Steuern des Kohlenstoffdioxidlevels in der Trachea des Patienten verbunden ist.
DE69831016T 1997-10-20 1998-10-15 System zur überwachung und behandlung von schlafstörungen mittels eines transtrachealen katheters Expired - Lifetime DE69831016T2 (de)

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