NL8720165A

NL8720165A - Computergestuurd positieve-uitademingsdruk stelsel.

Info

Publication number: NL8720165A
Application number: NL8720165A
Authority: NL
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-01-04
Also published as: DE3790137T1; JPS63503207A; DK504687A; EP0273041A4; GB2194892B; GB2194892A; DK504687D0; CA1302505C; AU7231687A; AU598255B2; EP0273041A1; GB8722069D0; SE459214B; WO1987006040A1; DK162257B; DK162257C; JPH06125Y2; SE8703727L; JPH0488952U; SE8703727D0

Description

N.0. 34705

Computergestuurd positieve-uitademingsdruk stelsel.

Bij een normale ademhaling gaat het middenrif van de mens omlaag teneinde de borstholte te vergroten waardoor ten opzichte van de atmosferische druk een negatieve druk in de borstholte wordt teweeggebracht. Door de atmosferische druk wordt lucht in de negatieve-druk borstholte 5 gedreven. Vele patiënten, zoals slachtoffers van ongelukken, die aan schok, trauma of hartaanval lijden, kunnen een respirator of ventilator nodig hebben als hulp bij de ademhaling. Bekende respiratoren maken gebruik van onderbroken positieve drukademtochten of zuchten teneinde de druk binnen de longen van een patiënt te vergroten totdat zij gevuld 10 zijn. Op passieve wijze wordt lucht door de natuurlijke stijfheid van de longen uitgestoten.

Dergelijke respiratoren drijven een positieve-druk ademtocht in de longen die reeds op atmosferische druk zijn. De druk in de longen wordt tot boven atmosferische druk verhoogd in tegenstelling tot het normale 15 gebeuren hetgeen het vermogen van het hart om bloed te pompen onderdrukt. Tijdens een normale ademhaling wordt bij inademing van lucht een negatieve borstdruk ontwikkeld hetgeen er toe bijdraagt om het hart met bloed te vullen. De resulterende drukgradiënt (de werkelijk positieve druk in de periferie en de negatieve druk in de borstkas) draagt er toe 20 bij om het hart bij het openen daarvan te vullen volgend op de samen-drukking of pompbeweging van het hart. Wanneer de druk echter in de borstkamer wordt verhoogd, zoals bij respiratoren, wordt de hoeveelheid bloed, die terugkeert of het hart binnengaat, verkleind. Het hart moet dus tegen een hogere druk in persen of uitdrukken. Een lagere cardiale 25 output is daarvan het gevolg.

De gebruikelijke techniek voor het verbeteren van de arteriële zuurstofspanning is het gebruik van positieve-eind-ademhalingsdruk (PEEP), waarbij een laag niveau van positieve druk in de luchtgang tussen de positieve drukademtochten wordt gehandhaafd. De PEEP maakt ge-30 bruik van een standaard schakelaar. Een aan de klep toegevoerd druksig-naal stuurt de hoge of lage druktoestanden van de klep. De lage PEEP toestand wordt teweeggebracht wanneer de klep geheel open is. Een partiële sluiting van de klep wekt een hoge intraborstkasdruk tussen ademtochten in daar enige lucht van het tedale volume niet kan ontsnap-35 pen. Bij een waterdruk echter van 10 cm van PEEP neemt de cardiale output significant af. Intraveneuze fluidums worden gebruikt om het intra-vasculaire volume te vergroten in een poging om deze afname in cardiale output te minimiseren. Bij de patiënt kan reeds een beïnvloede car- »·* ·* Λ W-A . ' > J»

i J Ur V >J

2 diale werking hebben waardoor de voordelen van de intravasculaire volu-metoename geminimiseerd of opgeheven wordt. Bovendien missen patiënten, die respiratoren nodig hebben, kenmerkend een toereikende nierwer-king en kunnen zij de toegevoegde fluidums niet verwerken. Wanneer er 5 teveel intraveneuze fluidum wordt gebruikt kan het fluidum, ten opzichte van het (al dan niet geholpen) vermogen van de patiënt om het fluidum te verwerken, de longen van deze patiënt binnengaan.

Positieve inotrope middelen worden gebruikt om de persing van het hart om meer bloed te pompen te vergroten. Vanzelfsprekend werkt het 10 hart harder dan normaal hetgeen resulteert in een mogelijke hartaanval of arrytmias. Vaak zullen geneeskundigen een combinatie van hogere intraveneuze fluidums en positieve inotrope middelen met PEEP voorschrijven.

Verscheidene onderzoekers hebben de invloed van cyclus gespeci-15 fieerde cardiale toenamen in borstkasdruk op de cardiale output geëvalueerd. Zij hebben hoogfrequente straal ventilatie gesynchroniseerd met de verschillende fasen van het R-R interval. De onderzoekers Carlson en Pinsky hebben gevonden dat de depressiehartinvloed van positieve drukventilatie wordt geminimiseerd wanneer de positieve drukpul-20 seringen met de diastole zijn gesynchroniseerd. Otto en Tyson hebben echter geen significante veranderingen in de cardiale output gevonden bij de synchronisatie van positieve drukpulsaties met verschillende delen van de cardiale cyclus.

Pinchak heeft de beste frequentie beschreven bij de hoge-frequen-25 tie straal ventilatie. Hij heeft eveneens ritmische oscillaties in de pulmonale arteriedruk (PAP) en eveneens ritmische veranderingen in de systemische bloeddruk waargenomen. Een mogelijke verklaring van deze oscillaties is dat de straal pulsaties in en uit synchronisatie met de hartgang bewegen. Bij de evaluatie van zijn gegevens blijkt dat, wan-30 neer de straal luchtgang drukpiek optrad tijdens de vroege systole, er een hoge pulmonale arteriedruk en een lage systemische bloeddruk was. Terwijl Pinchak dit niet heeft becommentarieerd tonen zijn geregistreerde gegevens aan dat de pulmonale arteriedruk toenam en afnam precies tegengesteld aan de bloeddruk. Een plausibele verklaring is dat de 35 toename in pulmonale arteriedruk eenvoudigweg een reflectie is van de toename in de pulmonale vasculaire weerstand hetgeen een decrement in het vullen van het linker ventrikel veroorzaakt en derhalve een afname in de systemische bloeddruk volgend op een afname in de cardiale output. Wanneer de lichte oscillaties in de systemische bloeddruk osei11a-40 ties in de cardiale output reflecteren zou de studie van Pinchak het ύ J L Q ϋ £ JS.

3 werk van Pinsky en Carlson ondersteunen met de suggestie dat een positieve luchtgangdruk tijdens diastole het minst nadelig is.

De uitvinding heeft betrekking op een computergestuurd positief uitademingsdrukstelsel om de positieve eind-uitademingsdruk (PEEP) 5 stelsels aan te vullen. De output van een cardiogrammachine wordt versterkt en blokvormig bewerkt of een licht-emitierende diode van een cardiogrammachine wordt optisch bewaakt teneinde een R-golf of het begin van elektrische systole te bepalen. Een signaal wordt aan een vermenigvuldiger toegevoerd waarin het R-R golfsignaal (periode) wordt 10 vermenigvuldigd hetgeen de duur van de R-R golf met een door een medicus ingesteld variabel interval representeert. Het resulterende produkt (R-R golf maal variabel interval) wordt gebruikt om een solenoidebe-diende drie-weg klep te triggeren. De drie-weg klep is normaal gesloten om een positieve druk door te laten naar een standaard PEEP klep die op 15 normale wijze werkt. Wanneer de drie-weg klep getriggerd wordt opent hij om een relatief lage druk door te laten naar de PEEP klep zodat deze klep een lage druk bij de patiënt opwekt.

Derhalve wordt gedurende een variabele tijdverhouding direct voor de volgende hartslag de PEEP weggenomen. De PEEP klep wordt gestuurd 20 doordat een drie-weg klep door de computer wordt gestuurd om drukafna-men teweeg te brengen waardoor het hart zich kan vullen. Wanneer het hart zich eenmaal vult wordt de PEEP opnieuw gestart zonder enige nadelige invloeden. De ademhaling van de patiënt wordt gecoördineerd met de hartslag van de patiënt om de cardiale output tot een maximum 25 te voeren. Extra druk kan direct na uitval worden vervangen in een poging om het legen van het hart te verbeteren.

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoeringsvorm nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin:

Fig. 1 een schema geeft van de onderhavige uitvinding in zijn om-30 geving;

Fig. 2 een blokschema geeft van de in fig. 1 aangegeven microcomputer! nhoud verbonden met een drie-weg klep; en

Fig. 3 een tweede uitvoeringsvorm toont voor het detecteren van een harts!aginterval.

35 Het computergestuurde positieve uitademingsdrukstelsel is in fig.

1 in zijn omgeving aangegeven met een koppeling naar een therapeutische inrichting, zoals een PEEP stelsel. Een patiënt 10 is aangegeven die een respirator of ventiolator 12 gebruikt via een standaard uitademings (PEEP) klep 14. De PEEP klep 14 opent en sluit waardoor lage en hoge 40 drukken aan de patiënt 10 worden gevoerd. In overeenstemming met de

-T o n , ^ s V / iu ·' J J

wi V

4 uitvinding is de patiënt 10 eveneens verbonden met een cardiogram-machine (EKG) 16. Opvolgende hartslagen worden door de cardiogrammachi-ne 16 gedetecteerd en een signaal, dat elke slag representeert, wordt aan een computer 18 afgegeven. De details daarvan worden met verwijzing 5 naar de fig. 2 en 3 toegelicht. Door de generator 20 wordt een variabel interval opgewekt als een tweede ingangssignaal voor de microcomputer 18, waarbij de waarde van het interval door de toeziende geneeskundige wordt ingesteld. De microcomputer 18 combineert het variabele-interval signaal van de generator 20 en een waarde die de periode tussen opvol-10 gende hartslagen van de cardiogrammachine 16 representeert en hij wekt een sturend uitgangssignaal op voor een solenofde 22 van een drie-weg klep 24. De drie-weg klep 24 is aan een eerste uiteinde verbonden met een positieve drukbron 26. Het tweede uiteinde van de klep is pneumatisch verbonden met een lage relatieve druk 28, terwijl een derde uit-15 einde is verbonden met de PEEP klep 14 via welke de patiënt 10 de positieve drukademtochten ontvangt.

Bij normaal bedrijf van de ventilator 12 wordt de PEEP klep 14 bediend om afwisselend lage en hoge positieve drukademtochten of zuchten (bij benadering 0,4 psi) vanaf de ventilator 12 rechtstreeks door te 20 geven aan de patiënt 10. In antwoord echter op het uitgangssignaal van de microcomputer 18 wordt de solenofde 22 bekrachtigd om aan de uitgang 30 een negatieve druk vanaf de lage relatieve drukbron 28 af te geven. De negatieve druk-output bij 30 doet de PEEP klep 14 openen.

Daar de PEEP klep 14 geheel geopend is wordt er door de patiënt vanaf 25 de ventilator 12 een lage druk ontvangen. De resulterende lage druk treedt, in overeenstemming met de uitvinding, juist voorafgaande aan een voorspelde hartslag op om te waarborgen dat het hart bij het vullen niet tegen hoge drukken in werkt. De PEEP stelsels op zich wekken te vaak wanneer het hart slaat hoge drukken op waardoor het vullen van het 30 hart onderdrukt wordt en de cardiale output minder wordt.

In fig. 2 zijn de details van de microcomputer 18 duidelijk. Het uitgangssignaal van de cardiogrammachine (EKG) 16 wordt via een operationele versterker 32 toegevoerd aan een tijdorgaan 34 dat het versterkte EKG signaal blokvormig bewerkt om een reeks van elektrische 35 pulsen te ontwikkelen die overeenkomen met opvolgende hartslagen. De elektrische pulsen van het tijdorgaan 34 worden door de geheugen-calcu-lator 36 opgevangen die een periode vaststelt dat het interval tussen opvolgende hartslagen representeert. Deze periode wordt gebruikt om een volgende hartslag te vóórspellen zodat een lage druk aan de patiënt 40 wordt afgegeven even voor en tijdens deze volgende hartslag. De varia- ‘-V? * Uiïl *** 4* 5 bele-interval generator 20 wordt door de toeziende geneeskundige ingesteld op een waarde tussen bijvoorbeeld 15 en 400 microseconden door middel van kenmerkende analoge stuurorganen. Het variabele-interval signaal van de generator 20 en het periodesignaal van de calculator 36 5 worden gebruikt om een produkt in de vermenigvuldiger 38 teweeg te brengen. Het resulterende produkt wordt gebruikt als een signaal voor het bekrachtigen van de solenofde 32 teneinde de drie-weg klep 24 te sturen.

In normale toestand verbindt de drie-weg klep 24 de positieve druk 10 26 met de output 30 waarbij de PEEP klep 14 in een gedeeltelijk gesloten positie wordt gebracht. De ventilator 12 kan derhalve een hoge positieve drukademtocht aan de patiënt 10 afgeven. Neem echter aan dat de cardiogrammachine 16 elke seconde een hartslag detecteert. Het EKG signaal wordt in de versterker 32 versterkt, door het tijdorgaan 34 15 blokvormig bewerkt, en de periode van een seconde wordt in het geheugen 36 berekend. Wanneer de variabele-interval generator door de geneeskundige is ingesteld op 0,8 seconde, vormt de vermenigvuldiger 38 het produkt van de periode en het variabele interval (1,0 x 0,8) gelijk aan 0,8 seconde. Derhalve wordt 0,2 seconde voor de volgende voorspelde 20 hartslag (0,8 seconde na de laatste hartslag) de solenofde 22 bekrachtigd. De drie-weg klep 24 opent nu de output 30 naar het vacuum 28. Dienovereenkomstig opent een resulterende negatieve druk geheel de PEEP klep 14 en een lage druk bereikt de patiënt. Wanneer het hartritme zou variëren, zal het verschil tussen voorspelde en feitelijke 25 hartslagen worden gedetecteerd en zal de pulstijdsturing worden gecorrigeerd. De tijdsduur van de puls naar de solenofde wordt door een tweede (niet aangegeven) tijdorgaan gestuurd.

Fig. 3 toont een tweede uitvoeringsvorm voor het bepalen of aftasten van hartslagen. Een fotodetector 40 wordt gebruikt om de flikkeren-30 de licht-emitterende diode 42, die kenmerkend een deel is van een cardiogrammachine, te detecteren. De fotodetector 40, die inschakelt en uitschakelt met de flits van de licht-emitterende diode 42, heeft geen tijdorgaan of blokvormer nodig, en het signaal wordt rechtstreeks aan de versterker 32 toegevoerd voor een opvolgende verwerking op de wijze 35 van de in fig. 2 aangegeven uitvoeringsvorm.

Andere wijzigingen en varianten zijn mogelijk binnen het kader van de uitvinding. In plaats van bijvoorbeeld een microcomputer te gebruiken kan een microprocessor (b.v. C 64 Commodore Computer) aangepast worden en kan software worden ontwikkeld om de slagperiode te bewaken 40 en te bepalen met een programmeerbaar variabel interval voor gebruik door de geneeskundige.

ü J z. j · 0 v,'

Claims

1« Poortstelsel voor het sturen van een venti1atororgaan dat een positieve drukademtocht opwekt, welk stelsel omvat een aftastorgaan voor het aftasten van opvolgende hartslagen van een patiënt, een met 5 het aftastorgaan verbonden rekenorgaan voor het berekenen van de periode tussen de opvolgende hartslagen, een elektrisch met het rekenorgaan en pneumatisch met het venti1atororgaan verbonden kleporgaan voor het sturen van het venti!atororgaan, waarbij het kleporgaan zodanig is geplaatst dat het in antwoord op de berekende periode positieve drukadem-10 tochten beëindigt.

2. Stelsel volgens conclusie 1, voorzien van een pneumatisch met het kleporgaan verbonden vacuumorgaan voor het opwekken van een lage druk voor het ventilatieorgaan via het kleporgaan.

3. Stelsel volgens conclusie 2, voorzien van een positieve-druk 15 orgaan, waarbij het kleporgaan omvat een drie-weg klep met eerste, tweede en derde uiteinden, waarbij het eerste uiteinde pneumatisch is verbonden met het venti1atororgaan, het tweede uiteinde is verbonden met het vacuumorgaan, en het derde uiteinde is verbonden met het posi-tieve-drukorgaan.

4. Stelsel volgens conclusie 3, waarin de drie-weg klep een sole nof de heeft die elektrisch is verbonden met het rekenorgaan en de drie-weg klep positioneert.

5. Stelsel volgens conclusie 4, voorzien van een met het rekenorgaan verbonden variabel orgaan voor het opwekken van een variabel-in- 25 terval signaal voor het rekenorgaan.

6. Stelsel volgens conclusie 5, waarin het rekenorgaan een verme-nigvuldigerorgaan heeft dat verbonden is met het aftastorgaan en met het variabele orgaan voor het opwekken van een produktsignaal op basis van de berekende periode maal het variabel-interval signaal.

7. Stelsel volgens conclusie 6, waarin het venti!atororgaan een gepoorte klep heeft die pneumatisch is verbonden met het eerste uiteinde van het kleporgaan, waarbij de gepoorte klep wordt geopend door de pneumatische verbinding van het kleporgaan van het relatieve lage-druk bronorgaan met het venti!atororgaan, en waarin de gepoorte klep wordt 35 gesloten door de kleporgaan pneumatische verbinding van het positieve drukorgaan met het venti!atororgaan.

8. Pneumatisch stuurstelsel voor een therapeutische inrichting van een patiënt, voorzien van een pneumatische klep waardoor een fluidum kan stromen, een aftastorgaan voor het aftasten van opvolgende harts!a-40 gen van een patiënt en voor het opwekken van slagsignalen, een reken- • * - J * - > M J V * 3 i ^ **/ / Lr» V * orgaan voor het opnemen van de afgetaste slagsignalen, voor het berekenen van de periode tussen opvolgende harts!agsignalen, en voor het opwekken van een periodesignaal, een variabel orgaan voor het opwekken van een variabel-interval signaal, een combinatieorgaan voor het ont-5 vangen en combineren van het periodesignaal en het variabele-interval signaal, welk orgaan is verbonden met het kleporgaan voor het sturen van het kleporgaan in antwoord op het gecombineerde periodesignaal en variabele-interval signaal.

9. Stelsel volgens conclusie 8, voorzien van een pneumatisch met 10 het kleporgaan verbonden lage-druk bronorgaan voor het opwekken van een relatief negatieve druk wanneer het kleporgaan is geopend.

10. Stelsel volgens conclusie 9, voorzien van een positief drukor-gaan, waarbij het kleporgaan een drie-weg klep omvat met drie uiteinden, waarbij een eerste uiteinde is verbonden met de therapeutische in- 15 richting, een tweede uiteinde is verbonden met het vacuumorgaan, en een derde uiteinde is verbonden met het positieve-drukorgaan.

11. Stelsel volgens conclusie 10, waarin de drie-weg klep een so-lenoïde heeft die elektrisch is verbonden net het rekenorgaan en die de drie-weg klep positioneert.

12. Stelsel volgens conclusie 11, waarin het rekenorgaan· een ver menigvuldig! ngsorgaan omvat dat verbonden is met het aftastorgaan en het variabele orgaan voor het opwekken van een produktsignaal op basis van de berekende periode maal het variabele-interval signaal.

13. Stelsel volgens conclusie 12, waarin het aftastorgaan een ver- 25 sterkingsorgaan omvat verbonden met het aftastorgaan voor het versterken van het slagsignaal.

14. Stelsel volgens conclusie 13, waarin het rekenorgaan een tijd-orgaan omvat dat verbonden is met het versterkingsorgaan voor het blokvormig bewerken van het slagsignaal en voor het opwekken van pulsen 30 voor het vermenigvuldigingsorgaan.

15. Stelsel volgens conclusie 12, waarin het aftastorgaan een fo-todetector omvat voor het detecteren van lichtsignalen in antwoord op de hartslag van een patiënt, waarbij de fotodetector een uitgangssignaal opwekt voor het versterkingsorgaan. +++++++ 8? — : s 5