NO863650L - Fremgangsmaate og anordning for aa bestemme lungers tilstand - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår måling av mekaniske egenskaper av det pulmonære system hos en pasient og mer spesielt bestemmelsen av forskjellige klinisk signifikante overenssetmmende og relaterte parametere av lunge-bryst system.

Studiet av lungevirkninaen omfatter bestemmelsen av de elastiske egenskaper til lunge-bryst systemet. De elastiske

egenskaper blir mengde bestemt ved påfølgende oppblåsing og nedsenking av pasientens lunger for derved å påvirke på for -hånd bestemte luft eller gassvolum forandringer under samtidig måling av de tilsvarende trykkforandrigner.

Fra volum/trykk (V/P) forholdet kan de følgende parametere

(=typisk eller klinisk signifikant volum til trykkforhold)

kan avledes:

a) Fullstendig overensstemmelse V hvori V er oppblåsings-

P

volumet, vanligvis på 10-15 ml pr kg pasient vekt.

b) Utgangsoverensstemmelse det vil si hellningen av V/P kurven i utgangsdelen. c) Oppblåsingsoverensstemmelse d.v.s hellningen til V/P kurven i dens andre brattere del under oppblåsing. d) Infleksjonspunkt eller åpningstrykk d.v.s knekkpunktet til V/P kurven mellom den opprinnelige og den brattere del. e) Utblaåsingsoverenssemmelse d.v.s. hellingen til V/P kurven under utblåsing. f) Udekket eller "fanget" volum d.v.s. volumet i det pulmonære system ved slutten av utblåsingen ved null trykk. g) Hysterese området d.v.s. området omgitt av V/P kurven under innånding og utånding. h) Hysterese forhold d.v.s hysterese området delt på otn-radet V x P

max

i) Beste PEEP trykk d.v.s. trykket ved hvilket innåndings-samsvar delen av V/P kurven blir i hovedsak lineær .

Volumkurven i bedøvede pasienter blir for tiden erholdt på to måter: for det første ved manuell oppblåsing og utblåsing ved hjelp av en såkalt supersprøyte med samtidig avles-ning av trykk i luftveiene eller for det andre ved å mate en konstant luft eller gasstrøm fra en trykkgass strøm gen-erator og uavhengeig måling av resulterende trykk.

For å erholde de ovenfor nevnte parametere a) - i) kreves sammensatte utregninger å bli utført separat, noe som krev-er lang tid. Videre blir resultatene ikke nøyaktige nok for å egentlig å være klininsk signifikante.

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en metode og en anordning for måling av de elastiske egenskaps parametere på en nøyaktig og umiddelbar måte.

Med hensyn til nøyaktighet har det blitt funnet at forandringene i og 0 ? innhold og gass temperatur målig vesentlig innvirker på V/P kurven. Det er således et annet mål for oppfinnelsen å fremskaffe et nytt system for nøy-aktig måling av forandringene i trykk og volum som opptrer i lungene hos en pasient hvor det under målingene utføres en kompensasjon med det formål og kompensere for: a) volumforandringen vedøknig i temperatur av luften som mates til lungen; b) CC>2utvikling i lungen;

c) forbruk av 0^i lungen under måling,

Et ytterligere mål for oppfinnelsen er en biomedisinsk an ordning bestående av en mekanisk del og en elektronisk del for å utføre nevnte målinger og som tillater ikke bare de målte verdier å erholdes med større nøyaktighet sammenlig-net med kjente systemer, men også lett og enkel oppsetting og umiddelbar fremvist erholdelse av de målte verdier.

Ytterligere mål og fordeler ved oppfinnelsen vil bli ansku-eliggjort fra den følgende beskrivelse tatt i forbindelse med de medfølgende tegninger av en foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen.

Det er vist i

Fig 1, typisk V/P kurve med forskjellige signifikante parametere indikert, i Fig 2, et sjematisk bilde av et mekanisk oppsett av en fore

-trukket utførelsesform av oppfinnelsen, og i

Fig 3, et blokkdiagram av de elektroniske kontroll og ut-regnignskretser. Fig 1 viser en typisk V/P kurve 1 erholdt ved å mate et på forhånd bestemt volum på for eks. 10 ml/kg pasientvekt dvs ca. 750 ml for en pasient på 75 kg til en pasient med delvis intakte og delvis skadede alvioler med sammensunkne eller blokkerte alvioler. Vanligvis blir endel av de sammensunkne alvioler gjenåpnet eller presset åpne ved et vist trykk. Den første del 2 av kurven med en relativt flat hel-ling representerer den såkalte utgangssammenheng hvor i hovedsak kun det friske vev til de intakte alvioler er in-volvert .

Når volumet matet til pasienten har dannet et vist trykk

begynner det såkalte alvioleåpnende trykk hvor sammensunkne alvioler igjen begynner å åpne seg og delta i ventilasjonen Dette punkt 3 kalles infleksjonspunktet. Fra det punkt hvor kurven blir kontinuerlig brattere (vist ved 4) d.v.s. på

grunn av den større lungekapasitet må et større volum erst-attes for å erholde samme trykksforskjell. Når alle de alvioler er gjenåpnet som i det hele tatt kan benyttes blir kurven igjen mer eller mindre lineær. Punktet 5 hvor dette skjer kalles beste PEEP trykk.

Den etterfølgende i hovedsak lineære del 6 av kurven defi-nerere den såkalte innåndings sammenheng. Etter det maksi-male volum har blitt matet til pasienten begynner utblås-ningen. Stigningen til utblåsningsdel 7 av kurven definerer utblåsningssammenhengen. Utblåsningskurven slutter ved et punkt 8 over 0 på volumaksen. Dette betyr at ved null trykk har ikke det totale volum matet til pasienten blitt gjen-vunnet. Det ikke gjenvunnede eller fangende volum er en annen viktig parameter ved beregning av lungetilstanden.

På grunn av det faktum at utblåsnings kurven er forskjellig fra innsugningskurven blir et vist område 9 innesluttet som er kalt hysteresen. Hysteresen er også ansett for å være en klinisk signifikant størrelse. Endelig kan hystereseområdet 9 settes i relasjon til området V x P vist

max max

i stiplede linjer 11. Hystereseområdet delt på området<V>max x P max er kalt hy 1sterese forholdet,

Ved siden av den målte V/P kurve 1 viser fig 1, en kompensert V/P kurve 12. Den kompenserte V/P kurve vil bli omtalt senrere.

Fig. 2 viser et sjematisk bilde av den mekaniske sammenset-tning til en anordning for å måle tidligere nevnte kurve og regne ut de forskjellige signifikante parametere. Anord-ningen omfatter en pumpe 13 og en elektronisk kontroll og utregningsmodul 14. Pumpen er koblet via vanlige rør 15 til en pasient 16 representert ved den symbolske lungeskisse.

Pumpen består av en sylinder 17 fortrinnsvis laget av akryl

-isk glass hvori et stempel 18 er anbrakt for fram og til-bake glidende bevegelse. Avhengig av retningen for stempel

bevegelsen, mates elelr trekkes luften inneholdt i volumet 19 via rørene 15 fra pasienten 16.

Stempelet 18 er drevet ved hjelp av en vanlig gjengedrift som er representert ved den gjengede stav 21 som er drevet av en passende anordning så som en tann eller belte drift (ikke vist) inne i huset 22. Drivanordningen blir drevet ved hjelp av en trinnmotor 23. Sylinder 17 er montert på dekselet 22 ved hjelp av en hovedplate 24 som holdes av skruebolter eller staver (ikke vist) for å presse sylindern 17 mot dekselet for å sikre luft-tette betingelser. Denne type montering sikrer på samme tid rask og lett demontering for steriliseringsformål. Framdelen av plate 24 er utsyrt med en holder for tilkobing av rør 24 og en ytterligere holder for tilkopling med et rør 25 som fører til en trykk-transdyse 26 inne i dekselet 22. Hovedplate 24 bærer ytterligere en ensrettet sikkerhets tilføringsventil 27 som er kalibrert for et maksimalt trykk på 0,75 til 0,8 bar, og en ensrettet fyllende retur sikkerhetsventil 28 kalibrert for et maksimmalt trykk på 0,05 bar.

Dekselet 22 er fortrinnsvis laget av aluminium og er utstyrt med en eller fler håndtak (ikke vist) for håndtering og transportering. På motsatt side av sylinder 17 har dekselet 22 en utstikkende dekseldel 29 for å dekke den gjeng-ende stav 21.

En elektrisk tilkoblingsstav 31 fører fra dekselet 22 inn-enfor hvilket det er koblet til motor 23 og trykk-transdyse 26 til modul 14. Modulen 14 inneholder de elektroniske kontroll og utregningskretser som vil beskrives i forbindelse med figur 3. I figur 2 er frontpanelet til modul 14 vist å inneholde 2 digitale skjærmer 32 og 33, et rødt LED indika-sjonlys 34 og et grønt LED indikasjonslys 35 for å inform-ere om den valgte virkningstilstand. Videre er frontpanelet utstyrt med et antall trykknapp-brytere 36 for å mate de nødvendige komandoer inn i kretsen.

Fig. 3 viser et blokkdiagram av kontroll og utregningskret-sene inneholdt i modul 14. Hovedkomponenten er en mikroprosessor 37 inneholdene en 4 MHz klokke. I foreliggende ut-førelses form anvendes en type Z80 fremstilt av Zilog. Koblet til mikroprosessor 37 er et avlesningsminne 38 og et tilfeldig tilgangsminne 39. Minne 38 inneholder programmet brukt av prosessor 37 for å kontrollere motor 23 og for

måling og nedtegning av målte verdier. Minne 38 har en kapasitet på 16 kbytes. Minne 39 er brukt for å lagre innkomne data, måleresultater og utregningsresultater for å bli opp-vist eller lagret. Det har en kapasitet på 2 kbytes.

Trykkdata signaler fra trykk trans-dyser er 0 til 5 volt analoge signaler som mates via et vanlig filter 41 utstyrt med operasjonsforsterkere og derfra via en vanlig analog/- digital konverter 42 til mikroprosessor 37.

Prosessor 37 danner ved kommando fra programmet lagret i minne 38 motoraktiverende signaler for å forårsake at motorkraft tilførselen 43 mater elektriske drifts signaler til motor 23 og danner således trinnvis eller kontinuerlig bevegelse av stempelet 18 i sylinder 17.

Utføringsdata generert av prosessor 37 mates til en display drift/multiplekser 44 og når derfra en av de digitale dis-player 32, 33 eller av indikator lysene 34, 35.

Innkomne data så som valg av operasjonsmodus, volum, cykel-tid o.s.v, mates til prosessoren via trykk-knapper eller brytere 36 og lagres vanligvis i minne 39.

Enkelte av trykk-knappene eller bryterene vist på frontpanelet av modul 14, kan også være tilknyttet pumpeenheten. Dette gjelder spesielt for start knappen for motoren.

Kraft tilførselen er ikke vist, spesielt fordi den omfatter vanlige transformatorer, likerettere, filtere og spennings-regulatorer så vel som sikringer for sikkerhets formål.

I drift genererer og sender prosessoren 37 ifølge programmet lagret i minne 38 et vist antall trinn-kontrollerende pulser til motoren 23. Idet hvert trinn tilsvarer en vinkel forsyvning av motor aksen på 1,8° i samsvar med konstruk-sjonsdataene for stempel og sylinder sammmensetningen for-skyves et volum på 0,1178 ml. Således er volumet klart def-inert ved antallet trinn. Det er ikke nødvendig å måle volumet med et flow meter.

Trykket i sylinder 17 måles med en trykk trans-dyse 26 og trykksignalet mates til prosessor 37. Følgelig har prosessor 37 kontinuerlig volum og trykk data og regner ut de forskjellige karakteristiske parametere av volum/trykk kurven. Resultatene av utregningene er lagret i minne 39 og vist ved behov.

Som tidligere nevnt har det blitt funnet av oppfinneren at volum/trykk forholdet er påvirket av visse effekter slik at de målte data er ukorrekte. På grunn av en temperaturøkning til luften matet til pasienten fra rom temperatur til 37°C er volumet faktisk gitt pasienten høyere enn det dannet ved stempelforsyvningen. En annen effekt er oksygen forbruket i lungen som bare delvis kompenseres av karbon-dioksyd dannelsen i lungen. Enda en annen effekt er forårsaket av volumforandringen på grunn av trykk dannelsen og dannelsen av mindre trykk. Disse effekter kompenserer hver-andre delvis men kompenseringen er forskjellig under innpusting og utblåsing. Mens luftforandringen forårsaket av temperaturforandringen under innpusting i det minste delvis blir kompensert for under utpusting blir volumtapet på grunn av oksygenforbruket ikke dette. Videre avhenger enkelte av volumforandringene av syklustid, d.v.s jo lengere luften er i lungene desto mer oksygen blir tapt.

Det har videre blitt funnet av oppfinner at disse unøyaktig

-heter foråraker vesentlige variasjoner i de nedtegnede parametere slik at den kliniske signifikans av disse parametere blir tvilsom. For å forbedre nøyaktigheten fremskaf-

fes en kompensajon eller korreksjon under behandling av de målte verdier. Den korrrigerte V/P kurve 12 er vist i stiplede linjer i Fig. 1.

Korreksjonen for volumforandringene på grunn av temperatur differansen mellom rom- og lungetemperaturer, CO^dannelse og C>2 forbruk foretas av prosessor 37 i henhold til følgende formel:

hvorved V er det korrigerte eller kompenserte volum, Vstep er det forskjøvede volum av stempel 18 basert på sylinder og stempel geometrien, faktoren 0,116 er en eks-perimentell faktur funnet å være optimal av oppfinner, V er et volum som kompenserer for netto oksygentap

comp

(C02dannelse tatt i betraktning), T er syklustid i sek-under. Tegnet eller i tilfelle med første kompensasjons-volum tar hånd om innpusting (+-) og utblåsning (7).

Claims (7)

1. Fremgagnsmåte ved bestemmelse av mekaniske egenskaper til lungen hos en pasient, karakterisert ved at den omfatter: - å pumpe opp eller presse sammen lungen med et på forhånd bestemt gassvolum - måle den dannede trykkforandring i lungen under oppblåsning og sammenpressning - transormere volum og målte trykkdata til digital form - regne ut klinisk eller signifikante volum til trykkforhold -fremvise resultatet av utregningen.

2. Fremgangsmåte ved bestemmelse av mekaniske egenskaper hos en pasients lunger, karakterisert ved at den omfatter: - å blåse opp og presse sammen lungen med et på forhand bestemt gassvolum - måle trykkforandringene dannet i lungen under oppblåsning og sammenpressning - korrigere volumdaljxi henhold til formelen ved

hvorved Ver det korrigerte eller kompenserte volum, Vste p er volumet forskjøvet av stempel 18 basert på sylinder og stempel geometrien, faktoren 0,116 er en eks-perimentell faktur funnet å være optimal av oppfinner, Vcomp er et vo-'-um som kompenserer for netto oksygentap (CC>2 dannelse tatt i betraktning), T er syklustid i sek-under . - regne ut klinisk eller signifikante volum til trykkfor hold - fremvise resultatet av utregningen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at oppblåsningen eller sammmen-pressningen forårsakes trinnvis med små volumforandringer.

4. Anordning for å bestemme mekaniske egenskaper hos en pasients lunge, karakterisert ved at den omfatter: - pumpeanordninger for å mate og å trekke ut fra en pasients lunge et på fohånd bestemt gassvolum - trykkføle anordninger for å måle gasstrykket i lungen - databehandligsanordninger for å behandle volum og trykkdata for å gi kontinuerlig dannelse av volum trykkforholds-data - kontrollanordninger for å kontrollere pumpeanordningene.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at pumpeanordningene omfatter en motordrevet stempelpumpe koblet til pasientens lunge.

6. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at databehadlingsanordningene omfatter en mikroprosessor og minneanordninger for permanent lagring av pro-gramdata og for foreløpig lagring av inngangs- og utgangs-data.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at databehandlingsanordningene i tillegg inneholder oppvisnings og indikasjons anordninger.