DK162257B - Styresystem til at styre en respirator som tilfoerer en patient et positivt indaandingstryk - Google Patents

Description

DK 162257 B

Ved normal respiration sænkes en patients mellemgulv for at forøge lungekapaciteten og således skabe et negativt tryk i lungehulrummet i forhold til atmosfærisk tryk.

Hermed drives luft ind i det under undertryk værende hul-5 rum. Mange patienter, såsom ulykkesofre, der lider af chok, trauma eller hjerteanfald, kan behøve en respirator eller en ventilator til at bistå åndedrættet. Kendte respiratorer anvender intermitterende åndedrag ved overtryk for at øge trykket i en patients lunger indtil disse fyl-10 des. Luften udtømmes passivt gennem lungernes naturlige stivhed.

Disse kendte respiratorer indfører overtryk i lungerne, der allerede står under atmosfærisk tryk. Trykket i lun-15 gerne øges over a tmos færet rykket i modsætning til normal respiration, hvilket hæmmer hjertets evne til at pumpe blod. Ved normal respiration dannes der ved indånding et negativt lungetryk, der bistår hjertets fyldning med blod. Den resulterende trykgradient (det positive tryk i 20 periferien og det negative tryk i lungen) hjælper til at fylde hjertet, når dette åbnes efter dets pumpebevægelse.

Hvis trykket i lungehulen imidlertid forøges, såsom med respiratorer, formindskes den blodmængde, der vender tilbage til eller strømmer ind i hjertet. Hjertet må yderli-25 gere presse imod et højere tryk. Dette resulterer i en formindsket hjerteydelse.

Til forbedring af det arterielle oxygentryk er anvendelsen af positivt slutudåndingstryk (Positive-End-Expirato-30 ry-Pressure, PEEP) kendt, hvor der opretholdes et lille overtryk i luftvejen mellem indåndinger med positivt tryk. PEEP anvender en standardiseret omskifter. Et tryksignal, der påføres ventilen, styrer dens høje eller lave tryktilstande. Den lave PEEP-tilstand frembringes, når 35 ventilen åbnes helt. En delvis lukning af ventilen skaber et højt internt lungetryk mellem åndedragene, da luften ikke kan undslippe. Ved et PEEP-tryk på 10 cm vandsøjle

DK 162257 B

2 falder hjerteydelsen imidlertid væsentligt. Der anvendes intravenøse fluida til at forøge det intravasculære rumfang i et forsøg på at minimere dette fald i hjerteydelsen. Patienten kan allerede udvise svækket hjertefunk-5 tion, der minimerer eller ophæver fordelene ved den intravasculære rumfangsforøgelse. Ofte besidder patienter, der kræver respirator, ikke en korrekt nyrefunktion, og kan således ikke behandle det tilførte fluidum. Anvendes • der for meget intravenøst fluidum i forhold til patien-10 tens evne (hjulpet eller ej) til behandling af fluidet, kan dette strømme ind i patientens lunger.

Der anvendes positive inotropiske midler til at forøge hjertets sammentrækning til pumpning af mere blod. Det er 15 klart, at hjertet arbejder hårdere end normalt, hvilket kan medføre hjerteanfald eller arythmier (hjerteflimren).

Læger vil ofte foreskrive en kombination af forøgede intravenøse fluida og positive inotropiske midler sammen med PEEP.

20

Flere forskere har bedømt virkningen af hjertecyklus-bestemte forøgelser af lungetrykket eller hjerteydelsen ved at synkronisere en højfrekvent stråleventilation med forskellige faser af R-R-intervallet. Carlson og Pinsky har 25 fundet, at den nedsatte hjerteydelse som følge af respiration med positivt tryk minimeres, hvis de positive trykimpulser synkroniseres med diastolen. Imidlertid har Otto og Tyson ikke fundet nogen væsentlige ændring i hjerteydelsen ved at synkronisere positive trykimpulser 30 med forskellige partier af hjertecyclen.

Pinchak har beskrevet den optimale frekvens ved højfrekvent stråleventilation. Han har også bemærket rytmiske svingninger i lungearterietrykket (PAP) samt rytmiske æn-35 dringer i kredsløbets blodtryk. En mulig forklaring på disse svingninger er, at strålepulsarterierne bevæger sig ind i og ud af synkronisme med hjerteslaget. Ved bedøm- 3

DK 162257 B

melse af hans resultater fremgår det, at når stråletryk-spidsen i luftvejene optræder under den tidlige systole, er der et stort lungepulsåretryk og et lille kredsløbsblodtryk. Pinchak har ikke selv kommenteret dette, men 5 hans registrerende data viser, at lungearterietrykket stiger og synker lige modsat blodtrykket. En mulig forklaring er, at en forøgelse af lungearterietrykket simpelt hen er en refleksion af en voksende lungevasculær modstand, som bevirker en formindskelse af venstre hjer-10 tekammers fyldning og dermed en formindskelse af kredsløbets blodtryk sekundært til en formindskelse af hjerteydelsen. Hvis de små oscillationer i kredsløbets blodtryk reflekterer oscillationerne i hjerteydelsen, vil Pinchak's analyse understøtte Pinsky og Carlson's arbej-15 de, som antyder, at det positive luftvejstryk er mindst skadeligt under diastolen.

Opfindelsen angår et styresystem til at styre en respirator, som frembringer åndedrag ved positivt tryk. Systemet 20 er karakteriseret ved at omfatte en indretning til at detektere en patients på hinanden følgende hjerteslag, en til detekteringsindretningen forbundet datamatanordning til beregning af et interval for patientens på hinanden følgende hjerteslag, et ventilorgan, der er elektrisk 25 forbundet med datamatanordningen, og som er pneumatisk forbundet med respiratoren for at styre denne, hvorved respiratoren er indrettet til afslutte åndedræt med posir tivt tryk i afhængighed af det beregnede interval.

30 Den foreliggende opfindelse er især indrettet til anvendelse i et datamatstyret system for positivt udåndingstryk til at supplere PEEP-anlæg med positiv slutudån-dingstryk. Ved en foretrukken udførelsesform forstærkes og udjævnes udgangssignalet fra en kardiogrammaskine, el-35 ler en lysdiode i kardiogrammaskinen overvåges optisk til bestemmelse af en R-bølge eller begyndelsen af en elektrisk systole. Et signal føres til en multiplikator, hvor 4

DK 162257 B

R-R-bølgesignalet (perioden) multipliceres, hvilket repræsenterer varigheden af R-R-bølgen med et af en læge indstillet variabelt interval. Det resulterende produkt (R-R-bølgen multipliceret med det variable interval) an-5 vendes til at trigge en solenoidestyret trevejsventil. Trevejsventilen er normalt lukket for at føre et positivt tryk til en standard PEEP-ventil, der fungerer på iøvrigt kendt vis. Når trevejsventilen trigges åbner den for at • lade et relativt lavt tryk passere til PEEP-ventilen på 10 en sådan måde, at PEEP-ventilen frembringer et lavt tryk til patienten.

Herved gøres det muligt at fjerne PEEP i et forudbestemt, variabelt tidsforhold umiddelbart før et næstfølgende 15 hjerteslag og derved sikre, at hjertet ikke under fyldningen kommer til at arbejde mod høje tryk. PEEP-ventilen styres af en datamat, som styrer trevejsventilen for at skabe trykfald, så at hjertet kan fyldes. Når hjertet er fyldt, genoptages PEEP uden skadelige virkninger. Patien-20 tens respiration koordineres med patientens hjerteslag til at maksimere hjerteydelsen. Et ekstra tryk kan genindføres umiddelbart efter udfaldet i et forsøg på at forbedre hjertets tømning.

25 Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med foretrukne udførelsesformer og under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er en skematisk afbildning af opfindelsen anbragt 30 i dennes omgivelser, fig. 2 er et blokdiagram for komponenterne på fig. 1, forbundet med en trevejsventil, og 35 fig. 3 viser en anden udførelsesform til detektering af et hjerteslagsinterval.

5

DK 162257 B

Det i fig. 1 viste datamatstyrede system for positiv udånding er forbundet til en terapeutisk indretning, såsom et PEEP-system. En patient 10 er vist anvendende en respirator 12 med en standardiseret udåndingsventil (PEEP) 5 14. Ventilen 14 åbner og lukker for at føre lave og høje tryk til patienten 10. Ifølge opfindelsen er patienten 10 også forbundet med en kardiogrammaskine (EK6) 16. På hinanden følgende hjerteslag detekteres af maskinen 16, og et signal repræsenterende hvert hjerteslag udsendes til 10 en mikrodatamat 18, hvis detaljer er nærmere vist på fig.

2 og 3. En generator 20 frembringer et variabelt interval som et andet indgangssignal til mikrodatamaten 18, og intervallets længde fastsættes af en læge. Mikrodatamaten 18 kombinerer intervalsignalet fra generatoren 20 med en 15 værdi repræsenterende tidsrummet mellem på hinanden følgende hjerteslag fra maskinen 16 og frembringer et udgående styresignal til en feltspole 22 i en trevejs magnetventil 24. Ventilen 24 er ved en første ende forbundet med en kilde 26 for positivt tryk. En anden ende af ven-20 tilen er pneumatisk forbundet til en undertrykskilde 28, og en tredje ende af ventilen er forbundet med PEEP-ven-tilen 14, gennem hvilken patienten modtager indåndinger med positivt tryk.

25 Under normal drift af respiratoren 12 manøvreres ventilen 14 til at lade skiftende lave og høje positive trykindåndinger (ca. 2,75 kPa) fra respiratoren 12 passere direkte til patienten 10. Imidlertid aktiveres magnetspolen 22 svarende til udgangssignalet fra mikrodatamaten 18 til at 30 tilvejebringe et udgangssignal 30 i form af et negativt tryk fra undertrykskilden 28. Det negative tryk ved 30 åbner ventilen 14. Fordi ventilen 14 er helt åben, modtages et lavt tryk af patienten 10 fra respiratoren 12. Det resulterende lave tryk indtræffer ifølge opfindelsen lige 35 før et foreskrevet hjerteslag for at sikre, at hjertet under fyldning ikke arbejder imod høje tryk. De kendte PEEP-anlæg frembringer for ofte høje tryk, når hjertet \ 6

DK 162257 B

slår, hvilket hæmmer hjertets fyldning og formindsker hj erteydelsen.

Som vist på fig. 2 går et udgangssignal fra maskinen 16 5 gennem en operationsforstærker 32 til en tidsstyreenhed 34, der udjævner det forstærkede EKG-signal til frembringelse af en række elektriske impulser svarende til de på hinanden følgende hjerteslag. De elektriske impulser fra ' tidsstyreenheden 34 modtages af en lager/beregner 36, som 10 bestemmer en periode repræsenterende intervallet mellem på hinanden følgende hjerteslag. Denne periode anvendes til at forudsige et næste hjerteslag, så at der kan leveres et lavt tryk til patienten lige før og under dette næste hjerteslag. Generatoren 20 indstilles af den til-15 synsførende læge på mellem eksempelvis 15 og 400 με. Signalet for varierende interval fra generatoren 20 og periodesignalet fra beregneren 36 anvendes til at frembringe et produkt i en multiplikator 38. Det resulterende produkt anvendes som et signal til at aktivere feltspolen 20 22 til styring af trevejsventilen 24.

I normal tilstand forbinder trevejsventilen 24 det positive tryk 26 til udgangen 30 til at bringe ventilen 14 i en delvis lukket stilling. Derved kan respiratoren 12 25 frembringe et højt positivt indåndingstryk til patienten 10. Lad os nu antage, at maskinen 16 detekterer et hjerteslag hvert sekund. Signalet forstærkes i forstærkeren 32, udjævnes af tidsstyreenheden 34, og perioden på 1,0 s beregnes i lageret 36. Hvis generatoren 20 af lægen er 30 indstillet på 0,8 s, danner multiplikatoren 38 et produkt af perioden og det variable interval (1,0 x 0,8) lig med 0,8 s. På denne måde aktiveres feltspolen 22 0,2 s før det næste forudsagte hjerteslag (0,8 s regnet fra det sidste hjerteslag). Nu åbner trevejsventilen 24 udløbet 35 30 til undertrykskilden 28, og derfor åbner et resulteret negativt tryk fuldstændigt PEEP-ventilen 14, og et lavt tryk når patienten. Såfremt patientens puls varierer, vil

DK 162257 B

7 forskellen mellem de forudsagte og virkelige hjerteslag blive detekteret og impulstidsprogrammeringen korrigeret. Tidsrummet for impulsen til feltspolen 22 styres af en anden (ikke vist) tidsstyreenhed.

5

Fig. 3 viser en anden udførelsesform til bestemmelse eller detektering af hjerteslag, hvor der anvendes en fotodetektor 40 til at detektere en blinkende lysdiode 42, der udgør en typisk komponent i en kardiogrammaskine. Fo-10 todetektoren 40, der tænder og slukker med glimtene fra lysdioden 42, kræver ingen tidsindstillingsenhed eller bølgekvadreringsorganer og udgør derfor et direkte indgangssignal til forstærkeren 32 til påfølgende funktion som i den på fig. 2 viste udførelsesform.

15 I stedet for mikrodatamaten 18 kan der eksempelvis også anvendes en mikroprocessor, der programmeres til at overvåge og bestemme slagrytmen, hvor lægen kan programmere det variable interval.

20 25 30 35

Claims (11)

1. Styresystem til at styre en respirator, der frembrin-5 ger åndedræt med positivt tryk, kendetegnet ved, at det omfatter en indretning (16) til at detektere en patients på hinanden følgende hjerteslag, en datamatanordning (18), der er tilsluttet detekteringsindretningen (16) for at beregne et interval mellem de på hinanden 10 følgende hjerteslag, et ventilorgan (24), der er elektrisk forbundet med datamatartordningen (18), og som er pneumatisk forbundet med respiratoren (12) for at styre denne, hvorved respiratoren (12) er indrettet til at afslutte åndedræt med positivt tryk i afhængighed af det 15 beregnede interval.

2. System ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det desuden omfatter et vakuumorgan (28), der er pneumatisk forbundet med ventilorganet (24) til frembringelse 20 af et lavt tryk til respiratoren (12) via ventilorganet (24).

3. System ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det omfatter et organ (26) til afgivelse af et positivt 25 tryk, samt at ventilorganet (24) omfatter en trevejsventil med en første, en anden og en tredje ende, hvor den første ende er forbundet med respiratoren (12), den anden ende er forbundet med vakuumorganet (28), og den tredje ende er forbundet med trykafgivelsesorganet (26). 30

4. System ifølge krav 3, k e n. d e t egnet ved, at trevejsventilen omfatter en solenoide (22), der er elektrisk forbundet med datamatanordningen (18), der indstiller trevejsventilen. 35

5. System ifølge krav 4, kendetegnet ved, at datamaten er forbundet med et intervalvariationsorgan 9 DK 162257 B (20) til frembringelse af et signal med varierende interval til datamatanordningen (18).

6. System ifølge krav 5, kendetegnet ved, at 5 datamatanordningen (18) omfatter en multiplikatoranordning (38), der er forbundet med detektorindretningen (16) og intervalvariationsorganet (20) til frembringelse af et produktsignal, der er baseret på det beregnede tidsinterval multipliceret med det varierende interval.

7. System ifølge krav 6, kendetegnet ved, at respiratoren (12) har en styret ventil (14), der er pneumatisk forbundet med ventilorganet (24)'s første ende, hvorved den styrede ventil (14) ved hjælp af ventilorga- 15 net (24)'s pneumatiske forbindelse åbnes af vakuumorganet (28) med relativt lavt tryk til respiratoren (12), og hvorved den styrede ventil (14) åbnes, når ventilorganet (24) forbinder respiratoren (12) pneumatisk med vakuumorganet (28) med relativt lavt tryk, så at den styrede ven-20 til (14) lukkes, når ventilorganet (24) forbinder respiratoren (12) pneumatisk med indretningen (26) med overtryk.

8. System ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at 25 detekteringsindretningen (16) er indrettet til såvel at afføle en patients på hinanden følgende hjerteslag som at frembringe et hjerteslagsignal.

8 DK 162257 B

9. System ifølge krav 8, kendetegnet ved, at 30 detekteringsindretningen (16) er forbundet til en forstærker (32) til at forstærke hjerteslagsignalet.

10. System ifølge krav 9, kendetegnet ved, at datamatanordningen (18) omfatter et tidsstyreorgan (34), 35 der er forbundet med forstærkeren (32) til at udjævne hjerteslagsignalet og til at frembringe pulser til multiplikatoren (38). DK 162257 B 10

11. System ifølge krav 10, kendetegnet ved, at detekteringsindretningen (16) omfatter en fotodetektor (40) til at detektere lyssignaler som svar på en patients hjerteslag, hvorved fotodetektoren (40) frembringer et 5 udgangssignal til forstærkeren (32). 10 15 20 25 30 35