DE69928122T2

DE69928122T2 - Rückkopplungssteuerungssystem für Anästhesie

Info

Publication number: DE69928122T2
Application number: DE69928122T
Authority: DE
Inventors: Antti Särelä; Mario Loncar
Original assignee: GE Healthcare Finland Oy
Current assignee: GE Healthcare Finland Oy
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: EP1140264B1; DE69928122D1; FI110065B; EP1140264A1; ATE308357T1; AU1661600A; WO2000033904A1; US7290544B1; FI982653A; FI982653A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung i.V.m. einem Rückkopplungs-Steuersystem, die eine steuerbare Vorrichtung aufweist, eine Messvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Anwender-Schnittstelle, mittels der die Steuervorrichtung mit Hilfe von gesetzten Werten überwacht werden kann, wobei die Messvorrichtung dazu bestimmt ist, einen Messwert von einem Messpunkt zu messen, welcher Messwert von dem Betrieb der steuerbaren Vorrichtung abhängt, und wobei die Steuervorrichtung zum Überwachen der steuerbaren Vorrichtung auf der Grundlage der Messwerte und der gesetzten Werte bestimmt ist.
Ein grundsätzliches Erfordernis für Vorrichtungen im Einsatz für Patienten liegt in deren sicheren und zuverlässigen Arbeitsweise sowohl im Normalbetrieb der Vorrichtung, als auch in Störbetriebs-Situationen, die unbeabsichtigterweise von einer Bedienperson hervorgerufen sind, oder in jeder anderen Fehlsituation der Vorrichtung.
Als Beispiele oben erwähnter Vorrichtungen zur Patientenbehandlung können Beatmungsgeräte und Anästhesie-Einrichtungen, die bei der Intensivbehandlung und Anästhesie verwendet werden, genannt werden. Ein Patient ist normalerweise mittels eines Patientenkreises an eine zur Patientenbehandlung verwendete Vorrichtung angeschlossen, beispielsweise an eine Anästhesie- und Beatmungseinrichtung. Vom Patientenkreis führt eine Messverbindung an einen Monitor, der den Zustand des Patienten überwacht. Unter Verwendung der vom Monitor bereit gestellten Messinformation betreffend den Patientenzustand überwacht eine Krankenpflege-Person den Zustand des Patienten und stellt einstellbare Werte der zur Patienten behandlung verwendeten Vorrichtung ein, so dass die Messinformation dem momentan gewünschten Wert entspricht.
Kennzeichnend für obige Steuerung ist, dass die Messwerte nur indirekt durch die gesetzten Werte der zur Patientenbehandlung verwendeten Vorrichtung verändert werden, und dass die Steuerung eine lange Ansprechzeit hat. Einige dieser indirekten Paare von Messwerten und gesetzten Werte sind in der nachfolgenden Tabelle beispielhaft aufgezählt.
Die Abhängigkeit zwischen den Mess-Parametern und den operativen Messwerten kann verschiedene Steuersysteme untereinander mit einschließen. Beispielsweise kann der Blutdruck mittels einer Anästhesiekonzentration des Atems reguliert werden, wobei die Anästhesiekonzentration ihrerseits mittels der Anästhesiekonzentration des Anästhesie-Verdampfers des Gasmischers gemäß der obigen Tabelle reguliert wird.
Aufgrund des indirekten Verhaltens und einer Langzeit-Konstanten ist die exakte Einstellung der Messwerte langsam und schwierig, was zu einer Variation der Patienten-Werte führt, wobei das seinerseits schädliche Wirkungen auf das Endergebnis der Pflege hat.
Zur Verbesserung der Situation sind eine Vielzahl von Lösungen zur Automatisierung einer Steuerschleife vorgeschlagen worden. In solch einem System übernimmt eine Steuerung anstelle einer Person die Überwachung des Patienten, schließt das Steuersystem zwischen dem Messwert und dem gesetzten Wert der Vorrichtung zur Patientenbehandlung, welche Steuereinrichtung im Stande ist, die vorherrschende indirekte Relation und die Wirkung der Steuerzeit-Konstanten mit einzubeziehen und somit den gesetzten Wert automatisch optimiert. Mit einem derartigen System muss bei dessen Verwendung eine Pflegeperson lediglich einen gewünschten Wert in das Steuersystem eingeben. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5 094 235 ein zu obigem ähnliches automatisiertes Steuersystem. Zusätzlich können verschiedene Beispiele in der Literatur gefunden werden, die die Überlegenheit eines automatisierten Steuersystems im Vergleich zu einer Pflegeperson zum Erhalten und Aufrechterhalten von Patientenwerten beschreiben. Als Beispiel kann hierzu die Veröffentlichung Westenskow D., Closed loop control of blood pressure, ventilation and anestesia delivery, Int. J. Clin. Monitoring and Computing 4: 69-74, 1987 erwähnt werden. Eine Zusammenfassung derartiger potentieller Steuersysteme ist in der Veröffentlichung A model for technology assessment as applied to closed loop infusion systems, Critical Care Medicine, Vol. 23, No 10, 1995 gegeben.
Trotz obiger Faktoren sind Rückkopplungs-Steuerungssysteme in Pflegeumgebungen nicht allgegenwärtig geworden. Ein Grund, warum an und für sich praktikable Lösungen im Versuchsstadium stecken geblieben sind, sind oben erwähnte Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen für die Einrichtung. Eine automatische Rückkopplung verkompliziert das System beträchtlich und bringt neue Möglichkeiten von Fehlsituationen, deren Existenz beim Implementieren der Einrichtung berücksichtigt werden sollten. Sicherheitsaspekte sind beispielsweise bei Steuersystemen eines Infusionssystems berücksichtigt worden, das auf die Muskelrelaxation einwirkt, siehe David G. Mason et al., Development of a portable closed-loop atracurium infusion System: Systems methodology and safety issues, Int. J. Clin. Monitoring and Computing 13: 243-252, 1997. Diese Forschung führt Methoden zur Planung von Einrichtungen ein, die die Sicherheit des Systems wesentlich verbessern.
Wie oben dargelegt, ist ein Sicherheitsrisiko im Rückkopplungssteuersystem gegenwärtig, wobei nur Vorrichtungen zur Patientenüberwachung zur Bewältigung von Einzelfehlsituationen in operativen Situationen vorgesehen sind. Im Grunde ist der Anwender oft für die Zuverlässigkeit eines vom Monitor ausgegebenen Messergebnisses verantwortlich. Eine Messausrüstung und die obigen experimentellen Steuersysteme sind noch nicht derart vorgesehen, dass Einzelfehlsituationen keine Gefahr für einen Patienten schaffen würden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung vorzusehen, durch die die Nachteile im Stand der Technik eliminiert werden können. Das wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung eine Vorrichtung zum Zuführen eines Referenzsignals zur Messvorrichtung in periodischer Weise umfasst, und dass die Steuervorrichtung dazu bestimmt ist, den auf der Grundlage des Referenzsignals erhaltenen Messwert mit dem Real-Referenzwert des Referenzsignals zu vergleichen und ferner dazu bestimmt ist, eine Sicherheitsmessung durchzuführen, wenn der Messwert vom Referenzwert wesentlich abweicht.
Ganz allgemein schafft die Erfindung den Vorteil, dass auf dem Markt existierende Messvorrichtungen für Einzelfehlsituationen nicht umgestaltet werden müssen. Ein Fehler wird durch einen externen Controller erkannt, der automatisch den Betrieb der Messvorrichtung insgesamt mittels einer Referenz-Messung überprüft. Die automatische Prüfung kann normalerweise durch den Einsatz einer sehr einfachen Technik ausgeführt werden. Eine unabhängige Referenz-Quelle ist ebenso in dem System leicht erhältlich. Aufgrund der Einfachheit kann der eigentliche Controller auf einfache Weise für Einzelfehlsituationen konzipiert sein, wobei das Endergebnis in allen Aspekten vorteilhaft ist.
Im Folgenden wird die Erfindung in größerem Detail mit Hilfe von Beispielen beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind, wobei
1 eine schematische Ansicht einer operativen Umgebung einer zur Patientenüberwachung vorgesehenen Einrichtung zeigt,
2 ein Diagram eines Beispiels einer automatischen Steueranordnung eines Gasdispensers in einer Anästhesievorrichtung zeigt, und
3 eine Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer operativen Umgebung einer zur Patientenüberwachung verwendeten Einrichtung. Ein Patient 1 ist an eine zur Patientenüberwachung verwendeten Vorrichtung angeschlossen, die in dem Beispiel von 1 eine Kombination aus einem Gasmischer und Ventilator 2 ist. Der Patient ist mittels eines Patientenkreises 3 angeschlossen. Von dem Patientenkreis 3 geht ein Messanschluss 4 an einen Monitor 5, der den Zustand des Patienten überwacht. Eine Pflegeperson 6 überwacht ihrerseits den Zustand des Patienten auf der Grundlage der Messinformation, mittels des durch den Monitor 5 wiedergegebenen Zustand des Patienten, wobei sie bei Bedarf eingestellte Werte der zur Patientenüberwachung verwendeten Vorrichtung einstellt, so dass die Messinformation dem gewünschten momentanen Wert entspricht, wie das oben dargelegt wurde.
2 seinerseits zeigt ein Steuersystem, bei dem ein Gasdispenser einer Anästhesievorrichtung auf der Grundlage eines Signals automatisch gesteuert wird, das durch die Atemgas-Messung des Monitors ausgegeben wird. Wenn bei einer Fehlsituation ein Gasmonitor 7 eine geringere Anästhesiegas-Konzentration 8 misst, als sie tatsächlich ist, oder sie überhaupt nicht misst, veranlasst ein Controller 9 einen Gasdispenser 10 zur Produktion einer höheren Anästhesiegas-Konzentration, als sie gemäß einer Anwenderperson 12 tatsächlich sein sollte. Dies führt zu einer Überdosis an Anästhetikum und damit zu einer gefährlichen Situation. Die in 2 gezeigten Gaskonzentrationen sind ausschließlich exemplarische Werte. In 2 ist ein Patientenkreis mit der Bezugsziffer 13 gekennzeichnet, ein CO₂-Absorber mit der Bezugsziffer 14 und ein Ventilator mit der Bezugsziffer 10a. Wie in dem Beispiel aus 1 ist ein Patient mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet.
Die Betriebsweise des Systems aus 2 arbeitet im Prinzip folgendermaßen. Während der Behandlung eines Patienten führt der Gasdispenser 10 dem Patienten eine gewünschte Gasmischung zu, wobei der Gasmonitor 7 die Anästhesiegas-Konzentration misst und den Controller 9 darüber informiert. Der Controller 9 stellt die Parameter der Anästhesiegas-Konzentration ein, um ein gewünschtes Endergebnis zu erhalten. Der Anwender 12 hat natürlich dem Controller 9 einen gewünschten Anästhesiegas-Konzentrationswert der Patientenatmung eingegeben.
Das Steuersystem aus 2 zeigt die oben beschriebenen Nachteile auf, die mittels der Erfindung eliminiert werden.
3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. In 3 sind dieselben Bezugsziffern für entsprechende Teile wie in 2 verwendet worden, wobei in der Ausführungsform von 3 die Erfindung in dem Steuersystem von 2 eingesetzt ist.
Bei der Lösung in 3 ist ein Mechanismus 15a, 15b, 15c an eine separate Steuervorrichtung 9 angeschlossen, wobei der Mechanismus zu geeigneten Intervallen die von einem Gasmonitor 7 gesammelten Gas-Probenwerte verändert, indem zwischen dem tatsächlichen zu messenden Gas, d.h. einer Stichprobe 8 des Atemgases, und einem Referenzgas, beispielsweise einer Frischluft-Probennahme 16 gewechselt wird. Eine Steuervorrichtung 9 kann entsprechend dem Beispiel der Figur ein separater Controller sein, wobei er ebenso in dem Monitor oder der steuerbaren Vorrichtung integriert sein kann. Somit wird ein Referenzsignal periodisch an den Gasmonitor gegeben, welches Referenzsignal einen Frischgas-Probenwert in dem Beispiel der Figur umfasst. Ungeachtet des Gasmonitors stellt der Gasdispenser 10 die reale Anästhetikum-Konzentration des Referenzgases sicher. Der durch den Gasdispenser gegebene reale Konzentrationswert 17 des Referenzgases und der von der Referenzgas-Probenentnahme erhaltene Messwert 18 des Monitors, oder das Referenzsignal, das an diesen geführt wurde, werden mit Hilfe von beispielsweise einer Serienschnittstelle dem Controller zugeführt, der diese beiden Werte miteinander vergleicht. Wenn die Übereinstimmung dieser Werte nicht näherungsweise genau ist, stellt der Controller eine Fehlsituation der Messvorrichtung 7 fest und unternimmt eine geeignete Sicherheitsmaßnahme, beispielsweise stoppt er das Setzen der Gasdispenser- 10 Konzentration 19 und unterbricht die Steuerung der steuerbaren Vorrichtung. Das Öffnen eines Sicherheitsventils oder die Ausgabe eines geeigneten Alarmsignals können ebenso beispielhaft als Sicherheitsmaßnahmen gesehen werden. Ein Alarmsignal kann beispielsweise auf einem Ton- oder Lichteffekt, bzw. beidem basieren.
Ein Referenzsignal muss nicht notwendigerweise ein Frischgas-Probenwert entsprechend dem Beispiel der Figur sein, sondern kann auch ein aus beispielsweise der Raumluft oder einem anderen Gas mit einer bekannten Konzentration entnommener Probenwert sein, der den Gaswert zur Bildung des Referenzsignals darstellt. Ein Referenzsignal muss auch nicht notwendigerweise ein Gas-Probenwert sein, da eine elektrische Messung ebenso ein simuliertes elektrisches Signal als ein Referenzsignal in beispielhafter Weise verwenden kann. Auf der Druckseite kann beispielsweise der durch einen Ventilator gemessene Kreislauf-Druck als Bezugsgröße dienen.
Ein Controller und ein Umschaltmechanismus einer Gasprobe muss ebenso zur Berücksichtigung von Einzelfehlsituationen geplant sein. Andernfalls kann beispielsweise eine Ventil-Fehlfunktion zu einer Situation führen, dass, wenn der Probenentnahmepunkt einer Probenentnahme sich ändert, was tatsächlich nicht vorkommt, die reale Fehlsituation unbemerkt bleibt. In 3 wird die Fehlfunktion des eigentlichen Wahlventils 15a durch Backup-Ventile 15b, 15c überwacht. Eine CPU 20 steuert diese Ventile in entsprechender Weise, wie das Selektor-Ventil 15a. Wenn das Selektor-Ventil in einer Position festsitzt, schließt das Backup-Ventil die Proben-Linie. Dann misst der Gasmonitor keinerlei Konzentration, wobei Messergebnisse nicht aufgenommen werden. Zusätzlich schafft eine Monitorpumpe einen geringen Druck auf die Proben-Linie, der ebenso von dem Monitoralarm festgestellt werden kann. Dementsprechend können eventuelle Leckagen immer durch nicht übereinstimmende Messergebnisse entdeckt werden. Ein Controller kann ebenso derart ausgeführt sein, dass Einzelfehlsituationen beispielsweise in der CPU oder der Controller-Elektronik festgestellt werden. Bei Bedarf kann auch die CPU des Gasdispensers verwendet werden, welche CPU die Betriebsweise des Controllers mittels einer seriellen Schnittstelle überwacht.
Die obige Ausführungsform dient nicht dazu, die Erfindung in irgendeiner Weise zu restriktieren, da die Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche frei und komplett modifizierbar ist. Insofern ist es offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Einrichtung oder Details daraus nicht exakt mit den in den Figuren Gezeigten übereinstimmen müssen, und auch andere Lösungen dafür möglich sind. Die Erfindung ist mitnichten auf die Messung von Anästhetika beschränkt. Eine ähnliche Einrichtung kann beispielsweise zur Überprüfung von Kohlendioxid, dem Blutdruck und vielen anderen physiologischen Messungen verwendet werden. Der wesentliche Punkt ist, dass eine bekannte unabhängige Referenzgröße für die Messung vorgesehen wird, welche Referenzgröße automatisch an eine Messvorrichtung geführt werden kann, die einem geschlossenen Steuersystem angehört.

Claims

Rückkopplungssteuerungs-Einrichtung für eine Anästhesie-Apparatur (13), welche Einrichtung eine steuerbare Vorrichtung (10), eine Messvorrichtung (7), eine Steuervorrichtung (9) und eine Anwender-Schnittstelle (12) umfasst, mittels der die Steuervorrichtung (9) mit Hilfe von gesetzten Werten überwacht werden kann, wobei die Messvorrichtung (7) dazu bestimmt ist, einen Messwert (8) von einem Messpunkt zu messen, welcher Messwert von dem Betrieb der steuerbaren Vorrichtung abhängt, und die Steuervorrichtung (9) zum Überwachen und/oder Steuern der steuerbaren Vorrichtung (10) auf der Grundlage der Messwerte und der gesetzten Werte bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung Mittel (15a, 15b) aufweist, die zur periodischen Übermittlung eines Referenz-Signals (16) an die Messvorrichtung (7) bestimmt sind, und dass die Steuervorrichtung (9) dazu bestimmt ist, den von der Messvorrichtung (7) erhaltenen Messwert (18) auf der Grundlage des Referenz-Signals mit einem realen und bekannten Referenzwert (17) des Referenz-Signals zu vergleichen, und dazu bestimmt ist, eine Sicherheits-Maßnahme durchzuführen, wenn der auf der Grundlage des Referenz-Signals erhaltene Messwert (18) vom realen und bekannten Referenzwert (17) wesentlich abweicht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheits-Maßnahme die Abkopplung der Steuerung der steuerbaren Vorrichtung ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheits-Maßnahme die Öffnung eines Sicherheits-Ventils ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheits-Maßnahme die Abgabe eines Alarm-Signals ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Vorrichtung (10) einen zur Patientenbehandlung verwendbaren Gas-Mischer und/oder Ventilator aufweist, und dass die Messvorrichtung (7) ein Gas-Monitor und die Steuervorrichtung (9) eine separate Steuereinheit ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Signal (16) eine Auswahl von Gaswerten ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übermittlung des Referenz-Signals (16) ein Mehrweg-Ventil (15a) umfassen, das dazu bestimmt ist, einen Satz von an den Gas-Monitor strömenden Atemgas-Proben (8) als Gas-Probensatz zu verändern, der als ein Referenz-Signal (16) verwendet wird.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Probensatz ein Frischgas-Probensatz ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Backup-Ventile (15b, 15c) dazu bestimmt sind, den Betrieb des Mehrwegventils (15a) zu überwachen.