SE459214B - Styrsystem foer att reglera en ventilatoranordning som ger andetag med positivt tryck - Google Patents

Description

459 214 10 15 20 25 30 35 2 intrathorakalt tryck mellan andningarna, eftersom luft från tedalvolymen ej tillátes slippa ut- Emellertid sjunker hjärteffekten betydligt vid ett PEEP-tryck av 10 cm vatten- pelare. Intravenösa fluider används för att öka den intra- vaskulära volymen i ett försök att minimera denna sänk- ning av hjärteffekten.

Patienten kan redan ha en äventyrad hjärtfunktion, vilket minimerar eller upphäver fördelarna med den intravaskulära volymökningen. Vidare saknar patien- ter, som behöver respiratorer, typiskt riktig njurfunktion och kan ej behandla de tillförda fluiderna. Om för mycket intravenös fluid används i förhållande till patientens förmåga (med eller utan hjälp) att behandla fluiden, kan fluiden intränga i patientens lungor- Positiva inotropiska medel användes för att öka hjärtats ihopdragning för att pumpa mera blod.

Uppen- bart arbetar hjärtat hårdare än normalt, vilket resulterar i möjliga hjärtattacker eller hjärtflimmer. Ofta före- skriver läkare en kombination av en ökning av intravenösa fluider och positiva inotropiska medel vid PEEP.

Ett flertal forskare har utvärderat effekten med hjärtcykelspecifiserade ökningar av brösthålstrycket på hjärteffekten. De synkroniserade högfrekvent ström- ventilering med olika faser hos R-R intervallet. Carlson och Pinsky fann att den hjärtlugnande effekten genom ventilering med positivt tryck minimerades om de positiva tryckpulserna synkroniserades med diastole. Otto och Tyson fann emellertid inga betydande förändringar i hjärt- effekten då man synkroniserade positiva tryckpulser med olika delar av hjärtcykeln.

Pinchak beskrev den bästa frekvensen för högfrekvent strömventilering. Han observerade även rytmiska svängningar i lungartärtrycket (PAP) och även rytmiska förändringar i kroppsblodtrycket. En möjlig förklaring för dessa sväng- ningar är att strömpulserna kommer i och ur takt med hjärthastigheten. det att, Vid utvärdering av hans data förefaller då strömtryckstoppen för luftvägarna sker under tidig systole, det fanns ett högt lungartärtryck och 20 25 30 35 -3 459 214 ett lågt kroppsblodtryck. Fastän Pinchak ej kommenterar detta visar hans angivna data att lungartärtrycket tilltog och avtog precis motsatt blodtrycket. En trolig förklaring är att en ökning i lungartärtrycket helt enkelt är en återspegling av en ökning av lungvaskulärmotståndet, som orsakar en minskning i fyllningen av den vänstra ventrikeln och således en sänkning av kroppsblodtrycket, snarare än en sänkning av hjärteffekten. Om de små sväng- ningarna i kroppsblodtrycket återspeglar svängningarna i hjärteffekten skulle Pinchaks studium stödja Pinsky och Carlsons arbete som framkastar, att det positiva luftvägstrycket är minst skadlig under diastole.

Föreliggande uppfinning är inriktad på ett styrsystem * för att reglera en ventilatoranordning som ger andetag med positivt tryck. Det kännetecknande för systemet är en anordning för att avkänna en patients på varandra följande hjärtslag, en datoranordning som är ansluten till avkänningsanordningen för att beräkna en tidsperiod mellan de på varandra följande hjärtslagen, samt en ventil- anordning som är elektriskt ansluten till datoranordningen och som är pneumatiskt ansluten till ventilatoranordningen för att reglera ventilatoranordningen, varvid ventilan- " ordningen är anordnad att upphöra med andetag med positivt tryck som svar på den beräknade tidsperioden.

Närmare bestämt är föreliggande uppfinning inriktad pá ett datorstyrt system för positivt utandningstryck som komplement till positiva slut-utandningstrycksystem (PEEP).

En kardiogrammaskins utgàngssignal förstärks och utjämnas, eller en kardiogram-maskins LED övervakas optiskt, för att bestämma en R-våg, eller början av elektrisk systole.

En signal matas till en multiplikator, där R-R-vågssignalen (perioden) multipliceras, vilket representerar varaktig- heten hos R-R-vågen med ett variabelt intervall som bestäms av en läkare. Den resulternade produkten (R-R-vågen gånger det variabla intervallet) används för att trigga en sole- noidmanövrerad 3-vägsventil. 3-vägsventilen är normalt _ stängd för att leda ett positivt tryck till en standard É PEEP-ventil, som fungerar på normalt sätt. Då 3-vägsventilen 459 214 10 15 20 25 30 35 4 är triggad öppnar den för att medge att ett relativt làgt tryck passerar till PEEP-ventilen på så sätt, att PEEP-ventilen alstrar ett lågt tryck hos patienten.

Således avlägsnas PEEP under ett variabelt tidsför- hàllande, omedelbart före nästa hjärtslag. PEEP-ventilen regleras av en dator som styr en 3-vägsventil för att skapa trycksänkningar, vilket tillåter hjärtat att fyllas.

Då hjärtat har fyllts återgår PEEP utan några skadliga effekter. Patientens andning koordineras med patientens hjärtslag för att maximera hjärteffekten. Ytterligare tryck kan ersättas omedelbart efter bortfall i ett försök att förbättra tömningen av hjärtat.

Fig 1 är ett schema av föreliggande uppfinning i sin omgivning.

Fig 2 är ett blockdiagram av mikrodatorns enligt fig 1 innehåll, då den är ansluten till en 3-vägsventil.

Fig 3 avslöjar en andra utföringsform för att avkänna ett hjärtslagsíntervall.

Det datorstyrda systemet för positiv utandning, som visas i fig 1 i sin omgivning, är anslutet till en tera- peutisk anordning, såsom ett PEEP-system. En patient 10 visas som använder en respirator eller en ventilator 12 med en standard utandningsventil (PEEP) 14. PEEP-ventilen 14 öppnar och stänger för att medge låga och höga tryck för patienten 10. I enlighet med föreliggande uppfinning är patienten 10 även ansluten till en kardiogrammaskin (EKG) 16.

På varandra följande hjärtslag avkänns av EKG 16, och en signal som representerar varje slag utmatas till en mikro- dator 18, vars detaljer diskuteras med avseende på fig 2 och 3. Ett variabelt intervall alstras av generatorn 20 som en andra ingångssignal till mikrodatorn 18, varvid inter- vallets värde bestäms av den övervakande läkaren. Mikro- datorn 18 kombinerar den variabla intervallsignalen från 20 och ett värde som representerar perioden mellan tvâ på varandra följande hjärtslag från EKG 16, och alstrar en reglerutgångssignal till en solenoid 22 hos en 3-vägsventil 24. 3-vägsventilen 24 är med en första ände ansluten till en källa 26 med positivt tryck. En andra ventilände är pneumatiskt ansluten till ettgrelativt lågt tryck 28, 10 15 20 25 30 35 459 214 5 medan en tredje ände är ansluten till PEEP-ventilen 14, via vilken patienten mottager andetagen med positivt tryck.

Vid normal drift av ventilatorn 12 drives PEEP-venti- len 14 för att medge andetag med alternerande lågt och högt positivt tryck (approximativt 0,4 psi) från ventila- torn 12 att passera direkt till patienten 10. Som svar på mikrodatorns 18 utgångssignal aktiveras emellertid solenoiden 22 för att vid utgången 30 ge ett negativt tryck från tryckkällan 28 med relativt lågt tryck. Den negativa tryckutgången vid 30 öppnar PEEP-ventilen 14.

På grund av att PEEP-ventilen 14 är helt öppen mottager patienten 10 ett lågt tryck från ventilatorn 12. Det resulterande låga trycket sker, i enlighet med föreliggande uppfinning, strax före ett förutsett hjärtslag för att tillförsäkra att hjärtat, då det fylls, ej arbetar emot höga tryck. PEEP-system genererar i sig ofta för höga tryck då hjärtat slår, vilket hämmar hjärtats fyllning och sänker hjärteffekten.

I fig 2 uppenbaras mikrodatorns 18 detaljer. EKG:s 16 signal löper genom en operationsförstärkare 32 till en timer 34, som utjämnar den förstärkta EKG-signalen för »- att utveckla en serie elektriska pulser som motsvarar pà varandra följande hjärtslag. Timerns 34 elektriska pulser mottages av minnet/räknaren 36 som bestämmer en period, som representerar intervallet mellan på varandra följande hjärtslag. Denna period används för att förutsäga nästa hjärtslag, så att ett lågt tryck avges till patienten strax innan och under nästa hjärtslag. Generatorn 20 för variabla intervall inställs av den övervakande läkaren till exempelvis mellan 15 och 400 mikrosekunder genom typisk analogireglering. Den variabla intervallsignalen fràn 20 och periodsignalen från räknaren 36 används för att generera en produkt i multiplikatorn 38. Den resul- terande produkten används som en signal för att aktivera solenoiden 32 för att reglera 3-vägsventilen 24.

Vid normalt tillstånd ansluter 3-vägsventilen 24 det positiva trycket med utgången 30 och ställer PEEP-ven- 459 214 10 15 20 25 30 35 6 tilen 14 i ett delvis stängt läge. Ventilatorn 12 kan således ge ett andetag med ett högt positivt tryck till patienten 10. Antag emellertid att EKG 16 avkänner ett hjärtslag varje sekund. EKG-signalen förstärks vid 32, utjämnas av timern 34 och perioden på en sekund beräknas i minnet 36. Om generatorn för variabla intervall inställs av läkaren på 0,8 sekunder bildar multiplikatorn 38 en produkt av perioden och det variabla intervallet (1,0x0,8) som är lika med 0,8 sekunder. Således aktiveras solenoiden 22 0,2 sekunder före nästa förutsedda hjärtslag (0,8 sekun- der efter det senaste hjärtslaget). 3-vägsventilen 24 öppnar nu utgången 30 till vakuumkällan 28. Följaktligen öppnar ett resulterande negativt tryck PEEP-ventilen 14 och ett lågt tryck när patienten. Om hjärthastigheten skulle variera kommer skillnaden mellan förutsedda och faktiska hjärtslag att avkännas och pulstidsinställningen att korrigeras. Tidsfördröjningen av pulsen till sole- noiden regleras av en andra timer (ej visad).

Fig 3 avslöjar en andra utföringsform för att bestämma eller avkänna hjärtslagen. En fotodetektor 40 används för att avkänna den blinkande LED 42, som är en typisk del av en kardiogrammaskin. Fotodetektorn 40, som til slages tillsammans med LED:s 42 blinkningar, nágon timer eller vâgutjämnare, l- och fràn- kräver ej och således leds ingångs-' signalen direkt till förstärkaren 32 för efterföljande behandling på samma sätt som för utföringsformen enligt fig 2.

Andra förändringar är uppenbara för en fackman på området, vilka ej avviker från föreliggande uppfinnings tanke, varvid skyddsomfånget definieras av de bifogade patentkraven. Exempelvis kan, en mikrodator, istället för användningen av en mikroprocessor (exempelvis C 64 Commadore Computer) vara anordnad och mjukvara som utvecklats för att styra och bestämma taktperioden, med ett programmerbart variabelt intervall för att användas av läkaren.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 459 214 PATENTKRAV

1. styrsystem för att reglera en ventilatoranordning som ger andetag med positivt tryck, k ä n n e t e c k - n a t av en anordning (16) för att avkänna en patients på varandra följande hjärtslag, en datoranordning (18) som är ansluten till avkänningsanordningen (16) för att beräkna en'tidsperiod mellan de på varandra följande hjärtslagen, en ventilanordning (24) som är elektriskt ansluten till datoranordningen (18) och som är pneumatiskt ansluten ventilatoranordningen (12) för att reglera ventilatoran- ordningen, varvid ventilatoranordningen (12) är anordnad att upphöra med andetag med positivt tryck som svar på den beräknade tidsperioden.

2. System enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av en vakuumanordning (28), som är pneumatiskt an- sluten till ventilanordningen (24), för att alstra ett lågt tryck till ventilatoranordningen (12) via ventil- anordningen.

3. System enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t av en anordning (26) för positivt tryck, varvid ' ventilanordningen (24) innefattar en 3-vägsventil med första, andra och tredje ändar, varvid den första änden är pneumatiskt ansluten till ventilatoranordningen (12). den andra änden är ansluten till vakuumanordningen (28), och den tredje änden är ansluten till anordningen (26) för positivt tryck.

4. System enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a t av att 3-vägsventilen uppvisar en solenoid (22) som är elektriskt ansluten till datoranordningen (18), vilken inställer 3-vägsventilen.

5. System enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k - n a t av en variabel anordning (20), som är ansluten till datoranordningen (18), för att alstra en variabel inter- vallsignal till datoranordningen.

6. System enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k - n a t av att datoranordningen (18) uppvisar en multi- -~ 8 plikatoranordning (38), som är ansluten till avkännings- anordningen (16) och den variabla anordningen (20), att alstra en produktsignal, för som är baserad på den be- räknade tidsperioden gånger den variabla intervallsig- 5 nalen.

7. System enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - av att ventilatoranordningen (12) uppvisar en styrd ventil (14) som är pneumatiskt ansluten till ventilanord- ningens (24) första ände, n a t varvid den styrda ventilen (14) öppnas medelst ventilanordningens (24) pneumatiska anslutning av källanordningen (28) med relativt lågt tryck till ventilatoranordningen (12), och varvid den styrda ventilen (14) stängs medelst ventilanordningens (24) 10 pneumatiska anslutning av anordningen (26) med positivt tryck till ventilatoranordningen (12).

8. 15 System enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att avkänningsanordningen (16) är anordnad att såväl avkänna en patients på varandra följande hjärtslag som att alstra taktsignaler. 20

9. System enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k ~ n a t av att avkänningsanordningen (16) uppvisar en förstärkaranordning (32) som är ansluten till avkännings- anordningen för att förstärka taktsignalenf

10. System enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k - av att datoranordningen (18) innefattar en tids- beräkningsanordning (34), anordningen (32), 25 n a t som är ansluten till förstärkar- för att utjämna taktsignalen och för att alstra pulser till multiplikatoranordningen (38).

11. System enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k - 30 n a t av att avkänningsanordningen (16) innefattar en fotodetektoranordning (40) för att avkänna ljussignaler som svar på en patients hjärtslag, varvid fotodetektoran- ordningen (40) alstrar en utgângssignal till förstärkar- anordningen (32).