WO2005075013A1 - Vorrichtung zur beatmung sowie verfahren zur steuerung eines beatmungsgerätes - Google Patents

Vorrichtung zur beatmung sowie verfahren zur steuerung eines beatmungsgerätes Download PDF

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Wolfgang Wedler
Björn Tiemann
Christof Göbel
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Weinmann Geräte für Medizin GmbH & Co. KG
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    • A61M2016/0036—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter electrical in the breathing tube and used in both inspiratory and expiratory phase

Definitions

  • the invention relates to a device for ventilation, which has a breathing gas source, a control device and a connection device for connection to a ventilation mask and in which the control device is connected to at least one sensor for detecting a measurement parameter.
  • the invention also relates to a method for controlling a respirator, in which a respiratory gas source is controlled by a control device as a function of at least one measurement parameter.
  • Such a device and the method for controlling the ventilator can be used, for example, in connection with a so-called bilevel ventilation be used.
  • the ventilator provides an inspiratory pressure as well as an expiratory pressure.
  • a basic distinction is made between controlled ventilation, assisted ventilation and mixed ventilation forms.
  • volume-controlled ventilation a defined tidal volume is administered breath by breath, the pressure between the breaths can vary depending on the resistance.
  • pressure-controlled ventilation the therapy pressure is kept constant. The resulting volume can vary depending on mechanical respiratory parameters. Switching to the expiration phase is time-controlled.
  • volume-controlled ventilation In the case of volume-controlled ventilation, the focus is on the adequate application of a defined gas volume per breath. Pressure-controlled ventilation has the advantage that, with suitable parameter settings, no impermissible pressure peaks damage the lung tissue. However, the applied tidal volume is heavily dependent on the patient's cooperation in breathing and the respiratory mechanical parameters of resistance and lung compliance. On the other hand, volume-controlled ventilation is primarily useful for invasive ventilation, since mask ventilation causes leaks that Make parameters inaccurate even when calculating leakages.
  • volume-controlled ventilation With pressure-regulated and volume-controlled ventilation, the advantages of volume-controlled ventilation are coupled with the advantages of pressure-controlled ventilation.
  • the ventilation volume applied depends on the mechanical properties of the lungs and the ventilation pressure. If the volume falls below a preset value, the inspiratory pressure is increased in small increments in the following breaths until the target volume is reached.
  • assisted ventilation With assisted ventilation, the patient can determine the time of inspiration and expiration himself.
  • the device's breaths are therefore synchronized with the patient's efforts to inhale and exhale.
  • the breath of the device is volume or pressure controlled.
  • assisted, pressure-controlled ventilation the ventilator switches between a preset inspiratory and an expiratory pressure level in synchronization with the patient's breathing efforts.
  • Assisted ventilation in the so-called S mode allows free switching between inspiratory and expiratory pressure (IPAP, EPAP) depending on the breaths initiated by the patient (trigger through spontaneous breathing)
  • the ST mode In assisted ventilation in the so-called ST mode, the ST mode describes a mixed form of support for spontaneous breathing (S mode) and mandatory ventilation.
  • a background frequency is set, over which the minimum distance between breathing intervals is defined.
  • the patient has the option of triggering inspiration, ie switching to the IPAP, through breathing effort within these intervals (from an expiration phase). If the patient does not trigger until the maximum allowed interval length defined by the background frequency is reached, the ventilator triggers the switch to the inspiratory pressure level in order to provoke a breath of the patient.
  • the mode also enables mandatory attendance, during which the patient can request additional breaths.
  • the patient triggers the switch to inspiratory pressure through his breathing effort.
  • he has no freedom with regard to expiration.
  • the switch to the expiratory pressure level is inevitable.
  • the object of the present invention is to construct a device of the type mentioned in the introduction in such a way that the respirator generates a pressure during the inspiration phases in such a way that the respirator carries out as much of the breathing work as possible.
  • control device has a step generator for specifying an at least essentially step-like change in an inspiratory pressure generated by the respiratory gas source, in that the sensor is designed to measure a signal corresponding to the pressure curve and is coupled to an analyzer which has one evaluates the time course of an analysis signal dependent on the measurement signal and that the step generator increases the pressure by one pressure level in a ventilation cycle following the measurement value evaluation if the analyzer determines a deviation of the analysis signal from a limit value that exceeds a predeterminable minimum difference after a predetermined period of time following the pressure increase.
  • Another object of the present invention is to improve a method of the type mentioned in the introduction in such a way that optimal device control is supported.
  • control device changes the pressure generated by the respiratory gas source at least at times essentially stepwise, in that the sensor detects a measurement signal corresponding to the pressure curve, in that a time curve of an analysis signal dependent on the measurement signal is evaluated and a pressure increase in the inspiratory pressure is then carried out in a subsequent ventilation cycle if the analysis signal deviates from a limit value by at least one predeterminable point in time by a predeterminable minimum difference.
  • the step-like change in the inspiratory pressure and the corresponding evaluation of the analysis signal make it possible to carry out the device control while performing ventilation in such a way that the desired relief of the patient from breathing work is achieved. This ensures, on the one hand, that there is not too little relief from breathing work, but it also ensures that the ventilator avoids unnecessarily high pressure generation.
  • the invention can basically be implemented with two different method variants. According to a first method variant, starting from an initial state, the ventilation volume is gradually increased from one breath to a subsequent breath. This idea also includes generating the same inspiratory pressure for a few successive breaths and then depending on an evaluation of the analysis signal upon detection of the triggering condition for a pressure increase, then providing a higher pressure for one or again for several successive breathing cycles.
  • the ventilation pressure is typically kept at the same level for several ventilation cycles and the time period after which a possible volume reduction is evaluated by the control technology extends over the duration several ventilation cycles with inhalation and exhalation phases. If the patient has completely stopped breathing, there will be no decrease in the ventilation volume after an increase in pressure based on the response volume, since there is no longer any reduction in the patient's own activity and ventilation is completely predetermined by the ventilator.
  • the maximum value of the ventilation volume in the first ventilation cycle following the pressure increase can be used here as the limit value with which the maximum value of the ventilation volume in the ventilation cycles following the pressure increase is compared.
  • ventilation takes place during the predominant number of breaths with a conventional ventilation pressure curve, in which the increase in pressure over time during the breath decreases in the inspiration phase and at the end of the inspiration phase there is a relatively steep drop in the expiration pressure, which is essentially constant during the exposure phase.
  • stepwise increased pressure profiles which have an approximately rectangular profile are then recorded for one or more breaths.
  • the use of structurally simple sensors is supported in that the sensor is designed as a flow sensor.
  • the senor be followed by an integrator.
  • control device lowers the pressure via the step generator by one pressure step after a first failure to reduce the ventilation volume following a pressure increase.
  • control device is coupled to a setpoint memory for a setpoint of the ventilation volume.
  • a typical control sequence is that the control device is coupled to a rectangular generator for specifying the pressure curve in the inspiration phases and the expiration phases.
  • control device is coupled to a profile generator for specifying the pressure profile in the inspiration phases and the expiration phases.
  • a standardized signal processing is supported in that the analyzer has a differential pressure between see the inspiration phases and the expiration phases evaluates.
  • step generator lowers the expiratory pressure to increase a differential pressure.
  • Carrying out ventilation with a defined volume profile is supported in that the control device takes into account a setpoint value for the ventilation volume.
  • An advantageous control variant consists in that the control device only prescribes a reduction in pressure when an actual value of the ventilation volume exceeds the predetermined setpoint.
  • control device carries out a pressure increase in a first step until the ventilation volume reaches the predetermined target value and that a further pressure increase is then carried out.
  • a further control variant is defined in that an at least approximate rectangular pressure increase is specified for at least one individual breath.
  • FIG. 1 is a perspective view of a ventilator with a connecting tube to a respiratory mask
  • volume-time diagram after an increase in pressure with volume values actually measured from breath to breath in the presence of the patient's own activity
  • FIG. 5 shows a more detailed representation of the courses compared to FIG. 3, each with a plurality of successive ventilation cycles with the same inspiratory pressure and
  • Fig. 6 temporal courses of pressure and flow with a specification of a rectangular pressure increase for a single breath.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a device for ventilation.
  • a breathing gas pump is arranged in a device interior.
  • a connecting hose (5) is connected via a coupling (4).
  • An additional pressure measuring hose (6) can run along the connecting hose (5) can be connected to the device housing (1) via a pressure inlet connection (7).
  • the device housing (1) has an interface (8) to enable data transmission.
  • An exhalation element (9) is arranged in the area of an extension of the connecting hose (5) facing away from the device housing (1).
  • An exhalation valve can also be used.
  • Fig. 1 also shows a respiratory mask (10) which is designed as a nasal mask. According to another embodiment, a full face mask can also be used. A fixation in the area of a patient's head can take place via a hood (11).
  • the respiratory mask (10) has a coupling element (12) in the area of its extension facing the connecting tube (5).
  • Ficj. 2 shows the basic structure of the control-technical device components.
  • a control unit (13) is provided with an input module (14) for data input. Setpoints for ventilation can be entered by a doctor, for example, via the input module (14).
  • the control unit (13) is connected to a sensor: (15) which detects at least one ventilation parameter of a patient.
  • the senor (15) is designed as a flow sensor, the measurement signal for; Determining a volume value is fed to an integrator (17).
  • the integrator (17) is connected to an analyzer (18) for evaluating the volume profile.
  • the analyzer also receives the comparison value for the value stored in the area of the setpoint memory (16) Volume supplied.
  • the analyzer (18) is coupled to a step generator (19) which specifies a respective target pressure for a respiratory gas source.
  • the control engineering process is further explained by the diagrams in FIG. 3.
  • the curves shown are envelopes for the actual pressure and volume curves, which result depending on the respiratory rate. It can first be seen that when the first pressure increases are carried out after an initial sudden increase in the ventilation volume, this decreases again. This system behavior characterizes the patient's remaining self-activity. After the fourth pressure increase shown in the diagram, however, the ventilation volume remains at the high level that arises. This results from the patient's own activity already set at this point in time. To support an optimization of the device operating mode, the ventilation pressure generated can be reduced by one level.
  • FIG. 4 if the patient's own activity is still ascertainable, the ventilation volume measured by measurement is shown from breath to breath. It can be seen that after an initial sudden increase in the ventilation volume following an increase in pressure, the ventilation volume subsequently returns approximately to its initial value. The actually measured values scatter within a tolerance band around a decaying course similar to an e-function.
  • FIG. 5 shows the pressure profiles shown as envelope curves in FIG. 3 in greater detail. It can be seen that the same inspiratory pressure is given several times in succession. If the patient's own work is still present, the associated volume curves from breath to breath lead to decreasing peak values of the analysis signal. After a complete relief of the patient by reaching a correspondingly high pressure level, approximately the same maximum value of the analysis signal is reached from breath to breath.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Beatmung umfasst eine Atemgasquelle (20), eine Steuereinrichtung (13) sowie eine Anschlusseinrichtung zur Verbindung mit einer Beatmungsmaske. Die Steuereinrichtung ist an mindestens einen Sensor (15) zur Erfassung eines Messparameters angeschlossen. Das verfahren dient zur Steuerung eines Beatmungsgerätes. Die Steuereinrichtung weist einen Stufengenerator (19) zur Vorgabe einer stufenförmigen Veränderung des von der Atemgasquelle erzeugten Druckes auf. Der Sensor ist zur Messung eines zum Druckverlauf korrespondierenden Messsignals ausgebildet und mit einem Analysator (18) gekoppelt. Der Analysator wertet einen zeitlichen verlauf eines vom Messsignal abhängigen Analysesignals aus und der Stufengenerator erhöht den Druck in einem auf die Messauswertung folgenden Beatmungszyklus um eine Druckstufe, wenn der Analysator nach Ablauf einer auf die Druckerhöhung folgenden vorgebbaren Zeitspanne eine Abweichung des Analysesignals von einem Grenzwert ermittelt. Die Abweichung muss hierbei für die Auslösung einer Druckveränderung eine vorgebbare Mindestdifferenz übersteigen.

Description

Vorrichtung zur Beatmung sowie Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beatmung, die eine Atemgasquelle, eine Steuereinrichtung sowie eine Anschlußeinrichtung zur Verbindung mit einer Beatmungsmaske aufweist und bei der die Steuereinrichtung an mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Meßparameters angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes, bei dem eine Atemgasquelle von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einem Meßparameter angesteuert wird.
Eine derartige Vorrichtung sowie das Verfahren zur Steuerung des Beatmungsgerätes können beispielsweise im Zusammenhang mit einer sogenannten Bilevel-Beatmung eingesetzt werden. Das Beatmungsgerät stellt hierbei einen Inspirationsdruck sowie einen Expirationsdruck bereit. Grundsätzlich wird zwischen einer kontrollierten Beatmung, einer assistierten Beatmung sowie Beatmungsmischformen unterschieden.
Bei der kontrollierten Beatmung werden die Beatmungsparameter während der Inspiration vollständig vom Beatmungsgerät bestimmt. Es liegen grundsätzlich zwei Formen der kontrollierten Beatmung vor, nämlich vόlumen- kontrollierte und druckkontrollierte Beatmung. Bei der volumenkontrollierten Beatmung wird Atemzug für Atemzug ein definiertes Tidalvolumen verabreicht, der Druck kann zwischen den Atemhüben widerstandsabhängig variieren. Grundlage für die Umschaltung in die Exspirati- onsphase ist die Erreichung eines vorgegebenen Zielvolumens oder einer Inspirationszeit. Bei der druckkontrollierten Beatmung wird der Therapiedruck konstant gehalten. Das resultierende Volumen kann abhängig von atemmechanischen Parametern variieren. Die Umschaltung in die Exspirationsphase erfolgt zeitgesteuert .
Bei einer volumenkontrollierten Beatmung steht die hinreichende Applizierung eines definierten Gasvolumens pro Atemhub im Vordergrund. Die druckkontrollierte Beatmung besitzt den Vorteil, daß bei geeigneter Parametereinstellung keine unzulässigen Druckspitzen das Lungengewebe schädigen. Allerdings ist das applizierte Tidalvolumen stark abhängig von der Mitarbeit des Patienten bei der Atmung und von den atemmechanischen Größen Resistance und Lungen- Compliance. Andererseits ist die volumenkontrollierte Beatmung grundsätzlich primär bei der invasiven Beatmung sinnvoll, da bei der Maskenbeatmung Leckagen auftreten, die den eigentlichen Regelpa- rameter auch bei einer Kalkulation von auftretenden Leckagen ungenau machen.
Bei einer druckregulierten und volumenkontrollierten Beatmung werden Vorteile der volumenkontrollierten Beatmung mit den Vorteilen der druckkontrollierten Beatmung gekoppelt. Das applizierte Beatmungsvolumen ist abhängig von mechanischen Eigenschaften der Lunge und vom Beatmungsdruck. Fällt das Volumen unter einen voreingestellten Wert, wird in den folgenden Atemhüben der inspiratorische Druck in kleinen Schritten angehoben, bis das Zielvolumen erreicht ist .
Bei der assistierten Beatmung kann der Patient den Zeitpunkt der Inspiration und Exspiration selbst bestimmen. Die Atemhübe des Gerätes werden also mit den Ein- und Ausatembemühungen des Patienten synchronisiert. Der Atemhub des Gerätes erfolgt volumen- oder druckgeregelt. Das Beatmungsgerät schaltet bei der assistierten, druckgeregelten Beatmung synchron zu den Atembemühungen des Patienten zwischen einem voreingestellten inspiratorischen und einem expiratorischen Druckniveau .
Die assistierte Beatmung im sogenannten S-Modus erlaubt die freie Umschaltung zwischen inspiratorischem und exspiratorischem Druck (IPAP, EPAP) abhängig von durch den Patienten initiierten Atemhüben (Trigger durch die Spontanatmung)
Bei der assistierten Beatmung im sogenannten ST-Modus beschreibt der ST-Modus eine Mischform aus Unterstützung der spontanen Atmung (S- Modus) und mandatorischer Beatmung. Es wird eine Hintergrundfrequenz festgelegt, über die der Mindestabstand zwischen Atemintervallen definiert ist. Der Patient hat die Möglichkeit, innerhalb dieser Intervalle (aus einer Exspirationsphase) eine Inspiration, d.h. Umschaltung in den IPAP durch Atemanstrengung auszulösen. Erfolgt bis zur Erreichung der durch die Hintergrundfrequenz definierten maximalen erlaubten Intervall-Länge keine Triggerung durch den Patienten, löst das Beatmungsgerät die Umschaltung auf das inspiratorische Druckniveau aus, um so einen Atemhub des Patienten zu provozieren. Der Modus ermöglicht ebenfalls eine mandatorische Beamtung, während der der Patient zusätzliche Atemhübe abfordern kann.
In einem weiteren Beatmungsverfahren triggert der Patient durch seine Atemanstrengung die Umschaltung auf den inspiratorischen Druck. Es verbleibt ihm jedoch keine Freiheit in Bezug auf die Exspiration. Nach einer festgelegten Inspirationszeit erfolgt zwangsläufig die Umschaltung auf das exspiratorische Druckniveau.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß das Beatmungsgerät während der Inspirationsphasen einen Druck derart generiert, daß das Beatmungsgerät einen möglichst vollständigen Anteil der Atemarbeit durchführt .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung einen Stufengenerator zur Vorgabe einer wenigstens zeitweise im wesentlichen stufenförmigen Veränderung eines von der Atemgasquelle erzeugten inspiratorischen Druckes aufweist, daß der Sensor zur Messung eines zum Druckverlauf korrespondierenden Signals ausgebildet und mit einem Analysator gekoppelt ist, der einen zeitlichen Verlauf eines vom Meßsignal abhängigen Analysesignals auswertet und daß der Stufen- generator den Druck in einem auf die Meßwertauswertung folgenden Beatmungszyklus um eine Druckstufe erhöht, wenn der Analysator nach Ablauf einer auf die Druckerhöhung folgenden vorgebbaren Zeitspanne eine Abweichung des Analysesignals von einem Grenzwert ermittelt, die eine vorgebbare Mindestdifferenz übersteigt.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine optimale Gerätesteuerung unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Steuereinrichtung der von der Atemgasquelle generierte Druck wenigstens zeitweise im wesentlichen stufenförmig verändert wird, daß vom Sensor ein zum Druckverlauf korrespondierendes Meßsignal erfaßt wird, daß ein zeitlicher Verlauf eines vom Meßsignal abhängigen Analysesignals ausgewertet und eine Druckerhöhung des inspiratorischen Druckes in einem folgenden Beatmungszyklus dann durchgeführt wird, wenn das Analysesignal zu mindestens einem vorgebbaren Zeitpunkt um eine vorgebbare Mindestdifferenz von einem Grenzwert abweicht .
Die stufenförmige Veränderung des inspiratorischen Druckes sowie die hierzu korrespondierende Auswertung des Analysesignals ermöglicht es, während der Durchführung der Beatmung die Gerätesteuerung derart durchzuführen, daß gerade die gewünschte Entlastung des Patienten von der Atemarbeit erreicht wird. Es wird hierdurch zum einen sichergestellt, daß keine zu geringe Entlastung von der Atemarbeit erfolgt, darüber hinaus wird aber auch erreicht, daß eine unnötig hohe Druckge- nerierung durch das Beatmungsgerät vermieden wird. Die Erfindung kann grundsätzlich mit zwei unterschiedlichen Verfahrensvarianten realisiert werden. Gemäß einer ersten Verfahrensvariante erfolgt ausgehend von einem Ausgangszustand eine stufenweise Erhöhung des Beatmungsvolumens von einem Atemzug zu einem folgenden Atemzug. Umfaßt ist von dieser Idee auch, zunächst bei einigen aufeinanderfolgenden Atemzügen einen gleichen inspiratorischen Druck zu generieren und in Abhängigkeit von einer Auswertung des Analysesignals bei Erkennung der Auslösebedingung für eine Druckerhöhung dann für einen oder wiederum für mehrere aufeinanderfolgende Atemzyklen einen höheren Druck vorzusehen.
Durch eine bei der ersten Ausführungsvariante erfolgende meßtechnischen Erfassung eines eventuellen Rückganges eines Maximalwertes des Beatmungsvolumens nach einer vorhergehenden Druckerhöhung wird ermittelt, ob der betreffende Patient noch durch Eigenaktivität zum Beatmungsvolumen beiträgt . Nach einer Druckerhöhung setzt der Patient typischerweise zunächst seine eigene Atemarbeit unverändert fort, so daß sich das gerätetechnisch erzeugte Atemvolumen sowie das vom Patienten selbst hervorgerufene Atemvolumen addieren. Nach einer gewissen Reaktionszeit vermindert der Patient dann automatisch seine Eigenaktivität, so daß ein Rückgang des Beatmungsvolumens meßtechnisch erfaßbar ist. Die Verminderung kann beispielsweise schrittweise oder sukzessiv erfolgen.
Typischerweise wird der Beatmungsdruck nach einer Druckerhöhung für mehrere Beatmungszyklen auf einem gleichen Niveau belassen und die Zeitspanne, nach deren Ablauf eine eventuelle Volumenreduktion steuerungstechnisch ausgewertet wird, erstreckt sich über die Dauer mehrerer Beatmungszyklen mit Einatmungs- und Ausatmungsphasen. Wenn der Patient seine eigene Atmungsaktivität vollständig eingestellt hat, wird nach einer Druckerhöhung ausgehend vom sich einstellenden Antwort- volumen kein Rückgang des Beatmungsvolumens festgestellt, da keine reduzierbare Eigenaktivität des Patienten mehr vorliegt und die Beatmung vollständig durch das Beatmungsgerät vorgegeben ist. Als der Grenzwert, mit dem der Maximalwert des Beatmungsvolumens in den auf die Druckerhöhung folgenden Beatmungszyklen verglichen wird, kann hier der Maximalwert des Beatmungsvolumens im ersten auf die Druckerhöhung folgenden Beatmungszyklus verwendet werden.
Gemäß einer zweiten AusführungsVariante der Erfindung erfolgt die Beatmung während der überwiegenden Anzahl der Atemzüge mit einer üblichen Beatmungsdruckkurve, bei der die Steigung des Druckes über der Zeit während des Atemzuges in der Inspirationsphase abnimmt und zum Ende der Inspirationsphase ein relativ steiler Abfall auf den Expirationsdruck erfolgt, der während der Expi- rationsphase im wesentlichen konstant ist. In diese Folge der üblichen Beatmungsdruckverläufe werden dann für einen oder mehrere Atemzüge stufenförmig erhöhte Druckverläufe aufgenommen, die einen näherungsweise rechteckförmigen Verlauf besitzen.
Falls ein erfaßter Flowverlauf über wenigstens den überwiegenden Teil der Inspirationsphase angenähert dem rechteckförmigen Druckverlauf folgt, so liegt eine aktive Patientenatmung vor. Erfolgt nach einem Anstieg des Flowverlaufs im Anschluß an die sprungförmige Druckerhöhung bei weiterhin konstant anliegendem Druck ein Rückgang des Flowvolumens, so ist dies ein Zeichen für eine passive Lunge des Patienten. Wird nach einer schrittweisen Druckerhöhung erstmals ein derartiger Flowverlauf detektiert, so ist das für eine Entlastung des Patienten von einer Atemarbeit gesuchte Druckniveau gerade erreicht .
Eine Verwendung konstruktiv einfacher Sensoren wird dadurch unterstützt, daß der Sensor als ein Flow-Sensor ausgebildet ist.
Zur Ermittlung eines Signales für das Beatmungsvolumen ohne direkte Volumenmessung wird vorgeschlagen, daß dem Sensor ein Integrator nachgeschaltet ist.
Eine Optimierung der Gerätesteuerung wird dadurch unterstützt, daß die Steuereinrichtung nach einem erstmaligen Ausbleiben einer auf eine Druckerhöhung folgenden Verringerung des Beatmungsvolumens den Druck über den Stufengenerator um eine Druckstufe absenkt . Eine erweiterte Funktionalität wird dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung mit einem Sollwertspeicher für einen Sollwert des Beatmungsvolumens gekoppelt ist.
Ein typischer Steuerungsablauf besteht darin, daß die Steuereinrichtung mit einem Rechteckgenerator zur Vorgabe des Druckverlaufes in den Inspirationsphasen sowie den Expirationsphasen gekoppelt ist.
Zur Generierung individuell angepaßter Druckverläufe ist auch daran gedacht, daß die Steuereinrichtung mit einem Verlaufsgenerator zur Vorgabe des Druckverlaufes in den Inspirationsphasen sowie den Expirationsphasen gekoppelt ist.
Eine normierte Signalverarbeitung wird dadurch unterstützt, daß der Analysator einen Differenzdruck zwi- sehen den Inspirationsphasen und den Expirationsphasen auswertet .
Eine weitere Variante zur Drucksteuerung besteht darin, daß der Stufengenerator zur Erhöhung eines Differenz- druckes den expiratorischen Druck absenkt.
Eine Durchführung der Beatmung mit definiertem Volumenverlauf wird dadurch unterstützt, daß von der Steuereinrichtung ein Sollwert für das Beatmungsvolumen berücksichtigt wird.
Eine vorteilhafte Steuerungsvariante besteht darin, daß von der Steuereinrichtung eine Druckabsenkung nur dann vorgegeben wird, wenn ein Istwert des Beatmungsvolumens den vorgegebenen Sollwert übersteigt.
Ebenfalls ist daran gedacht, daß die Steuereinrichtung eine Druckerhöhung in einem ersten Schritt derart durchführt, bis das Beatmungsvolumen den vorgegebenen Sollwert erreicht und daß anschließend eine weitere Druckerhöhung durchgeführt wird.
Eine weitere Steuerungsvariante wird dadurch definiert, daß für mindestens einen einzelnen Atemzug ein zumindest angenäherter rechteckförmiger Druckanstieg vorgegeben wird.
Insbesondere ist es möglich, daß der Flowverlauf im Anschluß an den sprungförmigen Druckanstieg hinsichtlich des Vorliegens eines Anstieges auf ein Maximum sowie eines anschließenden dezellerierenden Verlaufes ausgewertet wird. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Beatmungsgerätes mit Verbindungsschlauch zu einer Beatmungsmaske,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen funktioneilen Komponenten,
Fig. 3 ein Druck- eit-Diagramm sowie ein Volumen- Zeit-Diagramm mit Hüllkurven für die tatsächlichen Verläufe,
Fig. 4 ein Volumen- eit-Diagramm nach einer Druckerhöhung mit tatsächlich von Atemzug zu Atemzug gemessenen Volumenwerten bei vorhandener Eigenaktivität des Patienten,
Fig. 5 eine gegenüber Fig. 3 stärker detaillierte Darstellung der Verläufe mit jeweils einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Beatmungszyklen mit gleichem inspiratorischem Druck und
Fig. 6 zeitliche Verläufe von Druck und Flow bei einer Vorgabe eines rechteckförmigen Druckanstieges für einen einzelnen Atemzug.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Beatmung. Im Bereich eines Gerätegehäuses (1) mit Bedienfeld (2) sowie Anzeige (3) ist in einem Gerä- teinnenraum eine Atemgaspumpe angeordnet . Über eine Kopplung (4) wird ein Verbindungsschlauch (5) angeschlossen. Entlang des Verbindungsschlauches (5) kann ein zusätzlicher Druckmeßschlauch (6) verlaufen, der über einen Druckeingangsstutzen (7) mit dem Gerätege- hau.se (1) verbindbar ist. Zur Ermöglichung einer Datenübertragung weist das Gerätegehäuse (1) eine Schnittstelle (8) auf.
Im Bereich einer dem Gerätegehäuse (1) abgewandten Ausdehnung des Verbindungsschlauches (5) ist ein Ausatmungselement (9) angeordnet. Ebenfalls kann ein Ausatemventil verwendet werden.
Fig. 1 zeigt darüber hinaus eine Beatmungsmaske (10), die als Nasalmaske ausgebildet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch eine Vollgesichtsmaske verwendet werden. Eine Fixierung im Bereich eines Kopfes eines Patienten kann über eine Kopfhaube (11) erfolgen. Im Bereich ihrer dem Verbindungsschlauch (5) zugewandten Ausdehnung weist die Beatmungsmaske (10) ein Kupplungselement (12) auf.
Ficj . 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der steuerungstechnischen Vorrichtungskomponenten. Eine Steuereinheit (13) ist mit einem Eingabemodul (14) zur Dateneingabe veirsehen. Über das Eingabemodul (14) können beispielsweise von einem Arzt Sollwerte für die Beatmung eingegeben werden. Die Steuereinheit (13) ist mit einem Sensor: (15) verbunden, der mindestens einen Beatmungsparameter eines Patienten erfaßt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor (15) als ein Flow-Sensor ausgebildet, dessen Meßsignal zur; Ermittlung eines Volumenwertes einem Integrator (17) zugeführt wird. Der Integrator (17) ist mit einem Analysator (18) zur Auswertung des Volumenverlaufes verbunden. Dem Analysator wird auch der im Bereich des SollwertSpeichers (16) abgelegte Vergleichswert für das Volumen zugeführt . Darüber hinaus ist der Analysator (18) mit einem Stufengenerator (19) gekoppelt, der einen jeweiligen Solldruck für eine Atemgasquelle vorgibt.
Der steuerungstechnische Ablauf wird durch die Diagramme in Fig. 3 weiter erläutert. Die dargestellten Verläufe sind jeweils Hüllkurven für die tatsächlichen Druck- bzw. Volumenverläufe, die sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Beatmungsfrequenz ergeben. Es ist zunächst zu erkennen, daß bei der Durchführung der ersten Drucksteigerungen nach einer anfänglichen sprunghaften Steigerung des Beatmungsvolumens dieses wieder zurückgeht. Dieses Systemverhalten charakterisiert eine noch verbliebene Eigenaktivität des Patienten. Nach der im Diagramm dargestellten vierten Druckerhöhung bleibt das Beatmungsvolumen hingegen auf dem sich einstellenden hohen Pegel . Dies resultiert aus einer zu diesem Zeitpunkt bereits eingestellten Eigenaktivität des Patienten. Zur Unterstützung einer Optimierung der Gerätebetriebsweise kann der erzeugte Beatmungsdruck somit wieder um eine Stufe zurückgenommen werden.
In Fig. 4 ist bei einer noch feststellbaren Eigenaktivität des Patienten das meßtechnisch erfaßte Beatmungsvolumen von Atemzug zu Atemzug wiedergegeben. Es ist zu erkennen, daß nach einer auf eine Druckerhöhung folgenden anfänglichen sprungförmigen Erhöhung des Beatmungsvolumens dieses anschließend wieder näherungsweise auf seinen Ausgangswert zurückgeht . Die tatsächlich gemessenen Werte streuen dabei innerhalb eines Toleranzbandes um einen abklingenden Verlauf ähnlich zu einer e-Funktion. Fig. 5 zeigt die in Fig. 3 jeweils als Hüllkurven dargestellten Druckverläufe in einer stärkeren Detailliertheit. Es ist zu erkennen, daß aufeinanderfolgend jeweils mehrfach ein gleicher inspiratorischer Druck vorgegeben wird. Bei einer noch vorhandenen Eigenarbeit des Patienten ergeben sich bei den zugehörigen Volumenverläufen von Atemzug zu Atemzug abnehmende Spitzenwerte des Analysesignals. Nach einer vollständigen Entlastung des Patienten durch Erreichen eines entsprechend hohen Druckniveaus wird von Atemzug zu Atemzug näherungsweise ein gleicher Maximalwert des Analysesignals erreicht .
Alternativ oder ergänzend zur meßtechnischen Erfassung eines zum Volumenverlauf korrespondierenden Meßparameters nach sprungförmiger Druckerhöhung ist es entsprechend der Darstellung in Fig. 6 auch möglich, während einer Beatmung mit einer Druckkurvenform, die abweichend von einer Recht-eckkurve ist, für einen einzelnen Atemzug einen zumindest angenähert rechteckförmigen Druckanstieg vorzugeben und den sich einstellenden Flow meßtechnisch zu erfassen. Bei Fehlen einer eigenen Atemaktivität des Patienten erfolgt aufgrund einer dann passiven Lunge ein schneller Flowanstieg auf ein Maximum und ein anschließender dezellerierender Flowverlauf. Liegt dieser Flowverlauf nicht vor, kann vom Analysator (18) auf eine aktive Atmung des Patienten rückgeschlossen werden.
Insbesondere kann bei einer deutlichen Abweichung von diesem Flowlauf auf eine hohe Eigenaktivität des Patienten geschlossen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Beatmung, die eine Atemgasquelle, eine Steuereinrichtung sowie eine Anschlußeinrichtung zur Verbindung mit einer Beatmungsmaske aufweist und bei der die Steuereinrichtung an mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Meßparameters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) einen Stufengenerator (19) zur Vorgabe einer wenigstens zeitweise im wesentlichen stufenförmigen Veränderung eines von der Atemgasquelle (20) erzeugten inspiratorischen Druckes aufweist, daß der Sensor (15) zur Messung eines zum Druckverlauf korrespondierenden Signals ausgebildet und mit einem Analysator (18) gekoppelt ist, der einen zeitlichen Verlauf eines vom Meßsignal abhängigen Analysesignals auswertet und daß der Stufengenerator (19) den Druck in einem auf die Meßwertauswertung folgenden BeatmungsZyklus um eine Druckstufe erhöht, wenn der Analysator (18) nach Ablauf einer auf die Druckerhöhung folgenden vorgebbaren Zeitspanne eine Abweichung des AnalyseSignals von einem Grenzwert ermittelt, die eine vorgebbare Mindestdifferenz übersteigt .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator zur Auswertung eines Verlaufes des Beatmungsvolumens als Analysesignal ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (18) zur Analyse eines Flowverlaufs als Analysesignal ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (18) zur Erkennung eines Rückganges eines maximalen Beatmungsvolumens von Atemzug zu Atemzug bei gleichbleibendem inspiratorischem Druck ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (18) zur Erkennung eines im Anschluß an eine sprunghafte Druckerhöhung nach einer vorgebbaren Zeitspanne auftretenden Rückganges des Flows ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) als ein Flow-Sensor ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (15) ein Integrator (17) nachgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) nach einem erstmaligen Ausbleiben einer auf eine Druckerhöhung folgenden Verringerung des Beatmungsvolumens den Druck über den Stufengenerator (19) um eine Druckstufe absenkt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) mit einem SollwertSpeicher für einen Sollwert des Beatmungsvolumens gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) mit einem Rechteckgenerator zur Vorgabe des Druckverlaufes in den Inspirationsphasen sowie den Expirationsphasen gekoppelt ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) mit einem Verlaufsgenerator zur Vorgabe des Druckverlaufes in den Inspirationsphasen sowie den Expirationsphasen gekoppelt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (18) eine Druckdifferenz zwischen den Inspirationsphasen und den Expirationsphasen auswertet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufengenerator (19) zur Erhöhung einer Druckdifferenz den expiratorischen Druck: absenkt.
14. Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes, bei dem eine Atemgasquelle von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einem Meßparameter angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (13) der von der Atemgasquelle (20) generierte Druck wenigstens zeitweise im wesentlichen stufenförmig verändert wird, daß vom Sensor (15) ein zum Druckverlauf korrespondierendes Meßsignal erfaßt wird, daß ein zeitlicher Verlauf eines vom Meßsignal abhängigen Analysesignals ausgewertet und eine Druckerhöhung des inspiratorischen Druckes in einem folgenden Beatmungszyklus dann durchgeführt wird, wenn das Analysesignal zu mindestens einem vorgebbaren Zeitpunkt um eine vorgebbare Mindestdifferenz von einem Grenzwert abweicht .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verminderung des Beatmungsvolumens relativ zu einem sich unmittelbar nach einer Druckerhöhung einstellenden Beatmungsvolumens de- tektiert wird und daß die Steuereinrichtung (13) eine Druckerhöhung genau dann vorgibt, wenn die Verminderung des Beatmungsvolumens eine vorgebbare Mindestdifferenz nach Ablauf einer auf die Druckerhöhung vorgebbaren Zeitspanne übersteigt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an eine wenigstens näherungsweise sprungförmige Druckerhöhung eine Beibehaltung des im vorangehenden Atemzug realisierten Druckverlaufes vorgegeben wird, wenn eine vorgebbare Zeitspanne nach der Durchführung der sprungartigen Druckerhöhung ein abnehmender Flow bei im wesentlichen gleichbleibendem Druck detektiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sensor (15) eine Flowmessung durchgeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumensignal durch eine Integration des Flowsignals erzeugt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck nach einer erstmaligen Erkennung eines Ausbleibens eines Rückganges des Beatmungsvolumens nach einer vorhergehenden Druckerhöhung um eine Druckstufe abgesenkt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (13) ein Zielwert für das Beatmungsvolumen berücksichtigt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Beatmungsdruck entsprechend des Verlaufes eines Rechtecksignals gesteuert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Beatmungsdruck von der Steuereinrichtung (13) entsprechend einem vorgegebenen Druckverlauf variiert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckdifferenz zwischen dem inspiratorischen und dem expiratorischen Druck ermittelt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz durch Absenkung des expiratorischen Druckes erhöht wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckveränderung von Beatmungszyklus zu Beatmungszyklus durchgeführt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck für mindestens zwei aufeinanderfolgende Inspirationsphasen konstant gehalten wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck für mindestens zwei aufeinanderfolgende Expirationsphasen konstant gehalten wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (13) eine Druckabsenkung nur dann vorgegeben wird, wenn ein Istwert des Beatmungsvolumens den vorgegebenen Sollwert übersteigt .
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) eine Druckerhöhung in einem ersten Schritt derart durchführt, bis das Beatmungsvolumen den vorgegebenen Sollwert erreicht und daß anschließend eine weitere Druckerhöhung durchgeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen einzelnen Atemzug ein zumindest angenäherter rechteckförmiger Druckanstieg vorgegeben wird.
1. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Flowverlauf im Anschluß an den sprungformigen Druckanstieg hinsichtlich des Vor- liegens eines Anstieges auf ein Maximum sowie eines anschließenden dezellerierenden Verlaufes ausgewertet wird.
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