EP0483305A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung und regelung des cuffdruckes von trachealtuben - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überwachung und regelung des cuffdruckes von trachealtuben

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Publication number
EP0483305A1
EP0483305A1 EP91907852A EP91907852A EP0483305A1 EP 0483305 A1 EP0483305 A1 EP 0483305A1 EP 91907852 A EP91907852 A EP 91907852A EP 91907852 A EP91907852 A EP 91907852A EP 0483305 A1 EP0483305 A1 EP 0483305A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
cuff
signals
values
correspond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91907852A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred PFÄNDER
Werner Rainer
Arnold Taber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0483305A1 publication Critical patent/EP0483305A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/04—Tracheal tubes
    • A61M16/0434—Cuffs
    • A61M16/044—External cuff pressure control or supply, e.g. synchronisation with respiration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
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    • A61M16/04—Tracheal tubes
    • A61M16/0402—Special features for tracheal tubes not otherwise provided for
    • A61M16/0404—Special features for tracheal tubes not otherwise provided for with means for selective or partial lung respiration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/04—Tracheal tubes
    • A61M16/0434—Cuffs
    • A61M16/0454—Redundant cuffs
    • A61M16/0459—Redundant cuffs one cuff behind another
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/105—Filters
    • A61M16/106—Filters in a path
    • A61M16/107—Filters in a path in the inspiratory path

Definitions

  • Inhalation anesthesia with endotracheal intubation and controlled ventilation is carried out by means of anesthetic mixtures of gases and vapors generated in our own mixers.
  • Gas is supplied to the patient through a plastic tube that is inserted into the trachea and connected to a ventilator.
  • the endotracheal tube is provided with an inflatable cuff at its distal end - hereinafter also referred to as the cuff.
  • This cuff is inflated by supplying air through a connecting tube leading to the outside until the tracheal lumen is completely closed above the distal end of the endotracheal tube.
  • the cuff is indispensable in order to avoid incomplete closure of the tracheal lumen with the gas escaping between the wall of the trachea and the cuff wall.
  • the nitrogen oxide (N 2 0) is of great importance and is always more or less present in the gas mixture balanced by the addition of other anesthetic drugs.
  • the cuff is inflated intermittently by an additional connection to the patient ventilator via a control line for controlling the cuff pressure.
  • These relatively complex devices are designed in such a way that the cuff pressure changes constantly in synchronism with the ventilation pressure.
  • a cuff pressure corresponding to the pre-inflation pressure results at a ventilation pressure equal to zero.
  • a further device for limiting the cuff pressure to a maximum value and / or to a minimum value is provided.
  • DE-A-33 27 342 and DE-A-32 04 110 devices are also known for detecting and evaluating the pressure in the balloon cuff of a tracheal tube, which also work with the aid of the ventilator and are equipped with alarm devices which can be switched on when the specified limit values are exceeded or not reached.
  • the cuff is blocked during the inspiration phase until no more escape of inspiration air can be heard.
  • any leaks that may occur - be it due to a loss of elasticity of the trachea in the area of contact with the cuff or due to increased ventilation pressure - must be blocked again, which in turn is done by means of a syringe used for blocking and by ear. Because of this effect, the modern high volume low pressure cuff endotracheal tubes for intubation anesthesia are also considered unsuitable. Additions to the
  • Blocking system with a control mechanism with continuous monitoring or blocking with anesthetic gas mixture or with liquid are said to be unreliable.
  • the proposed rediffusion system for limiting the rise in pressure due to nitrous oxide diffusion provides that the laughing gas diffusing into the cuff diffuses quantitatively into the room air via a correspondingly dimensioned pilot balloon.
  • the nitrous oxide diffusion out of the pilot balloon must be much more efficient than the nitrous oxide diffusion into the cuff.
  • the object of the invention is to provide a device and a method suitable for operating the device in order to avoid exceeding and falling below predetermined limit pressure values in the cuff or in the cuff during the duration of anesthesia, so that the above-mentioned injuries and / or complications or an incomplete closure between the endotracheal tube and the wall of the trachea can be avoided.
  • a device according to the invention for solving this problem and a method for operating such a device are specified in claims 1 and 7, respectively.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of patent claims 2 to 6 and 8. The content of these cited claims is thus also intended to form part of the description.
  • the nitrogen oxide or laughing gas penetrates into all cavities of the organism and also diffuses through the cuff wall.
  • This cuff wall is exposed to the diffusion of nitrogen oxide on the entire lateral surface adjacent to the wall of the trachea and on the ring surface facing the bronchial tubes, while a significantly smaller surface, namely the ring surface facing the glotis, is exposed to air.
  • a cuff pressure of approximately 30 mm Hg on the tracheal wall is already considered to be an impediment to its capillary perfusion. This pressure value should therefore not be reached or exceeded when the cuff is first inflated or during the further course of the anesthesia.
  • an increase in volume / increase in pressure in the cuff can be monitored by means of a manometer, due to the diffusion of e.g. Nitrous oxide in the cuff. Due to the fact that the trachea can hardly be relieved after the initial inflation of the cuff, the anesthetic gas diffusing into the cuff leads to a significant increase in cuff pressure.
  • the device preferably comprises an electronic manometer with a continuous pressure value display, an input for the pressure limit values to be specified, a display which signals the reaching of these limit values acoustically and optically, and at least one motor-driven pump unit, e.g. an electromotive peristaltic pump which is operated as a function of the difference between the limit values and the measured values and thereby keeps the cuff pressure approximately constant within the predetermined limits.
  • a motor-driven pump unit e.g. an electromotive peristaltic pump which is operated as a function of the difference between the limit values and the measured values and thereby keeps the cuff pressure approximately constant within the predetermined limits.
  • the cuff pressure in the cuff (s) is increased or decreased and thus kept within the desired limits.
  • a device has two pressure transducers and two motor-driven peristaltic pumps for connection to endotracheal tubes, such as "Carlens” tubes or the like, which are suitable for separate ventilation of the lungs, equipped with two separate sleeves with their own connecting tubes, and are arranged on a single tracheal tube.
  • endotracheal tubes such as "Carlens” tubes or the like
  • FIG. 1 shows in section an endotracheal tube E inserted into a trachea T with the cuff C not yet inflated, the tracheal lumen not being closed according to the drawing;
  • FIG. 2 shows a representation according to FIG. 1 a trachea T with an inserted tracheal tube E with an inflated cuff (cuff C), ready for use for controlled ventilation of the patient;
  • FIG. 3 shows the endotracheal tube E inserted into the trachea T (shown in section) during the controlled ventilation and showing the diffusion of the anesthetic gas (nitrogen oxide N 2 O);
  • Figure 4 shows an inserted endotracheal tube of the "Carlens” type, which is suitable for separate ventilation of the lungs;
  • FIG. 5 shows a pressure (mm Hg) -time (min.) Diagram which illustrates the typical course of the pressure in the cuff with continued diffusion of the nitrogen oxide pulse;
  • FIG. 6 shows a functional diagram with a control unit of the device according to the invention for monitoring and regulating the cuff pressure, in the embodiment with two pressure transducers and two motor-operated peristaltic pumps.
  • a comparison of the supplied signal with a desired pressure value takes place, which would be determined with a certain hysteresis (eg 1 cm H 2 0).
  • the difference between the two signals (setpoint and actual value) is additionally amplified by an amplifier 12 which is controlled by the multiplexer 5.
  • the output signal of the multiplexer 5 then controls the pump means that can be driven by electric motors M, Ml, for example the peristaltic pumps P, Pl.
  • the polarity of the current flowing from the amplifier 12 will be such that the direction of rotation of the motors M, Ml drives the pumps P, Pl in such a way that they suck in outside air through a filter in order to draw them over the connecting tubes R / Rl, R2 in the cuffs C / Cl, C2 and so the pressure p / pl, p2 to
  • the minimum pressure required for the respective patient to seal the cuff against the trachea is established during intubation in a manner known per se when blocking by means of e.g. generated by a syringe. This for the respective patient
  • 35 th specific pressure is adjustable via the keyboard 13.
  • the pressure value to be entered is determined by means of a pulse generator 11 converted into an analog signal and fed to the following elements of the control unit: d) the input selector 6, then the A / D converter 7 and then the display 8; e) the window comparator 9, in which the supplied signal
  • the alarm logic unit 16 has five inputs:
  • an alarm for negative pressure is provided if the pressure p / pl, p2 in the cuffs C / Cl, C2 is less than the lower limit value entered on the keyboard 13 (for example in the case of volume shrinkage in the cuffs due to cuff damage or cardiosurgical ones Intervene with the heart-lung machine, whereby the use of anesthetic gas may be temporarily interrupted, which results in the anesthetic gas diffusing from the cuff into the environment and thus a lowering of the cuff pressure).
  • an alarm in the event of overpressure is provided in the invention if the cuff pressure p / pl, p2 exceeds the upper limit value entered on the keyboard 13 (for example caused by an ongoing diffusion of the anesthetic gas into the interior of the cuff). .
  • the alarm logic switching element 16 sends out a signal i which acts on the amplifier 12 and thus interrupts the operation of the motors M, Ml and thus stops the pneumatic part of the device according to the invention. After determining and eliminating the causes that led to the triggering of the warning, this operating state is canceled again by actuating a special switching element on the keyboard 13.
  • a digital-to-analog converter 10 is arranged between the pulse generator 11 and the window comparator 9 or the input selector 6 for signal conversion.
  • A denotes an arrow for identifying the ventilation gas supply (anesthetic gas supply) through the tube.
  • the arrows AI and A2 indicate the anesthetic gas flows to the lungs.
  • the lung-side tube openings are designated by the reference symbols L / L1, L2.
  • the arrow indicates the direction of diffusion of the anesthetic gas into the cuff.
  • the arrow sl marks the direction of diffusion of the anesthetic gas from the cuff.
  • the area s indicates the contact area of the cuff on the inner wall of the trachea.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und Regelung des Cuffdruckes von Trachealtuben
Die Inhalationsanästhesie mit endotrachealer Intubation und kontrollierter Beatmung wird mittels in eigenen Mischern er¬ zeugten anästhetischen Mischungen von Gasen und Dämpfen durch¬ geführt. Die Gaszufuhr an den Patienten erfolgt über einen Kunststoffschlauch, der in die Trachea eingesetzt wird und mit einem Beatmungsapparat verbunden ist. Um den Patienten vor der Gefahr einer endotrachealen und somit einer endobronchialen Inhalation verschiedener Substanzen (Magensäfte, Gallenflüs- sigkeit, Blut usw.) zu schützen, ist der Endotrachealtubus an seinem distalen Ende mit einer aufblasbaren Manschette - im folgenden auch Cuff genannt - versehen. Dieser Cuff wird durch Zuleiten von Luft über ein nach außen führendes Verbindungs- röhrchen bis zum vollständigen Verschluß des Tracheallumens oberhalb des distalen Endes des Endotrachealtubus aufgeblasen. Überdies ist der Cuff unentbehrlich, um einen unvollständigen Verschluß des Tracheallumens mit sich dann einstellendem Gas- austritt zwischen der Wand der Trachea und der Manschettenwand zu vermeiden. Unter den für die Vollanästhesie zum Einsatz kommenden Gasen hat das Stickstoffoxydul (N20) eine große Be¬ deutung und ist immer mehr oder weniger im durch die Zugabe von anderen Anästhetik-Pharmaka balancierten Gasgemisch vor- handen.
In dem Aufsatz "Problematik von Intubationsschäden bei Lang- zeitbeatmung" von E.G. Star, Münch. Med. Wschr. 118 (1976), Nr. 15, Seiten 457 bis 460, werden Ursachen für Trachealwand- schaden und verschiedene Manschettentypen beschrieben. Um den Trachealwanddruck (Cuffdruck) zu regulieren, werden verschie¬ dene Mechanismen erörtert. Um die Kapillardurchblutung der Trachealwand durch den Cuffdruck möglichst wenig zu behindern, ist aus der DE-A-34 35 900 eine Einrichtung zum inter ittie- renden Aufblasen eines Cuffs für ein Patienten-Beatmungsgerät bekannt. Durch den intermittierend aufgeblasenen Cuff soll für die Langzeitbeatmung die Kapillardurchblutung möglichst nur zeitweise behindert werden. Bei der bekannten Einrichtung wird der Cuff durch eine zusätzliche Verbindung mit dem Patienten- Beatmungsgerät über eine Steuerleitung zur Steuerung des Cuff- druckes intermittierend aufgeblasen. Diese relativ aufwendigen Einrichtungen sind so ausgelegt, daß sich der Cuffdruck stän¬ dig synchron mit dem Beatmungsdruck ändert. Infolge eines Vor- blähdruckes, der von einer Spritze zur Vorgabe des Vorbläh- druckes erzeugt wird, ergibt sich bei einem Beatmungsdruck gleich Null ein dem Vorblähdruck entsprechender Cuffdruck. Um in der Inspirationsphase den Cuffdruck zu begrenzen, ist eine weitere Vorrichtung zum Begrenzen des Cuffdruckes auf einen maximalen Wert und/oder auf einen minimalen Wert vorgesehen.
Aus der DE-A-33 27 342 und der DE-A-32 04 110 sind ferner Vor¬ richtungen zur Erfassung und Auswertung des Druckes in der Ballonmanschette eines Trachealtubus bekannt, die ebenfalls unter Einbeziehung des Beatmungsgerätes arbeiten und mit Alarmgebern ausgerüstet sind, welche bei über- oder Unter¬ schreitung vorgegebener Grenzwerte anschaltbar sind.
Nach der DE-A-33 27 342 kann einerseits eine fehlerhafte Ab¬ dichtung infolge zu geringen Manschettendruckes oder eines Manschettenlecks und andererseits auch eine zu hohe oder zu geringe Atemdruckgeschwindigkeit erfaßt werden. Derartige Fehlerzustände lösen ein Entblocken der Ballonmanschette so¬ wie ein Umschalten des espirators aus. Eine automatische Regulierung des Cuf finnendruckes im Falle von über- oder Un- terschreitung vorgegebener Grenzwerte ist bei der bekannten Beatmungsvorrichtung nicht vorgesehen.
In dem Artikel "Das Redif f usionssystem-Limitierung der lach¬ gasbedingten Cuf fdruckanstiege von Endotrachealtuben", Anae- sthesist, Springer-Verlag 1983, 32; Seiten 459-464, von L.Brandt und H.Pokar wird ausgeführt, daß während der Narkose das Volumen und der Druck im Cuff von Endotrachealtuben durch Lachgasdiffusion zunehmen, wobei Cuffdruckanstiege bis zu 100 mm Hg nach nur zwei Stunden nicht ungewöhnlich sind. Das Ausmaß der Volumenzunahme ist abhängig von der inspiratori¬ schen Lachgaskonzentration; ihre Geschwindigkeit wird von der Lachgasdiffusionskonstanten des Cuffmaterials, der Cuffwand- stärke und dem Lachgaskonzentrationsgradienten zwischen dem Cuff einerseits und der Trachea und dem Trachealgewebe ande- rerseits bestimmt. Bei der angewendeten Methode wird der Cuff während der Inspirationsphase so lange geblockt, bis kein Ent¬ weichen von Inspirationsluft mehr hörbar ist. Bei länger dauernder Beatmung muß bei eventuell auftretenden Leckagen - sei es aufgrund eines Elastizitätsverlustes der Trachea im Kontaktbereich mit dem Cuff oder aufgrund von Beatmungsdruck¬ anstiegen - nachgeblockt werden, was wiederum mittels einer zur Blockierung verwendeten Spritze und nach dem Gehör ge¬ schieht. Aufgrund dieses Effektes werden auch die modernen High Volu e-Low Pressure-Cuff Endotrachealtuben zur Intuba- tionsnarkose als ungeeignet beurteilt. Ergänzungen des
Blockungssystems mit einem Regelmechanismus mit kontinuier¬ lichem Monitoring oder die Blockung mit Narkosegasgemisch oder mit Flüssigkeit werden als unzuverlässig bezeichnet. Das vor¬ geschlagene Rediffusionssystem zur Limitierung des lachgas- diffusionsbedingten Cuf fdruckanstieges sieht vor, daß das in den Cuff diffundierende Lachgas über einen entsprechend dimensionierten Pilotballon quantitativ in die Raumluft ab¬ diffundiert. Um den Druck im Cuff niedriger zu halten als den Kapillarperfusionsdruck der Trachea, muß die Lachgasdiffusion aus dem Pilotballon heraus wesentlich effizienter sein als die Lachgasdiffusion in den Cuff hinein. Bei dem vorgeschlagenen System soll nach einmaliger Blockung nach der allgemein ver¬ breiteten Methode der "Blockung nach Gehör" keine weitere Ma¬ nipulation am Blockungssystem mehr notwendig sein, so daß das Rediffusionssystem ohne den Anschluß an externe Cuf fdruckregu- latoren, Druckmanometer usw. auskommt, welche umständlich, aufwendig und teuer sind. Das weitgehend auf theoretische Überlegungen gestützte Rediffusionssystem läßt den für den Patienten gefährlichen Fall des Auftritts einer Leckage zwi¬ schen Cuff und Trachea unberücksichtigt, so daß von der Fest¬ stellung der Autoren auszugehen ist, daß es nach wie vor eine zuverlässige, selbstregulierende und dabei einfache und preis¬ werte Methode zur Limitierung des lachgasdiffusionsbedingten Cuffdruckanstieges bis heute nicht gibt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung sowie ein zum Betrieb der Vorrichtung geeignetes Verfahren anzuge¬ ben, um die Überschreitung als auch die Unterschreitung vorge¬ gebener Grenzdruckwerte in der Manschette bzw. im Cuff während der Dauer einer Anästhesie zu vermeiden, so daß die obenge¬ nannten Verletzungen und/oder Komplikationen bzw. ein unvoll¬ ständiger Verschluß zwischen Endotrachealtubus und der Wand der Trachea vermieden werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 1 bzw. 7 angegeben. Vorteilhafte Aus¬ gestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6 und 8. Der Inhalt dieser zitierten Ansprüche soll da- mit gleichzeitig zum Gegenstand der Beschreibung gehören.
Es wurde gefunden, daß bei der Anästhesie Narkosegase in den Cuff diffundieren und dadurch den Cuffdruck - wie nachstehend näher erläutert wird - erhöhen können. Diesem Umstand wird bei den bekannten Lösungsvorschlägen ebensowenig Rechnung getragen bzw. Beachtung geschenkt wie dem weiteren Umstand, daß sich nach einer bestimmten Dauer während der Allgemeinnarkose die Trachea aufgrund des auf sie einwirkenden Cuffdruckes erwei¬ tert. Dadurch besteht bereits während der Narkose oder gege- benenfalls bereits während der Operation die Gefahr, daß die Abdichtung bzw. der Abschluß der Trachea durch den Cuff nicht mehr gewährleistet ist und dies am Operationstisch oder auf der Intensivstation gegebenenfalls unbemerkt bleibt.
Das Stickstoffoxydul bzw. Lachgas dringt aufgrund seiner ex¬ tremen Diffusionskapazität in alle Hohlräume des Organismus ein und diffundiert auch durch die Manschettenwand. Diese Manschettenwand ist an der gesamten, an die Wand der Trachea anliegenden Mantelfläche und an der den Bronchien zugewandten Ringfläche der Diffusion des Stickstoffoxyduls ausgesetzt, während eine bedeutend kleinere Fläche, und zwar die der Glot¬ tis zugekehrte Ringfläche, der Luft ausgesetzt ist. Nach dem Henryschen Gesetz, betreffend die Auswirkung des Druckes auf die Diffusion eines Gases, und wegen der obengenannten beacht- liehen Differenz zwischen der dem Stickstoffoxydul ausgesetz¬ ten Fläche und der der Luft ausgesetzten Fläche des Cuff (Ent- weichungsmöglichkeit für das N20), erfährt der Cuff einen im Verhältnis zur Dauer der Gaseinwirkung und im Verhältnis zwi¬ schen gas- und luftbeaufschlagter Flächen sowie einen von der Wandfläche und dem Material der Manschettenwand abhängigen Volumen- und Druckanstieg.
Während für eine erste Phase der Inbetriebnahme der in die Trachea eingeführten Manschette eine beachtliche Volumenzu- nähme bis zum Anschmiegen der Manschette an die Innenwand der Trachea feststellbar ist, erfolgt in einer zweiten Phase, un¬ ter fortlaufender Zufuhr des Lachgases oder anderer Narkose¬ gase, ein zunehmender Volumen-/Druckanstieg, nachdem die Auf¬ lagefläche der Manschettenwand an der kaum dehnbaren Struktur der Trachea anliegt und sich folglich nur die ringflächenför- migen, den Bronchien und der Glottis zugekehrten Manschetten¬ teile noch elastisch erweitern können. Diese Volumenzunahme führt progressiv zu einem Druckanstieg in der Manschette, so daß einerseits die Trachealschlei wand mit hohem Druck beauf- schlagt wird und andererseits die Gefahr einer Uberdehnung der Manschettenwand besteht, derart, daß eine Manschettenhernie auftreten kann, was zu einem Verschluß der distalen Tubusöff¬ nung führen könnte. Gemäß dem Stand der Technik wird ein Cuff¬ druck von etwa 30 mm Hg auf die Trachealwand bereits als Be- hinderung für deren Kapillardurchblutung angesehen. Dieser Druckwert sollte daher weder beim ersten Aufblasen des Cuff noch während des weiteren Ablaufes der Anästhesie erreicht bzw. überschritten werden.
Während der Beatmung mit einer Anästhetika/Hypnotika-Mischung ist mittels eines Manometers eine Volumenzunahme/Erhöhung des Druckes im Cuff überwachbar, bedingt durch die Diffusion von z.B. Lachgas in den Cuff. Aufgrund der nach dem anfänglichen Aufblasen des Cuff noch kaum nachgebbaren Trachea erfolgt durch das in den Cuff eindiffundierende .Narkosegas eine erhebliche Cuf fdruckerhöhung.
Es hat sich gezeigt, daß ausgehend von einem anfänglichen Min¬ destdruck, welcher für die Positionierung des Endotracheal- tubus erforderlich ist, bereits während des Verlaufes der er¬ sten Stunde der Anästhesie Druckwerte von 30 mm Hg erreicht und überschritten sind. Gemäß der Fachliteratur wird die Auf¬ fassung vertreten, daß bereits bei einem Schwellenwert von ungefähr 17 mm Hg die Gefahr des Auftretens von Schäden an der Trachea besteht. Wenn jedoch der Eingriff länger dauert, kann der Cuffdruck den mittleren arteriellen Druck überschrei¬ ten. Dies führt dann zu totaler Ischämie und zu Trachealwand- schäden. Dabei geht dieser Fall von einer vorausgesetzten Kreislaufstabilität während des gesamten Eingriffes aus. Vor- übergehende arterielle Hypotension und/oder Hypovolemie, die die Gefäß-Perfusion bis zu einem kritischen Niveau herabsetzen könnten, würden die durch die Cuf fdruckzunahme bedingten po¬ tentiellen Schäden verschärfen. Die Präzision aller bisher erhältlichen Membranmanometer hängt von der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit ab. Sie sind nur dazu geeignet, Momentanwerte oder Werteschwankun¬ gen in kurzen Zeitabständen zu liefern, ohne jedoch die Grenz- werte anzuzeigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt vorzugsweise ein elek¬ tronisches Manometer mit kontinuierlicher Druckwertanzeige, eine Eingabe für die vorzugebenden Druckgrenzwerte, eine An- zeige, die akustisch und optisch das Erreichen dieser Grenz¬ werte signalisiert, sowie wenigstens ein motorisch betriebenes Pumpenaggregat, z.B. eine elektromotorische Peristaltikpumpe, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Grenzwerten und den Meßwerten betrieben wird und dadurch den Cuffdruck in- nerhalb der vorgegebenen Grenzen etwa konstant hält.
Je nach Drehrichtung der Pumpe bzw. der Pumpen wird der Cuff¬ druck in der bzw. den Manschette(n) erhöht oder gesenkt und so innerhalb der gewünschten Grenzen gehalten.
Nach vorteilhafter Ausgestaltung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Druckwandler und zwei motorisch angetriebene Peristaltikpumpen zum Anschluß an Endotrachealtuben, wie "Carlens"-Tuben oder dergleichen, auf, die für die getrennte Beatmung der Lungenflügel geeignet, mit zwei getrennten Man¬ schetten mit eigenen Verbindungsröhrchen ausgerüstet sowie an einem einzigen Trachealtubus angeordnet sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher be¬ schrieben, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungs¬ beispiele beschränkt ist. Es zeigt:
Figur 1 im Schnitt einen in eine Trachea T eingesetzten Endo- trachealtubus E bei noch nicht aufgeblasenem Cuff C, wobei gemäß Zeichnung das Tracheallumen nicht verschlossen ist; Figur 2 in einer Darstellung gemäß Figur 1 eine Trachea T mit eingesetztem Trachealtubus E bei aufgeblasener Manschette (Cuff C), einsatzbereit für eine kontrollierte Beatmung des Patienten;
Figur 3 den in die Trachea T (im Schnitt dargestellt) einge¬ setzten Endotrachealtubus E während der kontrollierten Beat¬ mung und mit Darstellung der Diffusion des Narkosegases (Stickstoffoxydul N20);
Figur 4 einen eingesetzten Endotrachealtubus vom Typ "Carlens" , der zur getrennten Beatmung der Lungen geeignet ist;
Figur 5 ein Druck(mm Hg)-Zeit(min.)-Diagramm, das den typi- sehen Verlauf des Druckes in der Manschette bei andauernder Diffusion des Stickstoffoxyduls veranschaulicht;
Figur 6 ein Funktionsschema mit Steuereinheit der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung zur Überwachung und Regelung des Cuff- druckes, in der Ausführung mit zwei Druckwandlern und zwei motorbetriebenen Peristaltikpumpen.
Die Drucksensoren oder Druckwandler 1, 2, welche dem Druck im Cuff bzw. in der Manschette C/Cl, C2 durch die Verbindungs- röhrchen oder Zuleitungen R/Rl, R2 ausgesetzt sind, senden
Signale aus, die nach Verstärkung in zwei getrennten Verstär¬ kerkreisen 3, 4 durch einen Analog-Multiplexerkreis 5 gehen. Das entsprechende Ausgangssignal stammt abwechselnd vom ersten und zweiten Drucksensor 1, 2. Dieses Signal ist zu dem Cuff- druck proportional und wird folgenden Einheiten der Steuer¬ einheit zugeführt: a) einem Alarm-Logikschaltglied 16, wo es nach entsprechender Verarbeitung die eventuelle Überschreitung eingegebener Grenzwerte meldet; 1 b) einem Eingangswähler 6 und von diesem zu einem Analog- Digital-Wandler 7 und zu einem Display 8 für die An¬ zeige; c) einem Fenstervergleichsstromkreis bzw. Fensterkomparator 5 9, der anzeigt, ob die Spannung des zugeführten Signals innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt oder außerhalb davon. Hier findet also ein Vergleich des zugeführten Signals mit ei¬ nem gewünschten Druckwert statt, der mit einer gewissen Hyste- 10 resis (z.B. 1 cm H20) festgelegt würde. Die Differenz zwischen den zwei Signalen (Soll- und Istwert) wird von einem Verstär¬ ker 12, der vom Multiplexer 5 angesteuert wird, zusätzlich verstärkt. Das Ausgangssignal des Multiplexers 5 steuert dann die über Elektromotoren M, Ml antreibbaren Pumpenmittel, z.B. 15. die Peristaltikpumpen P, Pl an.
Ist die Differenz zwischen den von den Druckwandlern 1, 2 aus¬ gesandten Signalen - betreffend den Druck in den Manschetten C/Cl, C2 und dem anfänglich eingegebenen Signal - negativ, so
20 wird die Polung des aus dem Verstärker 12 fließenden Stromes so sein, daß die Drehrichtung der Motoren M, Ml die Pumpen P, Pl derart antreibt, daß diese über einen Filter Außenluft an¬ saugen, um sie über die Verbindungsröhrchen R/Rl, R2 in die Manschetten C/Cl, C2 zu drücken und so den Druck p/pl, p2 zu
25 erhöhen. Ist hingegen die Differenz zwischen den oben erwähn¬ ten Signalen positiv, so werden die Motoren M, Ml sich in die entgegengesetzte Richtung drehen und die Pumpen P, Pl Luft aus den Manschetten C/Cl, C2 saugen und somit den Cuffdruck ver¬ mindern.
30
Der für den jeweiligen Patienten zur Abdichtung der Manschette gegen die Trachea notwendige Mindestdruck wird bei der Intuba¬ tion in an sich bekannter Weise bei der Blockierung mittels z.B. einer Spritze erzeugt. Dieser für den jeweiligen Patien-
35 ten spezifische Druck ist über die Tastatur 13 einstellbar. Der einzugebende Druckwert wird mittels eines Impulsgenerators 11 in ein Analogsignal umgesetzt und folgenden Gliedern der Steu¬ ereinheit zugeleitet: d) dem Eingangswähler 6, daraufhin dem A/D-Wandler 7 und danach zur Anzeige dem Display 8; e) dem Fensterkomparator 9, in dem das zugeführte Signal
(gewünschter Cuffdruckwert) mit dem oder den Signal(en) der Drucksensoren 1, 2 bzw. den Signalen der gemessenen Cuffdruckwerte verglichen wird.
Die Alarm-Logikeinheit 16 hat gemäß Ausführungsbeispiel fünf Eingänge:
- für das vom Multiplexer 5 stammende Ausgangssignal a, das dem Cuffdruck p/pl, p2 in den Manschetten C/Cl, C2 propor¬ tional ist; - zwei Eingänge für die von Druckschaltern-14, 15 stammenden Signale g, gl, als zusätzliche Überwachung des Druckwertes p/pl, p2 in den Manschetten C/Cl, C2;
- für das über die Tastatur 13 eingegebene Signal b, das den Alarmschwellwerten des Logikschaltgliedes 16 proportional ist;
- für den vom Multiplexer 5 stammenden Impuls f, um die von den Druckwandlern 1, 2 stammenden Signale (abhängig von den Cuffdrücken) zu diskriminieren.
Nach der Erfindung ist ein Alarm bei Unterdruck vorgesehen, wenn der Druck p/pl, p2 in den Manschetten C/Cl, C2 kleiner als der an der Tastatur 13 eingegebene untere Grenzwert ist (z.B. bei Volumenschwund in den Manschetten aufgrund einer Manschettenbeschädigung oder bei kardiochirurgischen Eingrif- fen mit der Herz-Lungen-Maschine, wobei eventuell die Verwen¬ dung von Narkosegas vorübergehend unterbrochen wird, was ein Diffundieren des Narkosegases aus der Manschette in die Umge¬ bung und damit eine Absenkung des Cuffdruckes zur Folge hat). Bei anhaltender Belastung der Trachea, hervorgerufen durch den auf die Tracheawand lastenden Manschettendruck, kann sich fer- ner die Trachea erweitern, was ebenfalls zu einer Druckminde¬ rung im Cuff führt, die jedoch durch einen steuerbaren Auf¬ pumpvorgang ausgleichbar ist.
Ferner ist bei der Erfindung ein Alarm bei Überdruck vorge¬ sehen, wenn der Cuffdruck p/pl, p2 den oberen, an der Tasta¬ tur 13 eingegebenen Grenzwert überschreitet (z.B. verursacht durch eine andauernde Diffusion des Narkosegases in das Inne¬ re der Manschette). Im Falle der Überschreitung der vorge- gebenen oberen oder unteren Grenzwerte trotz des ständigen automatischen und nach der Erfindung vorgesehenen Druckaus¬ gleichs ebenso wie im Falle eines gestörten Betriebes einer der Komponenten der Steuervorrichtung sendet das Alarm-Logik¬ schaltglied 16 ein Signal i aus, welches auf den Verstärker 12 wirkt und so den Betrieb der- Motoren M, Ml unterbricht und da¬ mit den pneumatischen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung stillegt. Dieser Betriebszustand wird nach Feststellung und Beseitigung der Ursachen, die zur Auslösung der Warnung ge¬ führt haben, durch Betätigung eines besonderen Schaltele en- tes an der Tastatur 13 wieder aufgehoben.
In der Figur 6 ist zwischen dem Impulserzeuger 11 und dem Fen- sterkomparator 9 bzw. dem Eingangswähler 6 zur Signalumwand¬ lung ein Digital-Analog-Wandler 10 angeordnet. In den Figuren 2 bis 4 ist mit A ein Pfeil zur Kennzeichnung der Beatmungs¬ gaszufuhr (Narkosegaszufuhr) durch den Tubus gekennzeichnet. Die Pfeile AI bzw. A2 zeigen die Narkosegasströme zu den Lun¬ gen an. Mit den Bezugszeichen L/Ll, L2 sind die lungenseitigen Tubusöffnungen bezeichnet. Der Pfeil se gibt die Diffusions- richtung des Narkosegases in den Cuff an. Der Pfeil sl mar¬ kiert die Diffusionsrichtung des Narkosegases aus dem Cuff. Mit dem Bereich s ist der Anlagebereich der Manschette an der Innenwand der Trachea angedeutet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur automatischen Überwachung und Regelung des Cuffdruckes von Trachealtuben bei der Anästhesie mit kontrol- lierter Beatmung, mit einer elektromotorisch betriebenen Pum¬ peneinheit (P, M; Pl, Ml), die über Signale eines Drucksensors (1, 2) steuerbar ist, welcher dem Druck (p/pl, p2) im Cuff (C/Cl, C2) ausgesetzt ist, wobei die Signale des Drucksensors mit oberen und unteren, in eine Steuereinheit eingebbaren Grenzdruckwerten vergleichbar sind und wobei in Abhängigkeit von sich zwischen den Signalwerten des Drucksensors und den vorgegebenen Grenzdruckwerten ergebenden positiven oder nega¬ tiven Differenzen die Steuereinheit die Pumpeneinheit zur Druckminderung oder Druckerhöhung ansteuert, um einen konstan- ten Cuffdruck aufrechtzuerhalten, der einem zum Verschluß der Trachea bei der Intubation erforderlichen Wert entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor (1, 2) als Druckwandler ausgebildet ist, in dessen Signalzweig ein Verstärker (12) vorgesehen ist und wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit vom positiven oder negativen Unterschied zwischen den gemessenen Drucksignalen und dem vorgegebenen einzuhalten¬ den Cuffdruck die Drehrichtung des Motors (M, Ml) so steuert, daß die Pumpeneinheit durch Absaugen oder Aufpumpen den Druck im Cuff (C/Cl, C2) auf den eingestellten Wert konstant hält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pumpeneinheit (P, M; Pl, Ml) aus wenigstens einem Pneumatikaggregat, einer Motor¬ pumpe oder dergleichen besteht, wobei im Steuerkreis der Pu - peneinheit wenigstens ein Druckwandler (1, 2) mit Verstärker (3, 4) und wenigstens ein Druckschalter (14, 15) vorgesehen sind und wobei bei mehreren Pneumatikaggregaten ein Multi¬ plexer (5) vorgesehen ist, der abwechselnd die von den Druck¬ wandlern umgesetzten Signale verarbeitet. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an den Eingabe-Steuerkreis der oberen und unteren Grenzwerte, der durchgehenden Anzeige der Druckwerte (p/pl, p2) in der oder den Manschette(n) (Cuff C/Cl, C2) und des Vergleiches zwischen den in der Manschette (Cuff C/Cl, C2) erkannten Druckwerten mindestens eine pneumatische Einheit (M-P, Ml-Pl) angeschlos¬ sen sein kann, wobei mindestens ein Druckwandler (1, 2) mit entsprechendem Verstärker (3,
4) und mindestens ein Druck¬ schalter (14, 15) vorgesehen sein können, wobei im Falle meh- rerer pneumatischer Einheiten ein Multiplexer (5) vorgesehen ist, um den Ausgang von Signalen zu erhalten, welche abwech¬ selnd den von den verschiedenen Druckwandlern (1, 2) ausgehen¬ den Signalen entsprechen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis.4, wobei die
Steuereinheit ein Alarm-Logikglied (16) umfaßt, das folgende Signale verarbeitet
- die elektrischen Signale (a) des Multiplexers (5), welche proportional zu den Cuffdruckwerten (p/pl, p2) sind, - die Signale (g) der Druckschalter (14, 15), die den von den Druckschaltern übertragenen Cuffdruckwerten (p/pl, p2) entsprechen,
- die Signale (h), die den über eine Eingabe (Tastatur) ein¬ gegebenen oberen und unteren Grenzdruckwerten entsprechen, - den vom Multiplexer (5) gelieferten Impuls (f), der die Signale, die den Cuffdruckwerten (p/pl, p2) entsprechen, diskriminiert, wobei das Alarm-Logikglied (16) ein elektrisches Signal (i) über den Verstärker (12) abgebbar und die Elektromotoren (M, Ml) der Pumpenaggregate (P, Pl) abschaltbar sowie eine aku¬ stische und optische Anzeige aktivierbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Vergleich (9), der über die Verstärkung (3, 4) und den Multi- plexer (5) von den Druckwandlern (1, 2) kommenden Signale (c) mit den Signalen (e), die sich auf die oberen und unteren, mittels der Tastatur (13) eingebbaren Grenzdruckwerte bezie¬ hen, kontinuierlich stattfindet, wodurch entweder das Eingrei¬ fen der pneumatischen Aggregate (M-P, Ml—Pl) gesichert ist oder ein minimaler Unterschied zwischen dem Schwellenwert und dem anfänglich festgesetzten Wert besteht.
7. Verfahren zum Betrieb einer automatisierten Vorrichtung zur Überwachung und Regelung des Cuffdruckes eines Trachealtubus bei der Anästhesie mit kontrollierter Beatmung, wobei
- der Cuff (C/Cl, C2) durch angeschlossene Pumpmittel (P, Pl) auf den bei der Intubation sich ergebenden Blähungsdruck (p) eingestellt wird,
- wenigstens ein Drucksensor (1, 2), der mit dem Luft- bzw. Gasweg des Cuff verbunden ist, Signale für den Cuffdruck liefert,
- eine elektrische Steuereinrichtung unter Vergleich mit Re¬ ferenzwerten auf die von dem Drucksensor erhaltenen Signale anspricht, um das Aufpumpen des Cuff zu stoppen, wenn ein vorgegebener maximaler Cuffdruck erreicht wird,
- die elektrische Steuereinrichtung über den Drucksensor ei¬ nerseits auf eine Druckerhöhung durch in den Cuff eindiffun¬ dierendes Narkosegas und andererseits auf eine Cuffdruckab- senkung aufgrund einer Erweiterung der Trachea anspricht, ein Ablassen oder Aufpumpen des Cuff über die Pumpmittel be¬ wirkt und so den Cuffdruck innerhalb vorgegebener Grenz¬ druckwerte aufrechterhält,
- und wobei eine optische und/oder akustische Anzeige-Warn¬ einrichtung (16) über die Steuereinrichtung betätigbar ist, wenn der Cuffdruck die eingestellten Grenzdruckwerte längere Zeit unter- oder übeschreitet und dabei ein Zeitglied an¬ spricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n- z e i c h n e t , daß beim Auslösen der Warneinrichtung die Steuereinrichtung die Pumpmittel abschaltet.
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