WO1998024489A1 - Vorrichtung zur volumensteuerung bei blutverlusten - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for volume control in the event of blood loss, in particular during anesthesia and when using acute hypervolemic hemodilution and acute normovolemic hemodilution.
- volume replacement agent In contrast to “acute normovolemic hemodilution", no blood is drawn from the patient in “acute hypervolemic hemodilution".
- the dilution effect is achieved preoperatively simply by adding a volume replacement agent.
- capacity vessels In a young, healthy patient, the volume of the intravascular volume can be increased by 20-25% at the start of surgery using a volume replacement solution. This over-transfusion dilutes the Hb concentration at the start of the operation, so that a smaller amount of hemoglobin is lost in the event of blood loss. Since the patients are mostly hypovolemic and centralized preoperatively due to the fluid restriction, approx. 20 - 25% of the calculated blood volume can be administered in the form of volume substitutes.
- the anesthetic management of infusion and transfusion therapy is carried out according to rigid procedures without considering the individual starting situation.
- the Hb concentration is determined from time to time in the laboratory or by a blood gas analyzer.
- the object of the present invention is to provide a device which allows the volume situation and Hb concentration of the patient to be continuously and numerically recorded continuously and thereby to be able to carry out the infusion therapy in such a targeted manner that blood transfusions are less necessary than after using all patient reserves the usual procedure.
- the device has at least one sensor for measuring the absorbance of total hemoglobin and / or of oxygenated and reduced hemoglobin (Hb) and a measuring device for determining the amount of colloidal infusion solution that has run in, and that the sensor and the measuring device is connected to a computer with a screen and keyboard for data input.
- An NIR photoplethysmographic sensor (NIR-Near Infra Red) is preferably used as the sensor.
- this device can also be used to measure the Hb concentration either by adding the extinctions of oxygenated and reduced Hb and / or by directly determining the total hemoglobin absorbance.
- the device additionally has a temperature sensor for measuring the peripheral body temperature and, if appropriate, a further temperature sensor for measuring the central body temperature.
- the central and peripheral temperature can be detected by the temperature sensors.
- the organism constricts the peripheral blood vessels. This cools the skin in the periphery, while the temperature of the core remains largely constant.
- the pulse quality of the sensors for measuring the extinctions also deteriorates.
- a general cooling of the organism is detected by a decrease in the core body temperature.
- the actual state of the circulatory system and its developments can be recorded, ie centralization or peripheral vasodilation.
- the integration of the blood volume determination increasingly used in the clinic with the dye indocyanine green (ICG) is also helpful. In this method, the ICG dye is injected into the bolus through a vein.
- the dye is almost exclusively eliminated by the liver in the form of a negative exponential function, with only a small proportion of the originally injected amount being detectable in blood after about 10 minutes.
- the dye can be detected by absorbance measurements at approx. 800 nm. Continuous aspiration of heparinized blood or repeated blood sampling at precisely defined times after dye injection can thus be carried out via the reconstruction blood volume can be calculated from the negative exponential curve. Blood volume determination using ICG can therefore be used if the device is additionally equipped with at least one of the following peripheral devices: 1) Thin-film cuvette for spectrometric measurement of ICG at approx.
- Non-invasive dye measurement on the finger or Ear analogous to the measuring principle of pulse oximetry is transferred directly to the computer and processed further.
- the computer is now able to calculate developments and the current status of the circulatory situation and the Hb concentration and display the saturation and pulse quality at the same time as with a conventional pulse oximeter.
- the doctor is able to use his colloidal infusion solutions in such a targeted manner that the end result will be significant savings in blood transfusions.
- the measuring device for determining the amount of colloidal infusion solution that has entered is a weighing device, preferably a weighing device with a spring carriage and / or a piezoelectric force transducer, which has a hanging device for attaching an infusion bottle or similar container and, if appropriate, via a solenoid valve regulation of the incoming amount of infusion is provided with computer assistance.
- the weight loss of the infusion bottle due to infusion of the infusion solution can thus be recorded in a particularly simple manner.
- the type of colloidal infusion quantity and is selected using the computer keyboard the amount stated.
- this infusion solution is fed into the patient via the infusion system, there is a continuous weight loss, which is communicated to the computer.
- FIG. 1 shows a device arrangement with the functional parts of the device which are indicated schematically as functional blocks
- FIG. 3 shows a diagram showing the relationship in the tissue unit located at the measuring location between the total Hb total, the Hb02 fraction and the quotient
- a device 1 shown schematically in FIG. 1 has a plurality of function blocks connected to one another. Essentially, these are a computer 2 with a screen 3 and a keyboard 4 is connected. Several measuring devices are connected to the computer 2. With 5 is a sensor for measuring the absorbance of oxygenated and reduced hemoglobin, possibly. also referred to as total hemoglobin. Similar to a pulse oximeter commonly used in anesthesia and intensive care, this sensor delivers extinctions of hemoglobin. What is new here is that in addition to the saturation and the pulse quality, the changes in hemoglobin concentration are measured either by directly measuring the total hemoglobin absorbance or by adding the extinctions of oxygenated and reduced hemoglobin.
- a temperature sensor 6 for measuring the peripheral body temperature is connected to the computer 2.
- Another temperature sensor 7 is used to measure the central body temperature.
- the organism constricts the peripheral blood vessels. This cools the skin in the periphery, while the temperature of the core remains largely constant. A general cooling of the organism is detected by a decrease in the core body temperature.
- a measuring device 8 is connected to the computer 2 for determining the amount of colloidal infusion solution that has entered.
- a measuring device is preferably provided for this purpose, with which the weight loss of the infusion bottle can be recorded during the infusion. This can be done using a spring balance or the like be realized because their accuracy is sufficient for problem solving and is easy to use.
- sensors 5 and 6 it is also indicated by dashed lines that these two sensors preferably form a single structural unit and are designed such that they can be placed on a patient's finger or toe.
- the temperature sensor 7 for measuring the central temperature can be introduced either orally or rectally.
- ICG injectable dye indocyanine green
- a sensor 10 in analogy to the pulse oximeter for non-invasive dye measurement on the finger, the toe or on the ear.
- This sensor 10 can also be placed with the sensors 5 and 6 in the single unit already mentioned.
- the spectrometric measuring device 9 also allows the measurement at 540 nm, after adding the necessary reagent solution and transferring the hemoglobin of the blood sample into the stable cyanohemiglobin, the hemoglobin concentration measurement can also be carried out directly at the workplace without problems and the calibration for the purpose of converting the absorbance values in Hb concentration values.
- FIG. 2 shows the dilution curve determined experimentally in a human.
- the hemoglobin values are plotted on the ordinate and the volume of an infusion solution added is plotted on the abscissa.
- Curve a is formed by the connecting straight line of measured values, while curve b has been mathematically smoothed from curve a.
- the curve (s) shows two clearly distinguishable phases I and II, with phase I first showing a steep drop in hemoglobin concentration up to the apex area S and then, despite further dilution, only a flat drop in the Hb concentration can be seen .
- Phase I Phase I:
- Phase II The now only very small drop in the Hb concentration with further dilution can be attributed to 2 causes: a) After the peripheral vessels have expanded, the volume of distribution has increased considerably. b) In the during the centralization of perfusion sealed peripheral vessels store erythrocytes, which are supplied to the circulation after the peripheral vessels have been expanded.
- the distribution volume can be approximately calculated using the following formula:
- BVZ blood volume participating in the perfusion during centralization
- the blood volume or rather the intravascular space has increased by 2,280 ml due to the peripheral vascular dilation, this is an increase of 64% in relation to the intravascular space during centralization.
- I can be used up to the apex S without significantly increasing blood loss by increasing peripheral perfusion.
- the determination of the apex S is made by continuously measuring the Hb concentration during hemodilution enables.
- a targeted hemodilution taking into account the physiological mechanisms is not possible without the use of the device 1 according to the invention.
- the computer software After entering the patient data using the keyboard, the computer software provides the following additional assistance:
- the amount of infusion is calculated over time, which must be replaced intravascularly in addition to the blood loss due to the half-life of the infusion solution.
- the data on the volume status of the patient are graphically presented so that the doctor can
- the computer In order to exploit the possibilities of the computer, it also contains a database, from which practical medical information can be called up from various questions, as described below. Since the device has a computer and a keyboard and is underutilized in the context of its task of recording the blood volume situation, it can also be used to solve practical problems in anesthesia and intensive care medicine. The solutions are the problems that arise in practice can be found using the following search methods:
- Diseases definition, pathogenesis, symptoms, therapy including special features for anesthesia and intensive care medicine.
- the diseases are sorted alphabetically and can be clicked on.
- the symptoms are sorted alphabetically and multiple symptoms can be clicked on.
- the computer searches for the diseases for which the specified situation is imperative. If he does not find this combination anywhere, he successively falls back on the diseases in which most of the specified smyptomas appear and the specified symptom complication is possible.
- Incidents in anesthesia and intensive care medicine diagnosis, procedure. The selection is made from an alphabetically sorted list. This database can also be accessed by selecting symptoms and symptom combinations.
- This database is updated at regular intervals (semi-annually or annually). Areas of application are all medical areas in which hemodilution is carried out.
- the device can also be used for simple patient monitoring, as it provides more information about the volume status of the patient, including Hb concentration. Since it also has an information system for practical medical problems equipped especially in anesthesia and intensive care medicine, it is expediently integrated into existing ventilation devices in the field of anesthesia or intensive care medicine.
- the device according to the invention is able to continuously and bloodlessly continuously record all the previously listed physiological parameters, relate the results of the individual parameters to one another, and with the aid of software enable the doctor to record the current situation and trends.
- the doctor is in a much better position than before to carry out his volume therapy mainly with colloids in such a way that this saves blood transfusions.
- the vascular system is filled with a volume replacement solution, the patient becomes not only hemoglobin-reduced, but the circulation becomes more stable and therefore easier to manage, since the fluid reservoirs (splanchnicus, skin) are filled. If acute surgical bleeding now occurs, the circulation remains stable longer than without prior volume replenishment.
- the blood loss can be compensated for over a long period of time by emptying the capacity vessels and the patient remains stable in circulation. Since the NIR photoplethysmographic sensor detects the blood flow to the skin as one of the most important fluid reservoirs, this complex measuring method can be used to detect an impending lack of volume very early on. Through adequate volume supply the fault can be eliminated and the effectiveness can be continuously checked.
- the intraoperative monitoring described here offers for
- Procedure of the optimized hemodilution has the following advantages: 1) In the preoperative acute hypervolemic hemodilution, the blood volume replacement solution is infused only until the already mentioned vertex area S der is reached
- the device for volume control enables intraoperative blood losses to be adequately replenished with blood volume replacement solution even during operations where the amount of blood lost is difficult to assess.
- Blood losses can only be adequately substituted if not too much and not too little of the replacement solution is infused.
- the core of the measurement method for volume control is the use of a photoplethysmographic principle, which is based on a highly sensitive, wavelength-sensitive optoelectronic registration of the extinctions.
- NIR red and near infrared range
- the following hemoglobin fractions can be continuously monitored in the skin semiquantitatively via their extinctions.
- a dual-wavelength-sensitive sensor chip is used on the receiver side.
- the signals processed via measuring amplifiers are sent to the computer for further processing, display and storage.
- the changes in tissue oxygenation can be derived from the ratio of the Hb fractions.
- the quotient Q Hb02 denotes the proportion of oxygenated Hb in the total Hb.
- the Q ⁇ ⁇ records the proportion of oxygenated Hb in the total Hb in the tissue unit at the measurement site. Pooled erythrocytes lying in the skin capacity vessels are also recorded.
- pulse oximetry only records arterial pulsations against a background that is assumed to be constant. As a result, only the degree of oxygenation of the arterial pulse wave is detected. Hydration state, filling state of the capa
- pulse vessels and circulation variables such as vasodilation and reflux are not taken into account in pulse oximetry. Therefore, the measuring principle presented here appears to be suitable, due to its greatly expanded informative value, to replace the pulse oximetry that was customary up to now.
- the measuring principle shown here can also be used with a constant blood flow, such as when using the heart-lung machine, or with poorly perfused tissue areas, e.g. in patients with peripheral arterial occlusive disease or at transplanted tissue flaps.
- the measurement method can also be used for patients with a marginal circulatory situation, e.g. shock patients.
- the measured extinctions are proportional to the amount of hemoglobin fractions present in the tissue. This depends on the following factors: 1) Concentration of the Hb fraction
- thermoregulation and peripheral vasodilation e.g. B. through the influence of medication
- PEEP positive end-expiratory pressure
- the ventilation setting can be optimized by the target size of the Q m ⁇ .
- This monitoring option can be used for all forms of assisted and controlled ventilation (sleep apnea, weaning from the ventilator). ad 6): Increases in blood pressure lead to an increased inflow of blood into the examined tissue unit with an increase in absorbance.
- the influencing factors are weighted semi-quantitatively by computer evaluation.
- NIR photoplethysmography for volume control and hemodilution monitoring: By means of continuous monitoring including trend analysis and follow-up, a targeted control of the optimized hemodilution is possible.
- the measured absorbance of the total amount of Hb is proportional to the Hb concentration.
- the vertex S can be determined by continuous acquisition of measured values (see FIG. 2). This avoids intravascular fluid overload, which would lead to greater intraoperative blood loss.
- intraoperatively using our method, the intravascular volume status can be kept constant even if the amount of blood loss cannot be quantified with certainty because a large proportion of the blood loss occurs in towels and compresses and therefore cannot be measured directly.
- the device for volume control presented enables continuous monitoring of the circulatory situation and thus increases patient safety when using the optimized hemodilution. It allows the anesthesiologist to move in the optimal range for the volume status (see Fig. 3; section between P1 and P2), which leads to a considerable saving in blood transfusions.
- FIG. 3 schematically shows the relationship in the tissue unit located at the measuring location between the total Hb total, the Hb02 fraction and the quotient Q Ky02.
- the dashed line shows the total amount of Hb in the tissue unit as a function of the total amount of Hb in the whole body.
- the solid line with squares shows the corresponding amount of Hb02 in the tissue unit.
- the solid line projected above connects the determined quotients Q m ⁇ .
- the quantities of the Hb fractions (Hb and Hb-02) measured in the tissue are plotted on the ordinate. On the abscissa is the total intraval amount of hemoglobin in the entire circulatory system.
- the upper dashed line shows the total amount of Hb measured in the tissue in relation to the total amount of Hb in the intravascular Organism. There is a proportionality between the two measured values, ie if the total amount of Hb in the whole organism is high, a high amount of Hb can also be found in the tissue examined at the measurement site. In the middle area of the diagram, there is an almost linear relationship between the points P1 and P2 between the amount of Hb-02 and total Hb per tissue unit.
- the volume supply is controlled according to the principle of weight loss of the infusion solution.
- the computer-aided measurement value acquisition takes place via a spring balance, coupled with a piezoelectric force transducer.
- a solenoid valve can be controlled via a control circuit, which the incoming
- the patient data are entered and the target and command variables are thereby determined.
- a plausibility check is carried out inadmissibly high infusion amounts excluded from the outset.
- anesthesiological and intensive medical monitor data e.g. ECG, cardiovascular and respiratory parameters
- anesthesiological and intensive medical monitor data e.g. ECG, cardiovascular and respiratory parameters
- the prerequisites for a functional system analysis are created.
- the system has an online help that offers interactive solutions in difficult situations.
Abstract
Eine Vorrichtung zur Volumensteuerung bei Blutverlusten, insbesondere bei der Anästhesie und bei der Anwendung der Akuten Hypervolämischen Hämodilution und der Akuten Normovolämischen Hämodilution, weist einen NIR-photoplethysmographischen Sensor (5) zur Messung der Extinktion von Gesamt-Hämoglobin, oxygeniertem Hämoglobin und evt. zusätzlich reduziertem Hämoglobin auf; weiterhin ist ein Temperatursensor (6) zur Messung der peripheren Körpertemperatur, ein weiterer Temperatursensor (7) zur Messung der zentralen Körpertemperatur sowie eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an zugeführter Infusionslösung vorhanden. Die Sensoren und die Meßeinrichtung sind an einen Computer (2) mit Bildschirm (3) und Tastatur (4) angeschlossen. Mit Hilfe dieser Vorrichtung und einer kontinuierlichen Überwachung ist der Arzt in der Lage, kolloidale Infusionslösungen so gezielt einzusetzen, daß dies zu erheblichen Einsparungen an Bluttransfusionen führt.
Description
Vorrichtung zur Volumensteuerung bei Blutverlusten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Volumensteuerung bei Blutverlusten, insbesondere bei der Anästhesie und bei der Anwendung der Akuten Hypervolämischen Hämodilution und der Akuten Normovolämisehen Hämodilution.
Bei der "Akuten Normovolämischen Hämodilution" werden dem Patienten präoperativ 500 - 1000 ml Blut entnommen und durch eine Plasmaersatzlösung ersetzt. Durch diese Maßnahme wird die Hämoglobin-Konzentration (= roter Blutfarbstoff als Sauerstoff- träger) abgesenkt und man erreicht hierdurch, daß pro Blutverlustmenge weniger Blutfarbstoff verlorengeht. Nach der Operation wird das dem Patienten präoperativ entnommene Blut retransfundiert und somit die durch intraoperative Blutverluste abgesunkene Hämoglobin-Konzentration (Hb-Konzentration) bei Operations-Ende wieder erhöht.
Bei der "Akuten Hypervolämischen Hämodilution" wird im Gegensatz zur "Akuten Normovolämischen Hämodilution" dem Patienten jedoch kein Blut entnommen. Der Verdünnungseffekt wird allein durch Gabe eines Volumenersatzmittels präoperativ erreicht. Es wird die Eigenschaft des menschlichen Körpers genutzt, den In- travasalraum infolge der Elastizität der Blutgefäße (=Kapazitäts- gefäße) zu vergrößern. Bei einem jungen, gesunden Patienten kann daher zu Op-Beginn durch eine Volumenersatzlösung das Intravasalvolumen um 20-25% vergrößert werden. Durch diese Übertransfusion wird eine Verdünnung der Hb-Konzentration schon zu Operations-Beginn erreicht, so daß bei Blutverlusten eine geringere Hämoglobinmenge verlorengeht. Da die Patienten präoperativ meistens infolge der Flüssigkeitsrestriktion hypovolämisch und zentralisiert sind, können ca. 20 - 25% des berechneten Blutvolumens in Form von Volumenersatzmitteln verabreicht werden.
Das anästhesiologische Management der Infusions- und Transfusionstherapie erfolgt dabei nach starren Vorgehensweisen
ohne Berücksichtigung der individuellen Ausgangssituation. Die Hb-Konzentration wird ab und zu laborchemisch oder durch ein Blutgasanalysegerät bestimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, das es gestattet, die Volumensituation und Hb- Konzentration des Patienten ständig lückenlos zahlenmäßig zu erfassen und dadurch die Infusionstherapie so gezielt durchführen zu können, daß infolge Ausnutzung aller Patientenreserven Bluttransfusionen weniger notwendig sind als nach der bisher üblichen Vorgehensweise.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Messung der Extinktion von Gesamthämo- globin und/oder von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin (Hb) sowie eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung aufweist und daß der Sensor und die Meßeinrichtung an einen Computer mit Bildschirm und Tastatur zur Dateneingabe angeschlossen sind. Vorzugsweise wird dabei als Sensor ein NIR-photoplethysmographi- scher Sensor eingesetzt (NIR- Near Infra Red) . Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann neben der Sättigung und der Pulsqualität auch die Hb-Konzentration entweder durch Addition der Extinktionen von oxygeniertem und reduziertem Hb und/oder durch direkte Bestimmung der Gesamthämoglobinextinktion gemessen werden. Es wird hier von der Gesetzmäßigkeit Gebrauch gemacht, daß bei einem Abfall der Hb-Konzentration alle oben aufgeführten Extinktionen abnehmen. Schwierig ist hierbei allerdings die Eichung auf die laborchemisch üblichen Konzentrationsangaben. Da es in der Anästhesie bei den oben erwähnten Verfahren der Hämodilution aber in erster Linie auf die Stärke und die Schnelligkeit der Hb-Konzentrationsänderungen ankommt, spielt dieses Problem eine untergeordnete Rolle. Das Problem kann aber dennoch dadurch gelöst werden, daß den gemessenen Extinktionen
über die Tastatur eine laborchemisch gemessene Hb-Konzentration zugeordnet wird ( I-Punkt-Eichung) und nach einer Änderung der Extinktionen eine oder mehrere weitere laborchemisch bestimmte Hb-Konzentrationen zugeordnet werden können (2-Punkt- oder Mehr- Punkt-Eichung) .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung zusätzlich einen Temperaturfühler zur Messung der peripheren Körpertemperatur und gegebenenfalls einen weiteren Temperatursensor zur Messung der zentralen Körpertemperatur aufweist.
Durch die Temperatursensoren kann die zentrale und die periphere Temperatur erfaßt werden. Bei einer Zentralisation stellt der Organismus die peripheren Blutgefäße eng. Dadurch kühlt sich die Haut in der Peripherie ab, während die Temperatur des Körperkerns weitgehend konstant bleibt . Weiterhin verschlechtert sich die Pulsqualität der Sensoren zur Messung der Extinktionen. Eine allgemeine Auskühlung des Organismus wird durch eine Abnahme der Körperkerntemperatur erfaßt. Durch Verarbeitung der Daten der Sensoren zur Messung der Extinktionen sowie zur peripheren und zentralen Temperaturmessung mittels Computer, kann zahlenmäßig der Kreislauf-Ist-Zustand und seine Entwicklungen erfaßt werden, i.e. Zentralisation oder periphere Vasodilatation. Hilfreich ist außerdem die Integration der zunehmend in der Klinik verwendeten Blutvolumenbestimmung mit dem Farbstoff Indocyanin-Grün (ICG) . Bei dieser Methode wird der Farbstoff ICG im Bolus über eine Vene injiziert. Die Elimination des Farbstoffs erfolgt nahezu ausschließlich durch die Leber in Form einer negativen Exponentialfunktion, wobei nach ca. 10 Minuten nur noch ein geringer Anteil der ursprünglich injizierten Menge in Blut nachweisbar ist. Der Farbstoff kann hierzu durch Extinktionsmessungen bei ca. 800 nm nachgewiesen werden. Durch kontinuierliches Absaugen von heparinisiertem Blut oder durch wiederholte Blutentnahmen zu genau festgelegten Zeitpunkten nach der Farbstoffinjektion kann somit über die Rekonstruktion
der negativen Exponentialkurve das Blutvolumen berechnet werden. Die Blutvolumenbestimmung mittels ICG kann daher angewendet werden, wenn die Vorrichtung zusätzlich mindestens mit einem der nachfolgenden peripheren Geräte ausgestattet ist: 1) Dünnschichtküvette zur spektrometrischen Messung von ICG bei ca. 800 mτι in Blutproben oder kontinuierlich abgesaugtem heparinisiertem Vollblut 2) Nichtinvasive Farbstoffmessung am Finger oder Ohr analog dem Meßprinzip der Pulsoxymetrie. Die von diesen peripheren Geräten erhobenen Daten werden direkt in den Computer übertragen und weiterverarbeitet. Anhand der Software und des Datenflußes von den Sensoren sowie der Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloider Infusionslösung und den spektrometrischen ICG- Messungen, ist der Computer nun in der Lage, Entwicklungen und Ist-Zustand der KreislaufSituation und der Hb-Konzentration zu berechnen und gleichzeitig die Sättigung und Pulsqualität wie bei einem herkömmlichen Pulsoxymeter anzuzeigen. Aufgrund dieser kontinuierlichen Überwachung ist der Arzt in der Lage, seine kolloidalen Infusionslösungen so gezielt einzusetzen, daß dies im Endergebnis zu erheblichen Einsparungen an Bluttransfusionen führen wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung eine Wiegeeinrichtung, vorzugsweise eine Wiegeeinrichtung mit einer Federwage und/oder einem piezoelektrischen Kraftaufnehmer ist, die eine Einhängevorrichtung zum Befestigen einer Infusionsflasche oder dergleichen Behältnis aufweist und daß gegebenenfalls über ein Magnetventil eine Regelung der einlaufenden Infusionsmenge computergestützt vorgesehen ist. Damit kann auf besonders einfache Weise die Gewichtsabnahme der Infusionsflasche infolge Infusion der Infusionslösung erfaßt werden. Beim Anhängen einer Infusionsflasche wird über die Computer-Tastatur die Art der kolloidalen Infusionsmenge und
deren Menge angegeben. Beim Einlaufen dieser Infusionslösung über das Infusionssystem in den Patienten erfolgt eine kontinuierliche Gewichtsabnahme, die dem Computer mitgeteilt wird. Es wird hierbei bewußt das einfache Verfahren der Gewichtsabnahme gewählt, das in seiner Genauigkeit für die Problemlösung ausreicht und einfach zu handhaben ist im Gegensatz zu Infusionsdosiersystemen, wie Tropfenzähler, die zwar genauer sind, dafür aber viel schwieriger zu handhaben sind. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Kraftaufnehmers in Verbindung mit deiner daran aufgehängten Federwaage kann die Messung für den Normalbetrieb über den piezoelektrischen Kraftaufnehmer und bei Stromausfall kann die Kontrolle über die Federwaage erfolgen. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt:
Fig.l eine Geräteanordnung mit den schematisch als Funk- tionsblöcke angedeuteten Funktionsteilen der Vorrichtung,
Fig.2 ein Diagramm einer Verdünnungskurve, bei der auf der
Ordinate die Hämoglobinwerte und auf der Abszisse das Volumen einer zugeführten Infusionslösung aufgetragen sind und
Fig.3 ein Diagramm, das den Zusammenhang in der am Meßort befindlichen Gewebeeinheit zwischen der totalen Hb- Gesamtmenge, der Hb02 Fraktion und dem Quotienten
QHb02 zeigt. Eine in Figur 1 schmatisch dargestellte Vorrichtung 1 weist mehrere, miteinander verbundene Funktionsblöcke auf. Im wesentlichen sind dies ein Computer 2, der mit einem Bildschirm
3 und einer Tastatur 4 verbunden ist. An den Computer 2 sind mehrere Meßeinrichtungen angeschlossen. Mit 5 ist dabei ein Sensor zur Messung der Extinktion von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin, evt . auch von Gesamthämoglobin bezeichnet. Dieser Sensor liefert ähnlich einem im Anästhesie- und Intensivbereich gebräuchlichen Pulsoxymeter Extinktionen des Hämoglobins. Neu ist hierbei, daß neben der Sättigung und der Pulsqualität auch die Hämoglobin- Konzentrationsänderungen entweder durch direkte Messung der Gesamthämoglobinextinktion oder durch Addition der Extinktionen von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin gemessen wird. Es wird hierbei von der Gesetzmäßigkeit Gebrauch gemacht, daß bei einem Abfall der Hämoglobin-Konzentration die bisher erwähnten Hb-abhängigen Extinktionen abnehmen. Weiterhin ist an den Computer 2 ein Temperaturfühler 6 zur Messung der peripheren Körpertemperatur angeschlossen. Ein weiterer Temperatursensor 7 dient zur Messung der zentralen Körpertemperatur. Bei einer Zentralisierung stellt der Organismus die peripheren Blutgefäße eng. Dadurch kühlt sich die Haut in der Peripherie ab, während die Temperatur des Körperkerns weitgehend konstant bleibt. Eine allgemeine Auskühlung des Organismus wird durch eine Abnahme der Körperkerntemperatur erfaßt. Durch die Verarbeitung der Daten des Sensors 1 sowie der beiden TemperaturSensoren 6 und 7 mit Hilfe des Computers 2 kann zahlenmäßig der Kreislauf-Ist-Zustand und seine Entwicklung erfaßt werden, das heißt Zentralisation oder periphere Vasodilatation.
Schließlich ist an den Computer 2 noch eine Meßeinrichtung 8 zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloider Infusionslösung angeschlossen. Der Einfachheithalber ist hierzu vorzugsweise eine Meßeinrichtung vorgesehen, mit der die Gewichtsabnahme der Infusionsflasche während der Infusion erfaßt werden kann. Dies kann durch eine Federwaage oder dergleichen
realisiert sein, da deren Genauigkeit für die Problemlösung ausreicht und einfach zu handhaben ist.
Bei den Sensoren 5 und 6 ist strichliniert noch angedeutet, daß diese beiden Sensoren bevorzugt eine einzige Baueinheit bilden und so ausgebildet sind, daß sie an einem Finger oder einer Zehe des Patienten plaziert werden können. Der Temperatursensor 7 zur Messung der zentralen Temperatur kann entweder oral oder rektal eingeführt werden.
Zur Ermöglichung der Blutvolumenbestimmung mit Hilfe des injizierbaren Farbstoffes Indocyanin-Grün (ICG), der beim Lebergesunden über einen Zeitraum von ca. 1/4 Stunde abgebaut wird, sind an den Computer weiterhin angeschlossen:
1) eine spektrometrische Meßeinrichtung 9 zur Bestimmung von ICG bei ca. 800 nm im Vollblut,
2) ein Sensor 10 in Analogie zum Pulsoxymeter zur nichtinvasi- ven Farbstoffmessung am Finger, der Zehe oder am Ohr. Dieser Sensor 10 kann mit den Sensoren 5 und 6 ebenfalls in der schon erwähnten einzigen Baueinheit plaziert werden.
Gestattet die spektrometrische Meßeinrichtung 9 auch noch die Messung bei 540 nm, so kann nach Zusatz der notwendigen Reagenslösung und Überführung des Hämoglobins der Blutprobe in das stabile Cyanhämiglobin auch noch die Hämoglobinkonzen- trationmessung direkt am Arbeitsplatz ohne Probleme durchgeführt werden und die Eichung zwecks Umwandlung der Extinktionswerte in Hb-Konzentrationswerte vorgenommen werden.
Figur 2 zeigt die bei einem Menschen experimentell ermittelte Verdünnungskurve. Auf der Ordinate sind die Hämoglobinwerte und auf der Abszisse das Volumen einer zugeführten Infusionslösung aufgetragen. Die Kurve a ist hierbei durch die Verbindungsgeraden von Meßwerten gebildet, während die Kurve b aus der Kurve a rechnerisch geglättet wurde.
Die Kurve (en) zeigt zwei deutlich voneinander unterscheidbare Phasen I und II, wobei in der Phase I zuerst ein steiler Abfall der Hämoglobin-Konzentration bis zum Scheitelbereich S auftritt und anschließend trotz weiterer Verdünnung nur noch ein flache Abfall der Hb-Konzentration zu verzeichnen ist.
Dieser Kurvenverlauf wird durch folgende physiologischen Besonderheiten verursacht: Phase I :
Der steile Abfall der Hb-Konzentration trotz einer anfangs relativ geringen Infusionsmenge an Plasmaersatzlösung beweist, daß das Verteilungsvolumen relativ klein ist. Klinisch sind die Patienten präoperativ meist aufgrund unzureichender Flüssigkeitszufuhr infolge Angst und vorgeschriebender Nahrungskarenz hypovolämisch, zen- tralisiert mit kalten Extremitäten. Das anfängliche Verteilungsvolumen der Plasmaersatzlösung umfaßt daher nur den bei Zentralisation perfundierten Bereich. Durch Engstellung der Gefäße ist die Peripherie von der Perfusion weitgehend ausgeklammert.
Scheitelbereich S:
Im Scheitel erfolgt der Übergang vom steilen zum flachen Kurvenverlauf . Physiologisch stellt der Organismus aufgrund der zunehmenden Volumenbelastung im zentralisierten Bereich die Gefäße der Peripherie weit. Klinisch werden die Extremitäten warm und die peripheren Venen füllen sich zunehmend praller.
Phase II: Der jetzt nur noch sehr geringe Abfall der Hb-Konzentration bei weiterer Verdünnung ist auf 2 Ursachen zurückzuführen: a) Nach Weitstellung der peripheren Gefäße hat sich das Verteilungsvolumen erheblich vergrößert. b) In den während der Zentralisation von der Perfusion
abgeriegelten peripheren Gefäßen lagern Erythrozyten, die nach Weitstellung der peripheren Gefäße dem Kreislauf zugeführt werden.
Das Verteilungsvolumen läßt sich nach folgender Formel näherungsweise berechnen:
BVZ = (Hb2 * X ) / ( Hbl - Hb2 )
dabei bedeutet:
BVZ: an der Perfusion teilnehmendes Blutvolumen bei Zentralisation
X: Infusionsmenge an Blutersatzlösung Hbl : Hb-Konzentration vor der Verdünnung Hb2 : Hb-Konzentration nach der Verdünnung
Beispiel: 24-jährige Patientin, 168 cm groß, 65 kg schwer; präoperativ: Hb 13,0 g% nach 500 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : Hb 11,4 g% nach 1000 ml Hydroxyethylstärke (HÄS): Hb 11,1 g%
Berechnung des Verteilungsvolumens nach 500 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) :
BVZ = (Hb2 * X ) / ( Hbl - Hb2 ) BVZ = (11,4 * 500 ml ) / ( 13,0 - 11,4 ) BVZ = 3.562,5 ml
Berechnung des Verteilungsvolumens BVDil nach Gefäßdilatation infolge Infusion von 1000 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : BVDil = (11,1 * 1.000 ml) / (13,0 - 11,1) BVDil = 5.842,1 ml
Das Blutvolumen oder besser der Intravasalraum hat sich also durch die periphere Gefäßdilatation um 2.280 ml vergrößert,
das ist eine Steigerung um 64% bezogen auf den Intravasalraum während der Zentralisation.
Dieses Beispiel zeigt, daß die Annahme eines konstanten Blutvolumens bei einem Patienten falsch ist. Dieses Blutvolumen kann entsprechend den Lebensgewohnheiten erheblichen Schwankungen unterworfen sein. Bei gleicher Körperoberfläche, d.h. bei gleicher Körpergröße und gleichem Gewicht, dürfte das Blutvolumen eines Wüstenbewohners, der es gewohnt ist, mit ständigem Durst und minimalem Wasserverbrauch umzugehen, wesentlich kleiner sein als das Blutvolumen eines Menschen in gemäßigten Erdregionen, dessen Wasserhaushalt keinerlei Beschränkungen unterworfen ist. Aufgrund dieser Überlegungen können Schätzungen des Blutvolumens aufgrund der Körperoberfläche nur grobe Anhaltspunkte sein, die bei jedem einzelnen Patienten verifiziert werden müssen.
Die oben aufgeführte mathematische Formel gilt nur für Verdünnungen in Hohlgefäßen. Aufgrund der in Phase II auftretenden physiologischen Besonderheiten darf sie eigentlich auf den Menschen nicht angewendet werden. In Ermangelung einer besseren anwendbaren Formel wird sie jedoch zur groben Abschätzung trotzdem verwendet.
Folgerungen für die Praxis: Die Verdünnung beim Menschen sollte nur wenig über den Scheitelpunkt S hinaus durchgeführt werden. Bei weiterer Verdünnung über S hinaus, fällt die Hb-Konzentration nur noch wenig ab, es füllen sich aber die peripheren Blutgefäße immer praller. Durch Erhöhung des peripheren Blutvolumens im Bereich der Phase II dürfte aber der operative Blutverlust wieder stärker ansteigen, als Blut durch Verdünnung mit Blutersatzlösung eingespart wird. Bei der Verdünnung sollte also der starke Abfall der Hb-Konzentration im Bereich der Phase
I bis zum Scheitel S ausgenutzt werden, ohne wesentlich den Blutverlust durch Steigerung der peripheren Perfusion zu erhöhen. Die Bestimmung des Scheitelpunktes S wird durch die kontinuierliche Erfassung der Hb-Konzentration während der Hämodilution
ermöglicht. Eine gezielte Hämodilution unter Berücksichtigung der physiologischen Mechanismen ist ohne den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nicht möglich.
Die Computersoftware leistet nach Eingabe der Patientendaten über die Tastatur folgende weitere Hilfestellungen:
1) bei Eingabe des geschätzten Blutverlustes Empfehlung der eventuell noch notwendigen Infusionsmenge an Kolloiden und Abschätzung der Hb-Konzentration nach Beseitigung einer eventuell bestehenden Kreislaufzentralisation
2) Berechnung des Blutverlustes aus dem Datenverlauf von KreislaufSituation und Hb-Konzentration mit der Empfehlung eventuell noch notwendiger Infusionsmengen an Kolloiden. Diese Auswertung per Computer ist Teil des gesamten Gerätes .
3) Aufgrund der Patientendaten und der infundierten kolloidalen Infusionsmenge wird im Zeitverlauf die Infusionsmenge berechnet, die aufgrund der Halbwertszeit der Infusions- lösung intravasal zusätzlich zum Blutverlust ersetzt werden muß.
Die Daten über den Volumenzustand des Patienten werden graphisch anschaulich dargestellt, damit der Arzt die
Übersicht zu jeder Zeit behält.
Um die Möglichkeiten des Computers auszuschöpfen, enthält dieser auch eine Datenbank, über die von verschiedenen Fragestellungen aus praxisrelevante medizinische Informationen abgerufen werden können, wie nachfolgend beschrieben. Da das Gerät über einen Computer und eine Tastatur verfügt und im Rahmen seiner Aufgabe zur Erfassung der Blutvolumensituation nicht ausgelastet ist, ist es außerdem nutzbar zur Lösung von praktischen Problemen in Anästhesie und Intensivmedizin. Dabei sind die Lösungswege von in der Praxis anfallenden Problemen
über folgende Suchwege zu finden:
1) Kurze Beschreibung der verschiedenen Techniken einschließlich Dosierungen, Komplikationen und Therapiemaßnahmen. Die Techniken sind alphabetisch sortiert und können angeklickt werden.
2) Krankheiten: Definition, Pathogenese, Symptome, Therapie einschließlich Besonderheiten für Anästhesie und Intensivmedizin. Die Krankheiten sind alphabetisch sortiert und können angeklickt werden. 3) Symptome und Symptomkombinationen => Differentialdiagnosen mit Maßnahmen zum sukzessiven Ausschluß möglicher Diagnosen zwecks Findung der richtigen Diagnose. Die Symptome sind alphabetisch sortiert und es können mehrere Symptome angeklickt werden. Der Computer sucht nach den Krankheiten, für die die angegebene Situation zwingend ist. Falls er diese Kombination nirgends findet, greift er sukzessive auf die Krankheiten zurück, bei denen die meisten der angegebenen Smyptome auftauchen und die angegebene Symptomkomplikation möglich ist.
4) Zwischenfälle in Anästhesie und Intensivmedizin: Diagnose,Vorgehensweise. Aus einer alphabetisch sortierten Liste erfolgt die Auswahl . Der Zugang in diese Datenbank kann auch über die Auswahl von Symptomen und Sympto kombinatio- nen erfolgen.
Diese Datenbank wird in regelmäßigen Zeitintervallen (halbjährlich oder jährlich) durch ein Update gepflegt. Anwendungsbereiche sind alle medizinischen Bereiche, in denen die Hämodilution durchgeführt wird. Darüberhinaus kann das Gerät auch zur einfachen Überwachung von Patienten eingesetzt werden, da es mehr Informationen über den Volumenstatus des Patienten einschließlich Hb-Konzentration ermöglicht. Da es außerdem mit einem Informationssystem für praktische medizinische Probleme
besonders in Anästhesie und Intensivmedizin ausgestattet ist, wird es zweckmäßigerweise in vorhandene Beatmungsgeräte im Anästhesie- oder Intensivmedizinbereich integriert.
Das erfindungsgemäße Geräte ist in der Lage, alle zuvor aufgeführen physiologischen Parameter unblutig kontinuierlich aufzuzeichnen, die Ergebnisse der einzelnen Parameter zueinander in Beziehung zu setzen, und mit Hilfe einer Software es dem zu Arzt ermöglichen, die aktuelle Situation und Trends zu erfassen. Aufgrund dieser Übersicht ist der Arzt deutlich besser als bisher in der Lage, seine Volumentherapie vorwiegend mit Kolloiden so durchzuführen, daß dies zur Einsparung von Bluttransfusionen führt.
I) Vorgehensweise und Wirkmechanismus bei der Hypervolämischen Hämodilution:
Bei Einleitung der Narkose erfolgt durch die Narkosemittel und die Streßverminderung eine Weitstellung der peripheren Blutgefäße (=Vasodilatation) , sodaß es zu einer verstärkten Durchblutung (=Perfusion) der Peripherie kommt. Da der Patient, wie bereits beschrieben, zu Narkosebeginn meist sich in einem Flüssigkeitsmangel (=Hypovolämie) befindet, kommt es zu einem Blutruckabfall . Bei Auffüllung des Gefäßsystems mit einer Volumenersatzlösung wird neben der Hämoglobin-Reduktion der Patient kreislaufstabiler und daher besser führbar, da die Flüssigkeitsreservoire (Splanchnicus, Haut) aufgefüllt sind. Kommt es nun zu einer akuten chirurgischen Blutung, so bleibt der Kreislauf länger stabil als ohne vorherige Volumenauffüllung. Der Blutverlust kann über längere Zeit durch Entleerung der Kapazitätsgefäße kompensiert werden und der Patient bleibt kreislaufstabil . Da der NIR-photoplethysmographische Sensor die Hautdurchblutung als eines der wichtigsten Flüssigkeitsreservoire erfaßt, kann durch diese komplexe Meßmethode eine drohende Volumenmangelsituation sehr frühzeitig erfaßt werden. Durch adäquate Volumenzufuhr
kann die Störung beseitigt werden und die Wirksamkeit ist kontinuiertlich überprüfbar.
Verlorengegangenes Blutvolumen während der Operation muß sofort in Äquivalentdosen durch Volumenersatzlösung ersetzt werden, entsprechend den Substitutionseigenschaften der eingesetzten Volumenersatzlösung. Das hier vorgestellte Management der Akuten Hypervolämischen Hämodilution umfaßt somit zwei Bestandteile:
1) Die Auffüllung der Kapazitätsgefäße vor Operationsbeginn mittels Blutersatzlösung schafft eine Kreislaufstabilisation bei eventuell auftretenden Blutungen und damit eine Zeitreserve für den Anästhesisten.
2) Der sofortige adäquate Ersatz von verlorengegangenem Blut während der Operation durch die Blutersatzlösung.
Dieses Management ermöglicht eine Optimierung der Kreislaufstabi- lisierung ohne Einsatz von Bluttransfusionen. Daher möchten wir für die Kombination dieser beiden Managmentbestandteile den Begriff der "Optimierten Hämodilution" verwenden.
Bei dieser Vorgehensweise der Optimierten Hämodilution besteht jedoch bei vielen Operationen das Problem der Quantifizierung des Blutverlustes, vor allem dann, wenn ein großer Teil des
Blutes in Kompressen und Tücher verlorengeht. Dies erschwert einen adäquaten intraoperativen Blutvolumenersatz .
Das hier beschriebene intraoperative Monitoring bietet für die
Vorgehensweise der Optimierten Hämodilution folgende Vorteile: 1) Bei der präoperativen Akuten Hypervolämischen Hämodilution erfolgt die Infusion der Blutvolumenersatzlösung nur bis zum Erreichen des schon erwähnten Scheitelbereiches S der
Verdünnungskurve (siehe Fig.2).
2) Weiterhin ermöglicht die Vorrichtung zur Volumensteuerung intraoperative Blutverluste mit Blutvolumenersatzlösung auch bei den Operationen adäquat aufzufüllen, wo die verlorengegangene Blutmenge nur schwer einschätzbar ist.
Blutverluste können nur dann adäquat substituiert werden, wenn nicht zuviel und nicht zuwenig der Ersatzlösung
infundiert wird.
II . Funktionsprinzip der Photoplethysmographie mit Nahem Infrarot NIR Kernstück des Meßverfahrens zur Volumensteuerung ist der Einsatz eines photoplethysmographischen Prinzips, welches auf einer hochsensiblen wellenlängensensitiven optoelektronischen Registrierung der Extinktionen beruht. Durch gezielten Einsatz von Licht im roten und nahen Infrarot-Bereich (=NIR) , z.B. 650 nm, 740 nm und 890 nm, können folgende Hämoglobinfraktionen über ihre Extinktionen semiquantitativ kontinuierlich in der Haut gemonitort werden. Dazu wird empfängerseitig ein Dual- wellenlängensensitiver Spezialsensorchip eingesetzt. Die über Meßverstärker aufbereiteten Signale werden zum Computer zwecks Weiterverarbeitung, Darstellung und Speicherung geleitet. Aus dem Verhältnis der Hb-Fraktionen lassen sich die Veränderungen der Gewebsoxygenierung ableiten. Dabei bezeichnet der Quotient QHb02 den Anteil des oxygenierten Hb am Gesamt-Hb.
QHb02 = E (Hb02) / E (Gesamt-Hb)
Q-Hboa = Quotient des Anteils an oxygeniertem Hb zum Gesamt-Hb E (Hb02) = Gemessene Extinktion aufgrund der Hb02-Menge im Gewebe E (Gesamt-Hb) = Gemessene Extinktion aufgrund der Gesamt-Hb-Menge im Gewebe .
Im Gegensatz zur Pulsoxymetrie erfaßt der Q^∞ den Anteil des oxygenierten Hb am Gesamt-Hb in der Gewebeeinheit am Meßort. Gepoolte, in den Hautkapazitätsgefäßen liegende Erythrocyten werden dabei miterfaßt. Die Pulsoxymetrie erfaßt hingegen nur arterielle Pulsationen vor einem als konstant angenommenen Hintergrund. Dadurch wird nur der Oxygenierungsgrad der arteriellen Pulswelle erfaßt. Hydratationszustand, Füllungszustand der Kapa-
zitätsgefäße und Zirkulationsgrößen wie Vasodilatation und Rückfluß bleiben bei der Pulsoxymetrie im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Meßprinzip unberücksichtigt. Daher erscheint das hier vorgestellte Meßprinzip aufgrund seiner stark erweiterten Aussagefähigkeit geeignet, die bisher übliche Pulsoxymetrie abzulösen. Während die konventionelle Pulsoxymetrie auf den pulsatilen Blutfluß angewiesen ist, ist das hier dargestellte Meßprinzip auch bei einem konstanten Blutfluß, wie z.B. beim Einsatz der Herz-Lungen-Maschine, einsetzbar oder bei schlecht perfundierten Gewebearealen, z.B. bei Patienten mit einer peripheren arteriellen Verschlußkrankheit oder bei trans- plantierten Gewebslappen. Bei Patienten mit einer marginalen KreislaufSituation, z.B. bei Schockpatienten, ist das Meßverfahren ebenso einsetzbar.
III. Einflußgrößen auf die Meßsignale
Je nach applizierten Wellenlängen sind die gemessenen Extinktionen proportional der im Gewebe vorhandenen Menge der Hämoglobinfraktionen. Diese ist von folgenden Einflußgrößen abhängig: 1) Konzentration der Hb-Fraktion
2) Hydrostatischer Druck aufgrund der Meßortposition zur Herzhöhe ( "Lagerung" )
3) Hydratationszustand
4 ) Thermoregulation und periphere Vasodilatation , z . B . durch Medikamenteneinfluß
5 ) Venöser Rückfluß durch intrathorakale Druckänderungen, z . B . infolge Beatmung
6) Blutdruck
Erläuterungen: ad 2): Bei tiefer Lagerung erfolgt eine schwerkraftbedingte Anreicherung der Hämoglobinfraktionen mit entsprechender Zunahme der Extinktionen am Meßort. Außerdem nimmt der Quotient Qm^ ab, da der gepoolte Anteil der Erythrocyten mit reduziertem
Hb-Gehalt in den Kapazitätsgefäßen der Haut ansteigt. Bei erhöhter Lagerung erfolgt hingegen eine Verminderung der Hämoglobinfraktionen mit entsprechender Abnahme der Extinktionen und Zunahme des Qm^ , da sich die Kapazitätsgefäße der Haut entleeren. ad 3 ) : Bei Hyperhydratation oder beginnenden Überwässerung erfolgt eine Zunahme des Hb-Volumenanteils je untersuchter Gewebeeinheit, da in dieser Situation die Anzahl der perfundierten Hautgefäße zunimmt. ad 4) : Regulatorisch und medikamentös bedingte Vasodilatation führt zu einer Zunahme, Vasokonstriktion zu einer Abnahme des Hb-Volumenanteils je untersuchter Gewebeeinheit, ad 5) : Erhöhung des intrathorakalen Drucks, z.B. durch eine maschinelle Beatmung, erschweren den Blutabfluß aus der unter- suchten Gewebeeinheit und führen zu einer Zunahme der Extinktion. Bei Berücksichtigung des Q1Jbo2 kann die Beatmungseinstellung optimiert werden. Durch zunehmende Erhöhung des Beatmungsdrucks erfolgt eine Verbesserung der Blutoxygenierung infolge Beseitigung von Atelektasen, der Q,^ steigt an. Bei weiterer Erhöhung des Beatmungsdrucks (= PEEP: positive endexpiratory pressure) wird durch Drosselung des venösen Rückstroms die Gewebsoxygenierung wieder verschlechtert, der Q,^ sinkt wieder ab. Durch das hier vorgestellte Meßverfahren kann die Beatmungseinstellung durch die Zielgröße des Qm^ optimiert werden. Diese Überwachungsmöglichkeit kann bei allen Formen der assistierten und kontrollierten Beatmung eingesetzt werden (Schlafapnoe, Entwöhnung vom Beatmungsgerät) . ad 6) : Blutdruckerhöhungen führen zu einem verstärkten Einstrom von Blut in die untersuchte Gewebeeinheit mit einer Zunahme der Extinktion.
Durch Computerauswertung werden die Einflußgrößen semiquantitativ gewichtet .
IV. Vorteil der NIR-Photoplethysmographie zur Volumensteuerung und Hämodilutionsüberwachung:
Mittels kontinuierlicher Überwachung einschließlich Trendanalyse und Verlaufskontrolle ist eine gezielte Steuerung der optimierten Hämodilution möglich. Wie oben beschrieben ist die gemessene Extinktion der totalen Hb-Menge proportional zur Hb-Konzen- tration. Durch kontinuierliche Meßwerterfassung kann bei der präoperativen Akuten Hypervolämischen Hämodilution der Scheitelpunkt S erfaßt werden (siehe Fig.2). Dadurch wird eine intravasale Flüssigkeitsüberladung vermieden, die zu einem größeren intraoperativen Blutverlust führen würde. Darüberhinaus kann intraoperativ bei Anwendung unserer Methode der intravasale Volumenstatus auch dann konstant gehalten werden, wenn die Blutverlustmenge nicht sicher quantifizierbar ist, weil ein großer Anteil des Blutverlustes in Tücher und Kompressen erfolgt und sich deshalb einer direkten Messung entzieht. Die vor- gestellte Vorrichtung zur Volumensteuerung ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der KreislaufSituation und erhöht damit die Patientensicherheit bei Anwendung der Optimierten Hämodilution. Sie gestattet es dem Anästhesisten, sich in dem für den Volumenstatus optimalen Bereich zu bewegen (siehe Fig.3; Abschnitt zwischen Pl und P2 ) , was zu einer erheblichen Einsparung von Bluttransfusionen führt.
Fig. 3 zeigt schematisch den Zusammenhang in der am Meßort befindlichen Gewebeeinheit zwischen der totalen Hb-Gesamtmenge, der Hb02 Fraktion und dem Quotienten QKy02. Die gestrichelte Linie zeigt dabei die totale Hb-Menge in der Gewebeeinheit in Abhängigkeit von der Hb-Gesamtmenge im ganzen Körper. Die durchgezogene Linie mit Quadraten zeigt die dazugehörige Menge an Hb02 in der Gewebeeinheit. Die darüberprojizierte durchgezogene Linie verbindet die ermittelten Quotienten Qm^. Auf der Ordinate sind die im Gewebe gemessene Mengen der Hb- Fraktionen (Hb und Hb-02 ) aufgetragen. Auf der Abszisse ist intravale Gesamtmenge an Hämoglobin im gesamten Kreislaufsystem. Die obere gestrichelte Linie zeigt die im Gewebe gemessene Hb- Gesamtmenge in Beziehung zur intravasalen Gesamt-Hb-Menge im
Organismus . Es herrscht zwischen beiden Meßwerten eine Proportionalität, d.h. bei einer hohen Gesamt-Hb-Menge im Gesamtorganismus kann auch eine hohe Hb-Menge in dem am Meßort untersuchten Gewebe festgestellt werden. Im mittleren Bereich des Diagrammes herrscht nun zwischen der Menge an Hb-02 und an Gesamt-Hb pro Gewebeeinheit ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen den Punkten Pl und P2.
Aufgrund der in Fig. 3 dargestellten Zusammenhänge erlaubt nun die kontinuierliche NIR-Messung folgende beiden kritischen Situation bezüglich der Hb-Konzentration zu erfassen:
1) Ein Abfall der Hb-Konzentration unter eine kritische Schwelle führt zu einer 02-MangelVersorgung des Gewebe. Das Gewebe wird daher überproportional den an das Hb-02 gebundenen Sauerstoff verbrauchen. Unterhalb von Pl kommt es daher zu der erwähnten MangelVersorgung, d.h. infolge verstärkter Entsättigung des Hb02 im Gewebe verläuft bei weiterem Abfall der Gesamt-Hb-Menge der Abfall der unteren durchgezogenen Hb02-Kurve mit Quadraten wesentlich steiler. Während im mittleren Diagrammbereich der Anteil des Hb02 an der Hb-Gesamtmenge weitgehend konstant ist, fällt dieser Anteil unterhalb von Pl deutlich ab, da das Gewebe infolge Sauerstoffmangel dem oxygenierten Hämoglobin den Sauerstoff stärker entzieht. Der Quotient QHb02, der den Anteil an oxygeniertem Hämoglobin im Gewebe widerspiegelt, nimmt ebenfalls ab. Somit kann durch die kontinuierliche Meßwerterfassung der Zeitpunkt der Sauerstoffmangelversorgung sicher erfaßt werden.
2) Das andere Extrem eines Hb-Überangebots kann ebenso sicher erfaßt werden. Bei Übertransfusion von Blut kommt es zu einer Überladung des Organismus mit roten Blutkörperchen (=Ery- throcyten) . Die Kapazitätsgefäße der Haut werden zunehmend mit Blut aufgefüllt und bleiben dort über längere Zeit liegen. Dadurch nehmen sie nicht in vollem Umfang an der Zirkulation mit Passsage der Lunge teil . Im Gewebe bleibt daher das Hb nach
Abgabe des Sauerstoffs in reduziertem Zustand liegen und wird nicht durch eine sofortige Lungenpassage wieder in den oxygenierten Zustand überführt. Mit zunehmender Blutüberladung des Organismus nimmt daher der Anteil des im Gewebe sistierenden reduzierten Hb am Gesamt-Hb zu. Der Anteil des kontinuierlich zirkulierenden Blutes in oxygeniertem Zustand am Gesamt-Hb nimmt hingegen ab, da nicht mehr die gesamte Blutmenge an der Lungenpassage teilnimmt. In Fig.3 wird oberhalb von P2 diese Situation graphisch anhand des abfallenden QHb_02 Wertes veranschaulicht. Bei weiteren Bluttransfusionen steigen demnach die im Organismus vorhandene Hb-Menge und die am Meßort gemessene Hb-Menge weiter an. Da aber zunehmend Hb im Gewebe in reduziertem Zustand in den Hautkapazitätsgefäßen liegenbleibt, erhöht sich die im Gewebe gemessene Hb02-Fraktion nicht in dem gleichen Maße parallel mit der Gesamt-Hb-Menge . Die zwischen Pl und P2 parallel zur Gesamt-Hb-Menge verlaufende Hb02-Kurve verflacht sich daher oberhalb des Punktes P2 und der Quotient Q^∞ nimmt ab. Mit der hier dargestellten Meßvorrichtung wird der Beginn einer Überladung des Organismus mit Bluttransfusionen sicher erfaßt und kann vermieden werden. Dies vermindert die Transfusions- risiken, und führt zur Einsparung von Blutkonserven. Damit wird ein wichtiger Beitrag zur Erhöhung der Patientensicherheit und Kosteneinsparung geleistet.
V. Steuerung der Volumenzufuhr
Die Kontrolle der Volumenzufuhr erfolgt nach dem Prinzip der Gewichtsabnahme der Infusionslösung. Die computergestützte Meßwerterfassung erfolgt über eine Federwaage, gekoppelt mit einem piezoelektrischen Kraftaufnehmer. Über einen Regelkreis kann ein Magnetventil gesteuert werden, welches die einlaufende
Infusionsmenge nach speziellen über den Computer vorgegebenen Plausibilitätskriterien regelt. Bei Narkosebeginn werden die Patientendaten eingegeben und dadurch die Soll- und Führungsgrößen festgelegt. Mittels Plausibilitätskontrollen wird eine
unzulässig hohe Infusionsmenge von vornherein ausgeschlossen.
VI. Computergestützter Arbeitsplatz
Durch optionale Einbindung von weiteren, anästhesiologischen und intensivmedizinischen Monitordaten, wie z.B. EKG, kardiovaskulären und respiratorischen Parametern, werden die Voraussetzungen für eine funktioneile Systemanalyse geschaffen. Zusätzlich verfügt das System über eine Online-Hilfe, mit der bei schwierigen Situationen interaktiv Lösungsmöglichkeiten angeboten werden.
VII. Weitere Einsatzmöglichkeiten der NIR- Photoplethysmographie Unter Berücksichtigung der unter Punkt III erwähnten Einflußgrößen können durch gezielte Anwendung der NIR - Technologie darüberhinaus folgende Parameter optimiert werden:
1) Lagerung: Durch geeignete Lagerung können Blutverluste vermindert werden, da der hydrostatische Druck durch Hochlagerung des blutenden Körperteils vermindert werden kann. Dabei muß jedoch durch kontinuierliche Überwachung die ausreichende Perfusion des hochgelagerten Körperteils sichergestellt sein. Die Wirksamkeit von Lagerungsmaßnahmen verschiedenster Indikationen, wie z.B. auch beim Schädel-Hirn-Trauma, ist kontinuierlich quantifizierbar und damit steuerbar. Dies gilt auch für das Schaffung von entsprechenden Blutpools in den Kapazitätsgefäßen der Haut, die durch geeignete Lagerungsmaßnahmen jederzeit angelegt und bei Bedarf auch entleert werden können. Durch die Lagerungsmaßnahmen kann die regionale Anlage der Volumenpools im Rahmen der Akuten Hypervolämischen Hämodilution gezielt gesteuert werden.
2) Der Effekt von kreislaufwirksamen Medikamenten ist kontinuierlich quantitativ erfaßbar und damit einem Regelkreis zugänglich, z.B. bei kardiovaskulären Erkrankungen wie Ischämischer Koronarer Herzkrankheit und Herzinsuffizienz.
3) Optimierung der assistierten und kontrollierten Beatmung durch kontinuierliche Überwachung der peripheren Gewebsoxygenie- rung und des peripheren intravasalen Füllungszustandes, z.B. auch im Rahmen der Entwöhnung vom Beatmungsgerät . Für die Überwachung von Patienten mit suffizienter Spontanatmung ist die Methode ebenfalls geeignet (Schlafapnoe, Sudden Infant Death Syndrom= Plötzlicher Kindstod)
4) Semiquantitative Messung der Mikrozirkulation bei schlecht durchbluteten Geweben mit sehr schwachem oder fehlenden Pulssignal. Die Indikation besteht u.a. für Patienten mit peripherer arterieller Verschlußkrankheit und für die Erfolgs- und Verlaufskontrolle in der Transplantationschirurgie (Gewebsläppen, Organe u.a.). Da der Meßkopf ein Miniatursensochip ist, kann das Meß- prinzip auch bei endoskopischen Verfahren aller Art eingesetzt werden .
5) Kontinuierliche, nichtinvasive Überwachung der Gewebsoxyge- nierung auch bei kontinuierlichem Blutfluß infolge des Einsatzes technischer mechanischer Pumpen, wie z.B. beim Einsatz der Herz- Lungen-Maschine.
Ansprüche
Claims
1. Vorrichtung zur Volumensteuerung bei Blutverlusten, insbesondere bei der Anästhesie und bei der Anwendung der
Akuten Hypervolämischen Hämodilution und der Akuten Normovolämischen Hämodilution, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zumindest einen Sensor (5) zur Messung der Extinktion von Gesamthämoglobin und/oder von oxygenier- tem und reduziertem Hämoglobin (Hb) sowie eine Meßeinrichtung (8) zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung aufweist und daß der Sensor (5) und die Meßeinrichtung (8) an einen Computer (2) mit Bildschirm (3) und Tastatur (4) zur Dateneingabe an- geschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) durch einen NIR-photoplethysmographischen Sensor gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Temperatursensor (6) zur Messung der peripheren Körpertemperatur und gegebenenfalls einen weiteren Temperatursensor (7) zur Messung der zentralen Körpertemperatur aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) zur Messung der Extinktion von Gesamthämoglobin und/oder von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin (Hb) und der Temperaturfühler (6) zur Messung der peripheren Temperatur eine Baueinheit bilden, die auf jedem beliebigen Hautareal plazierbar und insbesondere zum Anbringen an einem Finger oder einer Zehe des Patienten ausgebildet ist und daß in dieser Baueinheit gegebenenfalls auch der Sensor zur nichtinvasiven Farbstoffmessung von Indocyanin-Grün untergebracht ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) zur Messung der
Extinktion von Gesamthämoglobin und oxygeniertem Hämoglobin (Hb) die Monitoringfunktion des Pulsoxymeters mitübernimmt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Messung der zentralen
Körpertemperatur als oral oder rectal einführbarer Sensor ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung eine Wiegeeinrichtung, vorzugsweise eine Wiegeeinrichtung mit einer Federwaage und/oder einem piezoelektrischen Kraftauf- nehemer ist, die eine Einhängevorrichtung zum Befestigen einer Infusionsflasche oder dergleichen Behältnis aufweist und daß gegebenenfalls über ein Magnetventil eine Regelung der einlaufenden Infusionsmenge computergestüzt vorgesehen ist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich messende NIR- photoplethysmographische Monitoringeinrichtung zur Kontrolle orthostatisch-bedingter Volumenverschiebungen und/oder zur semiquantitative Überwachung kreislaufwirksamer Medikatio- nen, insbesonderebei kardiovaskulärenErkrankungenund/oder zur Optimierung der assistierten und kontrollierten Beatmung und/oder zur Überwachung der Spontanatmung, insbesondere bei Schlafapnoe oder Sudden Infant Death Syndrom und/oder zur Mikrozirkulationsdiagnostik, ins- besondere bei schwachem oder fehlendem Pulssignal, z.B. bei Gefäßerkrankungen und in der Transplantationschirurgie und/ oder zur Überwachung der Gewebsoxygenierung bei kontinuierlichem Blutfluß infolge des Einsatzes technischer Blutpumpen, z.B. Herz-Lungen-Maschine ausgebildet beziehungsweise verwendbar ist.
/Zusammenfassung
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