VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG EINER ANÄSTHESIE ODER ANALGOSEDIERUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG EINER ANÄSTHESIE ODER ANALGOSEDIERUNG DEVICE FOR CARRYING OUT ANESTHESIA OR ANALGESEING AND METHOD FOR OPERATING A DEVICE FOR IMPLEMENTING ANESTHESIA OR ANALYZESEING
Die Erfindung betrifft ein eine Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung. The invention relates to an apparatus for performing anesthesia or analgesic sedation and to a method for operating an apparatus for performing anesthesia or analgesic sedation.
Bei der Allgemeinanästhesie oder Narkose werden bestimmte Körperfunktionen ausgeschaltet zum Zwecke der Toleranz von diagnostischen oder operativen Eingriffen am bzw. in den Körper. Im Allgemeinen ist es das Ziel einer adäquaten Anästhesie, einen kombinierten Effekt von hypnotischen, analgesierenden und muskelrelaxierenden Wirkungen zu realisieren, so dass gewährleistet ist, dass sich der Patient während des Eingriffs in einem Zustand von Bewusstlosigkeit befindet und den Eingriff dementsprechend nicht wahrnimmt und dass er zudem unempfindlich ist gegenüber schmerzempfindlichen Reizen während des Eingriffs. Bei der Analgosedierung wird eine abgestufte Form der Narkosetiefe angestrebt, die ohne die Einwirkung von Muskelrelaxantien eine Kombination aus hypnotischen und analgesierenden Wirkungen darstellt. In general anesthesia or anesthesia certain body functions are switched off for the purpose of tolerance of diagnostic or surgical procedures on or in the body. In general, the goal of adequate anesthesia is to realize a combined effect of hypnotic, analgesic, and muscle relaxant effects, so as to ensure that the patient is in a state of unconsciousness during the procedure and does not perceive the procedure accordingly and that he It is also insensitive to pain-sensitive stimuli during the procedure. In analgesic sedation, a graded form of anesthesia depth is sought which, without the action of muscle relaxants, is a combination of hypnotic and analgesic effects.
Um die genannten Ziele zu erreichen, verabreicht der Anästhesist üblicherweise eine Kombination von anästhetischen Arzneimitteln mit unterschiedlichen Wirkungen auf das Gehirn, das Rückenmark, das autonome Nervensystem und/oder neuromuskuläre Verbindungen. In der Regel werden beispielsweise Narkotika/Sedativa für die Bewusstlosigkeit, Sedierung oder Beruhigung kombiniert mit Analgetika zur Schmerzunterdrückung eingesetzt. Ein häufig verwendeter Arzneistoff aus der Gruppe der Narkotika ist Propofol (Wirkstoff: 2,6- Diisopropylphenol), während als Analgetika typischerweise Opioide, wie beispielsweise Remifentanil, Fentanyl oder Morphin, verwendet werden.
Für den Anästhesisten besteht neben der eigentlichen Auswahl von geeigneten Medikamenten eine wesentliche Schwierigkeit darin, diese adäquat zu dosieren. In diesem Zusammenhang gilt es zum einen, Überdosierungen so weit wie möglich zu vermeiden, da diese zu unerwünschten Nebenwirkungen mit teilweise schwer- wiegenden Folgen führen können. Zudem würde eine Überdosierung die Belastung für den Patienten insgesamt unnötig erhöhen und die Narkose übermäßig verlängern. Andererseits dürfen die Dosierungen nicht zu niedrig gewählt werden, da beispielsweise eine nicht hinreichend tiefe Narkose dazu führen kann, dass der Patient den Eingriff bewusst miterlebt, was schwerwiegende Traumata zur Folge haben kann. Eine adäquate Dosierung muss während der gesamten Dauer eines diagnostischen oder invasiven chirurgischen Eingriffs gewährleistet sein. To achieve the stated objectives, the anesthetist usually administers a combination of anesthetic drugs having different effects on the brain, spinal cord, autonomic nervous system, and / or neuromuscular junctions. For example, narcotics / sedatives are commonly used for unconsciousness, sedation or sedation combined with analgesics for pain suppression. A commonly used drug from the group of narcotics is propofol (active ingredient: 2,6-diisopropylphenol), while as analgesics typically opioids, such as remifentanil, fentanyl or morphine, are used. For the anesthesiologist, in addition to the actual selection of suitable medicaments, it is a major difficulty to dose them adequately. In this context, on the one hand, it is important to avoid overdoses as far as possible, as these can lead to undesirable side effects, some of which have serious consequences. In addition, overdose would unnecessarily increase the burden on the patient as a whole and unduly prolong the anesthesia. On the other hand, the dosages must not be too low, as, for example, insufficiently deep anesthesia can cause the patient to consciously experience the procedure, which can lead to serious trauma. An adequate dosage must be guaranteed throughout the duration of a diagnostic or invasive surgical procedure.
Das Problem einer adäquaten Dosierung wird dadurch erschwert, dass dem Anästhesisten Informationen über die Konzentration der verabreichten Anästhesiemittel am eigentlichen Wirkort nur eingeschränkt zur Verfügung stehen. Bei gasförmigen Anästhetika gehört es seit vielen Jahren zum Stand der Technik, die Konzentration am Ende der Ausatmung des Patienten - endtidal - zu bestimmen. Diese Messung, die einen relativ zuverlässigen Indikator für die Beurtei- lung der Anästhesiewirkung liefert, ist vorgeschrieben und dient dem Anästhesisten zur Dosierung der Zufuhr des Anästhetikums. Für die (nicht- volatilen) intravenös verabreichten Anästhetika besteht bislang hingegen keine Möglichkeit der Konzentrationsmessung. So kann beispielsweise die Dosierung von Propofol mittels computergestützter Spritzenpumpen (Target Controlled Infusion, TCI) erfolgen, die unter Zugrundelegung von pharmakokinetischen Daten das Medikament infundieren. Der Zusammenhang zwischen der Propofol-Konzentration im Blut des Patienten und der verabreichten Dosis wird dabei ausschließlich auf Basis von demographischen Daten des Patienten, wie bspw. Größe, Gewicht, Alter, Geschlecht, berechnet. Die pharmakologischen Modelle, die in TCI- Spritzenpumpen hinterlegt sind, wie sie heutzutage im klinischen Alltag vorzufinden sind, haben eine Genauigkeit von ca. 20 % bei gesunden Patienten. Bei Patienten mit Organdysfunktionen besteht eine noch größere Abweichung. Weitere Einschränkungen bestehen beispielsweise bei
adipösen Patienten sowie bei Kindern. Dementsprechend ist eine auf diesen Modellen basierende Narkosesteuerung zwangsläufig ungenau. The problem of adequate dosage is made more difficult by the fact that the anesthetist has only limited access to information about the concentration of the administered anesthetic at the actual site of action. With gaseous anesthetics it has been the state of the art for many years to determine the concentration at the end of the exhalation of the patient - end-tidal. This measurement, which provides a relatively reliable indicator of anesthetic assessment, is mandatory and will provide the anaesthesiologist with the dosage of anesthetic delivery. For the (non-volatile) intravenously administered anesthetics, there is currently no way to measure the concentration. For example, propofol can be dosed by computer-assisted syringes (Target Controlled Infusion, TCI) that infuse the drug based on pharmacokinetic data. The relationship between the propofol concentration in the patient's blood and the administered dose is calculated exclusively on the basis of demographic data of the patient, such as size, weight, age, gender. The pharmacological models stored in TCI syringe pumps, as found today in everyday clinical practice, have an accuracy of approximately 20% in healthy patients. Patients with organ dysfunction have an even greater deviation. Further restrictions exist, for example obese patients and children. Accordingly, anesthesia control based on these models is inevitably inaccurate.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Narkosesteuerung mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht ist. Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach umfasst die in Rede stehende Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung eine Dosiereinrichtung zur intravenösen Verabreichung einer einstellbaren Dosis mindestens eines Anästhesiemittels an einen Patienten, eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des mindestens einen Anästhesiemittels in der Ausatemluft des Patienten, Mittel zur Wirkungsbestimmung des mindestens einen Anästhesiemittels auf den Patienten, vorzugsweise in Form einer Narkose- oder Analgosedierungstiefe, und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die über Schnittstellen mit der Dosiereinrichtung, der Messeinrichtung und den Mitteln zur Wirkungsbestimmung kommuniziert, die auf Basis der ermittelten Werte der Parameter Dosierungs, Konzentration und Wirkung des mindestens einen Anästhesiemittels ein für den Patienten individualisiertes pharmakologisches Modell erstellt und die unter Zugrundelegung des erstellten individualisierten pharmakologischen Modells eine individuelle, auf den Patienten optimierte Dosierung des mindestens einen Anästhesiemittels berechnet. The present invention is therefore based on the object, a device for performing anesthesia or Analgosedierung and a method for operating a device for performing anesthesia or Analgosedierung such and further, that anesthesia control with improved accuracy is possible. According to the invention the above object is solved by the features of claim 1. Thereafter, the device in question for performing anesthesia or analgesic sedation comprises a metering device for intravenous administration of an adjustable dose of at least one anesthetic agent to a patient, a measuring device for determining the concentration of the at least one anesthetic in the patient's exhalation air, means for determining the effect of at least one Anesthesia means on the patient, preferably in the form of an anesthetic or Analgosedierungstiefe, and a data processing device which communicates via interfaces with the metering device, the measuring device and the means for determining the effect, based on the determined values of the parameters dose, concentration and effect of the at least one Anesthetized with a patient-individualized pharmacological model, and based on the individualized pharmacological model calculated on the patient optimized dosage of at least one anesthetic agent.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 15 gelöst. Hiernach umfasst das Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie die Schritte: In procedural terms, the above object is achieved by the features of claim 15. Hereinafter, the method for operating an apparatus for performing anesthesia comprises the steps:
Intravenöse Verabreichung einer einstellbaren Dosis mindestens eines Intravenous administration of an adjustable dose of at least one
Anästhesiemittels an einen Patienten; Anesthetic agent to a patient;
Bestimmung der Konzentration des mindestens einen Anästhesiemittels in der Ausatemluft des Patienten;
Bestimmung der Wirkung des mindestens einen Anästhesiemittels auf den Patienten, vorzugsweise in Form einer Narkosetiefe, Determining the concentration of the at least one anesthetic in the patient's exhalation air; Determining the effect of the at least one anesthetic on the patient, preferably in the form of anesthetic depth,
Erstellung eines für den Patienten individualisierten pharmakologischen Modells auf Basis der für die Parameter Dosierungs, Konzentration und Wirkung des mindestens einen Anästhesiemittels jeweils ermittelten Werte, und Preparation of a pharmacological model individualized for the patient on the basis of the respective values determined for the parameters dose, concentration and effect of the at least one anesthetic, and
Bestimmung einer individuellen, auf den Patienten optimierten Dosierung des mindestens einen Anästhesiemittels unter Zugrundelegung des erstellten individualisierten pharmakologischen Modells. In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass eine verbesserte Genauigkeit im Hinblick auf die Durchführung einer Anästhesie oder Analgosedierung dadurch erreicht werden kann, dass während des Eingriffs am Patienten in Echtzeit oder quasi in Echtzeit gewonnene Daten in ein pharmakologisches Modell integriert werden. Erfindungsgemäß werden hierzu eine Mess- einrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Anästhesiemittels in der Ausatemluft des Patienten, Mittel zur Bestimmung der Wirkung (Narkose - oder Analgosedierungstiefe) der verabreichten Anästhesiemittel sowie eine Dosiereinrichtung zur intravenösen Verabreichung eines Anästhesiemittels über eine Datenverarbeitungseinrichtung miteinander vernetzt. Die gemessenen Kon- zentrations-Werte fließen zusammen mit Informationen bezüglich der Wirkung in ein individuelles, auf den jeweiligen Patienten abgestimmtes pharmakologisches Modell ein. Bevorzugt handelt es sich bei dem pharmakologischen Modell um ein vollständiges PK/PD-Modell, welches sowohl pharmakokinetische als auch pharmakodynamische Aspekte berücksichtigt. Durch die parallel zu dem Eingriff am Patienten durchgeführte Berechnung eines solchen auf den jeweiligen Patienten individualisierten pharmakologischen Modells kann eine individuelle patientenspezifische Narkose- bzw. Analgosedierungssteuerung realisiert werden. Determination of an individual, patient-optimized dosage of the at least one anesthetic using the individualized pharmacological model created. In accordance with the invention, it has first been recognized that improved accuracy in terms of performing anesthesia or analgesic sedation can be achieved by integrating data obtained in real time or quasi real time during patient intervention into a pharmacological model. According to the invention, a measuring device for determining the concentration of an anesthetic in the exhaled air of the patient, means for determining the effect (anesthetic or analgosedation depth) of the administered anesthetic and a dosing device for the intravenous administration of an anesthetic via a data processing device. The measured concentration values, together with information on the effect, flow into an individualized pharmacological model tailored to each patient. Preferably, the pharmacological model is a complete PK / PD model that takes into account both pharmacokinetic and pharmacodynamic aspects. An individual patient-specific anesthesia or analgesic sedation control can be realized by the calculation of such a pharmacological model individualized for the respective patient in parallel with the intervention on the patient.
Im Hinblick auf eine möglichst exakte Dosierung der Anästhesiemittel ist im Rahmen einer konkreten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung eine computergesteuerte Spritzenpumpe umfasst. Diese ermöglicht dem Anästhesisten entsprechend dem ermittelten Bedarf eine einfache und präzise Nachdosierung des Anästhesiemittels während des Eingriffs. Die Spritzenpumpe zeichnet die dem Patienten während des Eingriffs verabreichte Dosierung des
jeweiligen Anästhesiemittels kontinuierlich auf und überträgt die Daten über eine entsprechende Schnittstelle an die Datenverarbeitungseinrichtung. With a view to the most exact possible dosage of the anesthetic, it is provided within the scope of a specific embodiment that the metering device comprises a computer-controlled syringe pump. This allows the anesthesiologist according to the identified need for a simple and accurate replenishment of the anesthetic during the procedure. The syringe pump records the dosage of the patient administered during the procedure respective Anästhesiemittels continuously and transmits the data via a corresponding interface to the data processing device.
In einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration des mindestens einen Anästhesiemittels kontinuierlich, wobei der diskontinuierlich entstehende Atemgasstrom in einen kontinuierlichen Probengasfluss überführt und dieser einem Sensorsystem der Messeinrichtung zugeführt wird. Alternativ zu einer kontinuierlichen Untersuchung der Ausatemluft mit entsprechenden Konzentrationsbestimmungen, können die Messungen auch zeitlich getaktet mit kurzen Messintervallen von weniger als 60 s, idealerweise von weniger als 30 s, und vorzugweise in einem Bereich von 15-25 s, durchgeführt werden, so dass ca. alle 3-5 Atemzüge des Patienten ein aktueller Konzentrationswert, der in das PK/PD-Modell einfließen kann, zur Verfügung steht. Um die genannten kurzen Messabstände zu realisieren, ist die Messeinrichtung in vorteilhafter Weise als ein lonenmobilitätsspektrometer mit vorgeschalteter gas-chromatographischer Trennsäule, vorzugsweise einer Multikapillarsäule, ausgeführt. Durch die Trennsäule/Multikapillarsäule lässt sich eine Vorabseparation der einzelnen in dem Atemgas enthaltenen Komponenten durchführen, so dass die einzelnen Komponenten zu unterschiedlichen Zeitpunkten in die Driftröhre des lonenmobilitätsspektrometers eintreten und/oder unterschiedliche Driftzeiten/Beweglichkeiten haben. Dementsprechend ist es möglich, die Konzentration von mehreren unterschiedlichen Anästhesiemitteln unabhängig voneinander und nahezu parallel zueinander zu bestimmen. Für die Aussagekraft von in der Ausatemluft eines Patienten durchgeführten Konzentrationsmessungen ist die definierte Entnahme von Atemgasproben sowohl hinsichtlich der jeweiligen Volumina als auch hinsichtlich der jeweiligen Atemphasen von entscheidender Bedeutung. In vorteilhafter Weise ist daher das lonenmobilitätsspektrometer mit einem Volumenstromsensor (Flowsensor) und/oder mit einem C02-Sensor gekoppelt. Auf diese Weise ist es möglich, gleichbleibende Atemgasvolumina in Abhängigkeit von einem definierten CO2- Gehalt, durch den eine spezifische Atemphase (z.B. Exspiration, endtidal, etc.) definiert wird, zu entnehmen und dem Sensorsystem zuzuführen. Durch die
Festlegung des Volumens einer solchen Dosierschleife, vorzugsweise zwischen 1 ml und 50 ml, ist die Konzentration ermittelbar. In a preferred embodiment, the measuring device for determining the concentration of the at least one Anästhesiemittels works continuously, wherein the discontinuous respiratory gas flow is transferred into a continuous sample gas flow and this is fed to a sensor system of the measuring device. As an alternative to a continuous examination of the exhaled air with corresponding concentration determinations, the measurements can also be carried out timed with short measuring intervals of less than 60 s, ideally of less than 30 s, and preferably in a range of 15-25 s, so that approx Every 3-5 breaths of the patient, a current concentration value, which can be incorporated into the PK / PD model, is available. In order to realize the mentioned short measuring distances, the measuring device is advantageously designed as an ion mobility spectrometer with upstream gas-chromatographic separation column, preferably a multi-capillary column. Through the separation column / multi-capillary column, an advance separation of the individual components contained in the respiratory gas can be carried out so that the individual components enter the drift tube of the ion mobility spectrometer at different times and / or have different drift times / mobilities. Accordingly, it is possible to determine the concentration of several different anesthetic agents independently of each other and almost in parallel with each other. For the significance of concentration measurements carried out in the exhaled air of a patient, the defined withdrawal of respiratory gas samples, both with regard to the respective volumes and with regard to the respective respiratory phases, is of crucial importance. Advantageously, therefore, the ion mobility spectrometer is coupled to a volume flow sensor (flow sensor) and / or to a CO 2 sensor. In this way, it is possible to remove constant breathing gas volumes as a function of a defined CO2 content, by means of which a specific breathing phase (eg expiration, end-tidal, etc.) is defined, and to feed it to the sensor system. By the Determining the volume of such a dosing loop, preferably between 1 ml and 50 ml, the concentration can be determined.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zur Wirkungsbe- Stimmung des mindestens einen Anästhesiemittels auf den Patienten eine Einrichtung zur Ableitung eines EEG, im Folgenden als EEG-Modul bezeichnet. In a preferred embodiment, the means for determining the effect of the at least one anesthetic agent on the patient comprises a device for deriving an EEG, referred to below as an EEG module.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden im Hinblick auf eine weiterreichende Individualisierung zusätzlich zu den Werten der Parameter Dosierung, Konzentration und Wirkung demographische Daten des Patienten in das individualisierte PK/PD-Modell integriert. Die demographischen Daten des Patienten, insbesondere Alter, Gewicht, Größe, Geschlecht und BMI (Body-Mass- Index), können entweder manuell mit Hilfe entsprechenden Eingabemittie in die Datenverarbeitungseinrichtung eingegeben oder direkt aus einer Patientendatenbank in die Datenverarbeitungseinrichtung eingelesen werden.In a preferred embodiment, demographic data of the patient are integrated into the individualized PK / PD model in addition to the values of the parameters dosage, concentration and effect with a view to a more extensive individualization. The demographic data of the patient, in particular age, weight, height, gender and BMI (body mass index), can either be entered manually into the data processing device with the aid of appropriate input means or read directly from a patient database into the data processing device.
Bei dem mindestens einen Anästhesiemittel, für das unter Berücksichtigung von gemessenen Konzentrationswerten in der Ausatemluft des Patienten ein individualisiertes patientenspezifisches PK/PD-Modell erstellt wird, kann es sich beispielsweise um ein Narkotikum, insbesondere um Propofol, handeln. Zusätzlich oder alternativ kann das mindestens eine Anästhesiemittel ein Analgetikum, insbesondere ein Opiod, umfassen. Auf Basis von jeweils für sich gemessenen Konzentrationswerten und deren Integration in ein PK/PD-Modell können Interaktionsmodelle zwischen bspw. Propofol und einem Opiod generiert werden. Dies ist von besonderem Vorteil, da bei der überwiegenden Mehrheit von operativen Eingriffen neben Propofol als Hypnotikum Opiode als Analgetikum eingesetzt werden. Unter Verwendung von derartigen Interaktionsmodellen kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die meisten Analgetika, darunter insbesondere die meisten gängigen Opiode, neben der schmerzstillenden Wirkkomponente auch eine hypnotisierende Wirkkomponente haben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass für die Erstellung der Interaktionsmodelle die Zeitintervalle für die Ermittlung der Konzentrationswerte der Narkotika und der Opiode nicht notwendigerweise identisch sein müssen, sondern durchaus voneinander abweichen können.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das mindestens eine Anästhesiemittel, für das unter Berücksichtigung von gemessenen Konzentrationswerten in der Ausatemluft des Patienten ein individualisiertes patientenspezifisches PK/PD-Modell erstellt wird, ein Muskelrelaxans umfasst. In the case of the at least one anesthetic, for which an individualized patient-specific PK / PD model is created taking into account measured concentration values in the exhaled air of the patient, it may be, for example, a narcotic, in particular propofol. Additionally or alternatively, the at least one anesthetic agent may comprise an analgesic, in particular an opiod. On the basis of individually measured concentration values and their integration into a PK / PD model, interaction models between, for example, propofol and an opiod can be generated. This is of particular advantage since in the vast majority of surgical interventions propofol is used as a hypnotic opiode as an analgesic. Using such interaction models, it can be taken into account that most analgesics, including in particular the most common opiod, in addition to the analgesic active component also have a hypnotizing active component. It should be noted at this point that for the preparation of the interaction models, the time intervals for determining the concentration values of the narcotics and the opiod need not necessarily be identical, but may well differ from one another. In addition, it is also possible that the at least one anesthetic, for which an individualized patient-specific PK / PD model is created taking into account measured concentration values in the exhaled air of the patient, comprises a muscle relaxant.
Im Rahmen einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung im Sinne eines „Open Loop"-Systems ausgeführt ist. Dazu kann beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein, auf der die berechnete, auf den Patienten optimierte Dosierung des bzw. der verabreichten Anästhesiemittel(s) als Empfehlung dargestellt wird. Der Anästhesist kann dann unter Berücksichtigung der insgesamt vorliegenden Narkosesituation entscheiden, ob er der Empfehlung folgt und die Dosierung entsprechend anpasst. In the context of a specific embodiment it is provided that the device is designed in the sense of an "open loop" system For this purpose, for example, a display device can be provided, on which the calculated, optimized for the patient dosage of the administered or anesthetic (s) The anesthetist may then decide whether to follow the recommendation and to adjust the dosage accordingly, taking into account the overall anesthetic situation.
Alternativ kann die Vorrichtung im Sinne eines„Closed Loop"-System ausgeführt sein. In dieser Variante wird die auf Basis des erstellten individualisierten PK/PD- Modells errechnete patientenspezifisch optimierte Dosierung der Anästhesiemittel verwendet, um entsprechende Steuersignale zu generieren, welche an die Dosiereinrichtung zur automatischen Anpassung der Dosierung übermittelt werden. Alternatively, the device may be designed in the sense of a "closed loop" system In this variant, the patient-specific optimized dosage of the anesthetic agent calculated on the basis of the created individualized PK / PD model is used to generate corresponding control signals which are sent to the metering device automatic adjustment of the dosage to be transmitted.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Korrelationsanalyse zwischen mittels des EEG-Moduls bestimmten EEG Index-Werten und der gemessenen Konzentration des mindestens einen Anästhesiemittels in der Ausatemluft des Patienten durchzuführen. In an advantageous embodiment, the data processing device is set up to carry out a correlation analysis between EEG index values determined by means of the EEG module and the measured concentration of the at least one anesthetic in the exhaled air of the patient.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie, und There are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to refer to the following explanation of preferred embodiments of the invention with reference to the drawings. In conjunction with the explanation of the preferred embodiments of the invention with reference to the drawings, also generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing show Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventive device for performing anesthesia, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erstellung eines individuellen patientenspezifischen PK/PD-Modells gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 is a schematic representation of a method for creating an individual patient-specific PK / PD model according to an exemplary embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer Anästhesie, welches sich unmittelbar auf die Durchführung einer Analgosedierung übertragen ließe. Dargestellt sind der Patient 1 sowie die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung. Im konkreten umfasst die dargestellte Vorrichtung eine Messeinrichtung 2 zur Bestimmung der Konzentration eines Anästhesiemittels in der Ausatemluft des Patienten 1 in Form eines lonen-Mobilitäts-Spektrometers (IMS) 3 mit Multikapillarsäule (MCC), ein EEG-Modul 8, eine Dosiereinrichtung 5 zur intravenösen Verabreichung einer einstellbaren Dosis eines Anästhesiemittels an einen Patienten in Form einer TCI-Spritzenpumpe 6 sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung 7. Im Folgenden wird die Funktionsweise der einzelnen Module näher beschrieben, wobei beispielhaft davon ausgegangen wird, dass es sich bei dem im Rahmen der beschriebenen Anästhesie intravenös verabreichten Medikament um Propofol handelt, da Propofol das heutzutage weltweit am häufigsten für Vollnarkosen und Sedierungen verwendete Anästhetikum ist. Die nachfolgenden Ausführungen können jedoch wohlgemerkt auf andere im Rahmen einer Anästhesie verabreichte Medikamente übertragen werden. Insbesondere sind die nachfolgenden Ausführungen auf mehrere verschiedene Medikamente, die dem Patienten während des Eingriffs parallel verabreicht werden, übertragbar, wobei in derartigen Fällen Interaktionsmodelle für die einzelnen Medikamente erstellt werden können, beispielsweise zur Beschreibung der Wechselwirkung von Propofol mit einem Opiod und/oder einem muskelrelaxierenden Medikament. Fig. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a device according to the invention for performing anesthesia, which could be transferred directly to the implementation of a Analgosedierung. Shown are the patient 1 and the essential components of the device. Specifically, the illustrated device comprises a measuring device 2 for determining the concentration of an anesthetic in the exhaled air of the patient 1 in the form of an ion mobility spectrometer (IMS) 3 with multi-capillary column (MCC), an EEG module 8, a metering device 5 for intravenous Administration of an adjustable dose of anesthetic to a patient in the form of a TCI syringe pump 6 and a data processing device 7. The mode of operation of the individual modules is described in more detail below, it being assumed by way of example that they are intravenously administered during the anesthesia described Propofol, since propofol is the most widely used anesthetic in general anesthesia and sedation worldwide. However, the following remarks may, of course, be applied to other drugs administered as part of anesthesia. In particular, the following remarks are applicable to a number of different drugs administered in parallel to the patient during the procedure, in which case interaction models may be established for the individual drugs, for example to describe the interaction of propofol with an opiod and / or a muscle relaxant Drug.
Das IMS 2 misst kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen die aktuelle Propofol-Konzentration in der Ausatemluft des Patienten 1. Im Fall von zeitlich be-
anstandeten Messungen werden diese mit einem maximalen zeitlichen Abstand von ca. 30 s durchgeführt. Durch diese kurzen Messintervalle wird erreicht, dass die Messungen quasi Echtzeitmessungen darstellen. Die Messwerte stehen dementsprechend unmittelbar während des Eingriffs online zur Verfügung. The IMS 2 measures continuously or at regular intervals the current propofol concentration in the exhaled air of the patient 1. In the case of temporally These measurements are carried out with a maximum time interval of approx. 30 s. These short measurement intervals ensure that the measurements virtually represent real-time measurements. The measured values are therefore immediately available online during the procedure.
Zur Messung der Propofol-Konzentration ist zusätzlich zu dem IMS 2 ein nicht dargestellter Atemgassensor vorgesehen, der insbesondere als CC -Sensor oder als Flow-Sensor ausgeführt ist und die C02-Konzentration in der Exspirationsphase misst. Der Atemgassensor dient zur Steuerung der Probengasentnahme aus dem Atemgasstrom. Sobald der Atemgassensor in der Exspirationsphase eine CO2- Konzentration detektiert, die einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, wird die Probengasentnahme gestartet. Sobald die C02-Konzentration einen zweiten vorgegebenen Wert unterschreitet, wird die Probengasentnahme beendet. Auf diese Weise werden reproduzierbare Proben generiert, die stets aus derselben definierten Atemphase resultieren. Die so generierten Proben werden sodann dem IMS 2 zur Ermittlung der exakten Propofol-Konzentration zugeführt. To measure the propofol concentration, an unillustrated respiratory gas sensor is provided in addition to the IMS 2, which is embodied in particular as a CC sensor or as a flow sensor and measures the CO 2 concentration in the exhalation phase. The respiratory gas sensor is used to control the sample gas removal from the respiratory gas flow. As soon as the respiratory gas sensor detects a CO2 concentration in the expiration phase which exceeds a first predetermined value, the sample gas withdrawal is started. As soon as the CO 2 concentration falls below a second predetermined value, the sample gas withdrawal is ended. In this way, reproducible samples are generated, which always result from the same defined respiratory phase. The samples thus generated are then fed to the IMS 2 to determine the exact propofol concentration.
Parallel zur Messung der Propofol-Konzentration wird mittels des EEG-Moduls 4 ein EEG des Patienten 1 abgeleitet. Das EEG wird dem Anästhesisten an einem entsprechenden EEG-Monitor angezeigt. Zudem werden aus dem EEG-Monitor Index-Werte, bspw. sog. BIS-Werte (Bispectral Index Monitoring), übertragen und ebenfalls angezeigt. Diese EEG-Index-Werte sind dimensionslos und in der Regel auf einer Skala von 0 bis 100 definiert und stellen ein Maß für die Hypnosetiefe dar. Parallel to the measurement of the propofol concentration, an EEG of the patient 1 is derived by means of the EEG module 4. The EEG is displayed to the anesthesiologist at a corresponding EEG monitor. In addition, index values, for example so-called BIS values (Bispectral Index Monitoring), are transmitted from the EEG monitor and also displayed. These EEG index values are dimensionless and usually defined on a scale of 0 to 100 and represent a measure of hypnosis depth.
Wie in Fig. 1 dargestellt, werden die EEG-Werte, die gemessenen Propofol- Konzentrationen sowie die dem Patienten 1 verabreichte Propofol-Dosis über entsprechende Schnittstellen an eine Datenverarbeitungseinrichtung 7 übertragen. Erfindungsgemäß wird auf Basis dieser Werte ein für den Patienten 1 individualisiertes pharmakologisches Modell - PK/PD-Modell - erstellt. Unter Zugrundelegung dieses PK/PD-Modells wird sodann eine individuelle, für den jeweiligen Patienten 1 optimierte Propofol-Dosierung berechnet. Die so optimierte Propofol-Dosierung kann dem Anästhesisten dann über entsprechende Ausgabebzw. Anzeigemittel im Sinne einer Empfehlung zur Verfügung gestellt werden.
Alternativ kann eine Regelschleife realisiert werden, wobei die optimierte Propofol- Dosierung in diesem Fall unmittelbar als entsprechendes Steuersignal an die Spritzenpumpe 6 übermittelt wird. Fig. 2 illustriert schematisch die Erstellung eines individualisierten PK/PD-Modells gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dargestellte Ausführungsbeispiel basiert auf einem herkömmlichen Drei-Kompartiment-Modell. Diese Art von Modellen hat sich in der Praxis zur Beschreibung und Interpretation von innerhalb des Körpers ablaufenden pharmakokinetischen Vorgängen bislang am besten bewährt. Beim Drei-Kompartiment-Modell wird der Organismus in ein zentrales (Vzentrai) und in zwei parallele periphere (V2 und V3) Kompartimente unterteilt. Das zentrale Kompartiment Vzentrai entspricht dabei dem Blutvolumen sowie den Organen mit hohem Anteil des Herzzeitvolumens, wie insbesondere Gehirn, Herz und Lunge. Das eine der peripheren Kompartimente (V2) entspricht der Muskulatur und den übrigen Organen, während das andere der peripheren Kompartimente (V3) das Fett- und Bindegewebe beschreibt. Zusätzlich wird die Elimination des betrachteten Medikaments berücksichtigt, die im Falle von Propofol im Wesentlichen über die Leber erfolgt. Herkömmliche Drei-Kompartiment-Modelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind und in der klinischen Praxis heutzutage angewendet werden, haben als Eingangsgrößen lediglich die demographischen Daten des Patienten, welche in der Regel das Alter, das Gewicht, die Größe, das Geschlecht sowie den BMI umfassen. Für gesunde Patienten weisen diese Modelle eine Ungenauigkeit von ca. 20 % auf. Dementsprechend ungenau ist somit auch die auf Basis der Modelle für den Invalidenpatienten berechnete Dosierung des zu verabreichenden Anästhesiemittels. As shown in FIG. 1, the EEG values, the measured propofol concentrations and the dose of propofol administered to the patient 1 are transmitted via corresponding interfaces to a data processing device 7. According to the invention, a pharmacological model individualized for the patient 1-PK / PD model-is created on the basis of these values. On the basis of this PK / PD model, an individual propofol dosage optimized for the respective patient 1 is then calculated. The optimized propofol dosage can then the anaesthesiologist via appropriate Ausgabebzw. Display means are provided in the sense of a recommendation. Alternatively, a control loop can be realized, in which case the optimized propofol dosage is transmitted directly to the syringe pump 6 as a corresponding control signal. 2 schematically illustrates the creation of an individualized PK / PD model according to an embodiment of the invention. The illustrated embodiment is based on a conventional three-compartment model. This type of model has so far best proven in practice for describing and interpreting pharmacokinetic processes occurring within the body. In the three-compartment model, the organism is divided into a central (V zen trai) and two parallel peripheral (V2 and V3) compartments. The central compartment V ze ntrai corresponds to the blood volume and the organs with a high proportion of the cardiac output, in particular the brain, heart and lungs. One of the peripheral compartments (V2) corresponds to the musculature and the other organs, while the other of the peripheral compartments (V3) describes the fatty and connective tissue. In addition, the elimination of the considered drug is taken into account, which in the case of propofol essentially takes place via the liver. Conventional three-compartment models, as known in the art and used in clinical practice today, have as inputs only the demographic data of the patient, which is typically the age, weight, height, gender and the BMI. For healthy patients, these models have an inaccuracy of approximately 20%. Consequently, the dosage of the anesthetic agent to be administered based on the models for the invalid patient is correspondingly inaccurate.
Demgegenüber wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung während der Narkose ein individuelles patientenspezifisches PK/PD- Modell berechnet, indem nicht nur die demographischen Daten des Patienten berücksichtigt werden, sondern zusätzlich in Echtzeit bzw. quasi in Echtzeit gemessene Konzentrationswerte des verabreichten Anästhesiemittels sowie zusätzlich gemessene EEG-Index-Werte in die Modellberechnung integriert
werden. Auf diese Weise kann eine individualisierte Narkose- bzw. Analgosedierungssteuerung vorgenommen werden, die sowohl eine detaillierte Aussagen über den aktuellen Stand einer Narkose oder Analgosedierung als auch Vorhersagen über deren weiteren Verlauf ermöglicht. In contrast, according to an exemplary embodiment of the present invention, an individual patient-specific PK / PD model is calculated during the anesthesia, taking into account not only the demographic data of the patient but additionally concentration values of the administered anesthetic agent measured in real time or virtually in real time and additionally measured EEG Index values integrated into the model calculation become. In this way, an individualized anesthesia or Analgosedierungssteuerung be made, which allows both a detailed statements about the current state of anesthesia or Analgosedierung as well as predictions about their future course.
Im konkreten wird die Größe des zentralen Kompartiment Vzentrai nicht lediglich pauschal auf Basis der demographischen Daten des Patienten bestimmt, sondern wird aus der mittels des IMS tatsächlich gemessenen Konzentrationen des verabreichten Anästhesiemittels individuell berechnet. Dieses Ergebnis zusammen mit der verabreichten Dosierung fließt in die Berechnung des Austauschprozesses mit den peripheren Kompartimenten V2 und V3 sowie des Eliminationsprozesses ein. Die Wirkung des verabreichten Anästhesiemittels wird auf Basis der ermittelten Größe des zentralen Kompartiment Vzentrai in Kombination mit den aufgezeichneten EEG-Index-Werten modelliert. Im Rahmen einer erweiterten Ausführungsform wird zur Berechnung des individuellen patientenspezifischen PK/PD-Modells das herkömmliche Drei-Kompartiment-Modell um zusätzliche Kompartimente erweitert. In concrete terms, the size of the central compartment V ze ntrai is not simply determined on the basis of the demographic data of the patient, but is calculated individually from the concentrations of the administered anesthetic agent actually measured by means of the IMS. This result, together with the dosage administered, is used in the calculation of the exchange process with the peripheral compartments V2 and V3 as well as the elimination process. The effect of the administered anesthetic agent is modeled on the basis of the determined size of the central compartment V ze ntrai in combination with the recorded EEG index values. In an expanded embodiment, the conventional three-compartment model is extended by additional compartments to calculate the individual patient-specific PK / PD model.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Anästhesiemonitor reali- siert, der dem Narkose führenden Anästhesisten auf Basis eines für den individuellen Patienten optimierten pharmakologischen Modells eine optimierte Narkose- bzw. Analgosedierungsführung ermöglicht. Über den Anästhesiemonitor können dem Anästhesisten sämtliche relevanten Informationen zugänglich gemacht werden. So kann beispielsweise durch die bereits beschriebene Anbindung eines EEG-Monitor-Systems zur Messung der Wirkung des verabreichten Anästhesiemittels während der Narkose die Dosis-Wirkungskurve des Patienten berechnet werden. Durch die Integration der zugeführten Menge und der demographischen Daten des Patienten kann dann auch eine Vorhersage über den weiteren Verlauf getroffen werden. Zusätzlich kann ein Vergleich mit pharmakologischen Durchschnittswerten erfolgen. Dies erlaubt eine Aussage darüber, ob der individuelle Paient eine normale, eine schnellere oder eine langsamere Verstoffwechselung (Metabolisierung) des verabreichten Anästhesiemittels, insbesondere Propofol, aufweist. Im Hinblick auf eine möglichst weitreichende Vereinfachung der Narkose- bzw. Analgosedierungsführung für den
Anästhesisten werden bevorzugt die folgenden Werte/Parameter über den Anästhesiemonitor ausgegeben: According to one exemplary embodiment of the invention, an anesthesia monitor is implemented which enables anesthesiologists who are anesthetized on the basis of a pharmacological model optimized for the individual patient to have optimized anesthesia or analgesic administration. The anesthesiologist can make all relevant information available to the anesthesiologist. Thus, for example, by the already described connection of an EEG monitor system for measuring the effect of the administered anesthetic during anesthesia, the dose-response curve of the patient can be calculated. By integrating the quantity supplied and the demographic data of the patient, a prediction of the further course can be made. In addition, a comparison with pharmacological averages can be made. This allows a statement as to whether the individual patient has a normal, a faster or a slower metabolism (metabolization) of the administered anesthetic, in particular propofol. With a view to maximizing the simplification of the anesthetic or analgosedierungsführung for the Anesthetists are preferably given the following values / parameters via the anesthesia monitor:
■ Gemessene endtidale Propofol-Konzentration ■ Measured end-tidal concentration of propofol
■ Individuell berechnete Propofol-Blut-Konzentration ■ Individually calculated propofol blood concentration
■ Individuell berechnete Propofol-Wirk-Konzentration ■ Individually calculated propofol concentration
■ Dosis-Wirkungskurve Propofol / EEG-Index-Wert ■ Dose-response curve Propofol / EEG Index value
■ Metabolisierungsrate von Propofol Um die auf tatsächlich in der Ausatemluft des Patienten gemessenen Konzentrationen basierenden PK/PD-Modelle weiter zu optimieren und deren Aussagekraft zu verbessern, können unterschiedliche Korrelationsanalysen durchgeführt werden. So könnte beispielsweise eine Korrelationsanalyse zwischen einer im Labor nachträglich gemessenen Propofol-Blut-Konzentration und der während des Eingriffs gemessenen endtidalen Propofol-Konzentration dazu beitragen, genauere Angaben hinsichtlich der tatsächlich vorliegenden Propofol- Blut-Konzentration in die Modelle einfließen zu lassen. Zu einer weiteren Verbesserung könnten zudem Korrelationsanalysen zwischen klinischen Endpunkten (z.B. Verlust des Bewusstseins) und der gemessenen endtidalen Propofol-Konzentration sowie Korrelationsanalysen zwischen EEG-Index-Werten und der gemessenen endtidalen Propofol-Konzentration beitragen. ■ Metabolism rate of Propofol To further optimize and improve the predictive value of PK / PD models based on concentrations actually measured in patient exhaled air, different correlation analyzes may be performed. For example, a correlation analysis between a subsequently measured propofol blood concentration in the laboratory and the end-tidal propofol concentration measured during the procedure could help to incorporate more accurate information regarding the actual propofol blood concentration into the models. Correlation analysis between clinical endpoints (eg, loss of consciousness) and measured end-tidal propofol concentrations, as well as correlation analyzes between EEG index values and the measured end-tidal propofol concentration, could also contribute to further improvement.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the specification and to the appended claims.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Aus- führungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichen l iste Finally, it should be expressly understood that the above-described embodiments of the device according to the invention are only for the purpose of discussion of the claimed teaching, but do not limit these to the exemplary embodiments. Reference numeral l iste
1 Patient 1 patient
2 Messeinhchtung 2 fair inspection
3 lonen-Mobilitäts-Spektrometer 3-ion mobility spectrometer
4 Mittel zur Wirkungsbestimmung4 means for determining the effect
5 Dosiereinrichtung 5 metering device
6 TCI-Spritzenpumpe 6 TCI syringe pump
7 Datenverarbeitungseinrichtung 7 data processing device
8 EEG-Modul
8 EEG module