WO2007137825A2 - Method for the continuous determination of the intratidal dynamic respiratory mechanics of each breath by means of sliding multiple regression analysis - Google Patents
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Definitions
- ARDS acute respiratory deficiency syndrome
- ARDS acute respiratory deficiency syndrome
- positive pressure ventilation can mechanically damage the already diseased lung (respiratory-related lung damage).
- the shear forces in the lungs due to the cyclical closing of the alveoli at the end of the expiration and their reopening at the beginning of inspiration are held responsible for the respiratory-associated lung damage (atelectomy).
- PEEP positive end-expiratory pressure level
- the SLICE method forms the basis for the method proposed here.
- the SLICE method divides the breath into six equal volume sections. From the measured quantities, pressure, gas flow, volume and volumetric acceleration, the model-based parameters can be determined dynamically by means of multiple regression analysis (MRA)
- MRA multiple regression analysis
- the SLICE method in its present form delivers six individual values for the volume-dependent parameters P0, R, C and / or I by means of its fixed division into six contiguous volume areas (SLICES) for each breath.
- SICES contiguous volume areas
- the Dynostatic method was used to deduce dynamically measured pressure and volume values for the quasi-static pressure-volume curve. It will be described
- the stress index returns the parameter b, which can be determined if under exactly
- the stress index is a parameter whose mathematical meaning is not unambiguous. Indications of the condition of the mechanical parameters of the respiratory system are given by the stress index only under the hypothetical assumption that R is constant and independent of volume. A v ⁇ lümenabphaserigigef resistance so could "mask a change in the volumetric expandability C or suggest Likewise, a lead (typically) increasing volumetric expandability C in the early inspiratory phase in combination with a falling volumetric expandability C in late inspiratory phase to a stress index of a constant volumetric expandability C. Feigns In the case of unfavorable constellations, the parameter b can therefore falsely suggest optimal ventilation. The method requires a nearly constant inspiratory flow, which is hardly realizable in practice.This method is in principle not applicable to pressure-controlled ventilation.
- the invention solves this problem by determining the window from which the local parameters are determined by means of multiple regression analysis (MRA), via which data record "slides.”
- MRA multiple regression analysis
- Fig. 1 Clarification of the sliding MRA (multiple regression analysis)
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Abstract
The invention relates to a method for quasi-continuously determining the intratidal dynamic respiratory mechanics by means of the parameters basic dynamic pressure P0, flow resistance R, compliance C, inertance I, and the actual alveolar pressure Palv. In order to do so, a sliding analysis window is moved across the data record such that the parameters can be determined at virtually any resolution by means of multiple regression analysis, thus allowing the intratidal curves of said respiratory parameters to be determined quasi-continuously regardless of the form of ventilation used. According to the inventive method, respiratory test data is determined from a sliding window range of any size such that said respiratory test data is defined by a section of the volume axis or the pressure axis or the flow axis, and the data that is assigned to the window range is used for locally calculating the P0, R, C, I, and/or Palv. For this purpose, linear or non-linear functional curves are determined for the respective parameters such that a quasi-continuous curve of the respiratory parameters is obtained by sliding the window along the respective axis. Additionally, continuous stepless approximations of mathematical functions can be determined from the quasi-continuous parameter values.
Description
Verfahren zur atemzugsweisen kontinuierlichen Bestimmung der intratidalen dynamischen Atemmechanik mittels gleitender multipler RegressionsanalyseA method for the continuous measurement of intratidal dynamic respiratory mechanics by means of sliding multiple regression analysis
Problemstellung aus klinischer und physiologischer Sicht Künstliche oder mechanische Beatmung erfolgt entweder kontrolliert oder in Form von unterstützter Spontanatmung. Im Hinblick auf das Ziel einer lungenschonenden/ lungenprotektiven Beatmung kündigt sich bereits seit einiger Zeit ein Paradigmenwechsel an, von der statischen Betrachtung der Mechanik anhand flussloser Messungen hin zur Bewertung der Atemmechanik unter dynamischen Bedingungen. Bisherige Versuche, auf der Basis der statischen Atemmechanik die Beatmung zu optimieren, konnten die Bedingungen der Beatmung für Patienten nicht entscheidend verbessern. Aus diesem Grund konnten sich in der klinischen Praxis individuell an der Atemmechanik des Patienten orientierte Beatmungseinstellungen nicht gegen sehr allgemein gehaltene Richtlinien zur Beatmungseinstellung durchsetzen. Hingegen erwiesen sich erste Schritte in Richtung der dynamischen Betrachtung der Atemmechanik als hilfreich bei der Einstellung der Beatmung. Beispielsweise konnten im Tierversuch die Reduktion von Inflammationsmarkem bei individualisierter Beatmungseinstellung anhand dynamischer Betrachtung nachgewiesen werden [1 , 2].Problem from a clinical and physiological point of view Artificial or mechanical ventilation is either controlled or in the form of assisted spontaneous breathing. With regard to the goal of a lung-sparing / lung-protective ventilation, a paradigm shift has been announced for some time, from the static view of mechanics based on fluxless measurements to the evaluation of the respiratory mechanics under dynamic conditions. Previous attempts to optimize ventilation based on static respiratory mechanics did not significantly improve patient ventilation conditions. For this reason, in clinical practice, individual respiratory settings based on the respiratory mechanics of the patient could not prevail against very general guidelines for stopping respiration. On the other hand, the first steps towards the dynamic consideration of the respiratory mechanics proved to be helpful in the adjustment of the ventilation. For example, in animal experiments, the reduction of inflammation markers in individualized ventilation settings could be demonstrated by dynamic observation [1, 2].
Da die Krankheitsbilder, welche die künstliche Beatmung erforderlich machen, unterschiedlichste Ursachen haben und damit der mechanische Zustand des respiratorischen Systems individuell verschiedenste Ansprüche an eine adäquate Beatmungstherapie stellt, wäre aus diagnostischer Sicht eine kontinuierliche individuelle Bestimmung der Atemmechanik unter Bedingungen der fortlaufenden Beatmung sinnvoll und wünschenswert, um daraus die optimal abgestimmte Beatmungstherapie abzuleiten.Since the clinical pictures which necessitate artificial respiration have very different causes and thus the mechanical condition of the respiratory system individually demands a great variety of adequate ventilation therapy, a continuous individual determination of respiratory mechanics under conditions of continuous ventilation would be sensible and desirable from a diagnostic point of view. in order to derive the optimally matched ventilation therapy.
Hierzu exemplarisch einige Erläuterungen:For example, some explanations:
Das schwere Lungenversagen, im internationalen Sprachgebrauch als ARDS (acute respiratory deficiency Syndrome) bezeichnet, ist definiert durch eine Kombination klinischer Symptome. Das bedeutet in der Praxis, dass das Krankheitsbild des ARDS sowohl Patienten mit schweren Schädigungen des Lungengewebes (Ödeme, Atelektasen - pulmonales ARDS) als auch z.B. Patienten mit Schwellungen des Unterleibs, die das Diaphragma und damit die spontane Atmung blockieren, bei ansonsten völlig gesundem Lungengewebe (extrapulmonales ARDS), einschließt.Severe lung failure, known in international usage as ARDS (acute respiratory deficiency syndrome), is defined by a combination of clinical symptoms. This means in practice that the clinical picture of ARDS can be found both in patients with severe lung tissue damage (edema, atelectasis - pulmonary ARDS) and, for example, Patients with abdominal swelling, which block the diaphragm and thus spontaneous breathing, in otherwise completely healthy lung tissue (extrapulmonary ARDS), includes.
Bei Patienten mit akutem oder chronischem Lungenversagen kann die Überdruckbeatmung mechanisch zur zusätzlichen Schädigung der bereits erkrankten Lunge
(beatmungsassoziierter Lungenschaden) führen. Vor allem die in der Lunge auftretenden Scherkräfte durch das zyklische Verschließen von Lungenbläschen am Ende der Exspiration und durch deren Wiedereröffnen am Beginn der Inspiration werden für den beatmungsassoziierten Lungenschaden (Atelekttrauma) verantwortlich gemacht. Bisher wird nur durch Einstellung des positiven endexsopiratorischen Druckniveaus (PEEP) versucht, den globalen Dehnungszustand der Lunge zu beeinflussen. Durch eine individuelle Bestimmung der Atemmechanik kann die Beatmung im Hinblick auf die Vermeidung von beatmungsassoziierten Lungenschäden optimiert werden.In patients with acute or chronic lung failure, positive pressure ventilation can mechanically damage the already diseased lung (respiratory-related lung damage). In particular, the shear forces in the lungs due to the cyclical closing of the alveoli at the end of the expiration and their reopening at the beginning of inspiration are held responsible for the respiratory-associated lung damage (atelectomy). Until now, attempts have been made to influence the global strain state of the lung only by adjusting the positive end-expiratory pressure level (PEEP). By means of an individual determination of the respiratory mechanics, the ventilation can be optimized with regard to the avoidance of ventilator-associated lung damage.
Es gibt Hinweise, dass insbesondere beim ARDS das respiratorische System in Exspiration andere mechanischen Eigenschaften hat als in Inspiration. Es besteht daher seitens der Intensivmediziner ein erhebliches Interesse, die atemmechanischen Eigenschaften der schwerkranken Lunge getrennt nach In- und Exspiration zu analysieren (respiratorisches Monitoring).There is some evidence that, especially in ARDS, the respiratory system in expiration has different mechanical properties than in inspiration. There is therefore a considerable interest on the part of intensive care physicians in analyzing the respiratory mechanical properties of the seriously ill lung separately after inhalation and expiration (respiratory monitoring).
Die stufenlose Analyse der Atemmechanik unter Trennung von Inspiration und Exspiration wäre mit Hilfe der aktiven Beeinflussung des exspiratorischen Flussmusters (Patentantrag DE 10 2004 019 122 A1) sehr elegant realisierbar.The continuous analysis of the respiratory mechanics with separation of inspiration and expiration would be very elegant with the help of the active influence of the expiratory flow pattern (Patent Application DE 10 2004 019 122 A1).
Problemstellung aus medizintechnischer SichtProblem from a medical point of view
Die klassische Bestimmung der Atemmechanik findet unter statischen Bedingungen statt.The classical determination of the respiratory mechanics takes place under static conditions.
Aus heutiger Sichtweise können aus diesen Daten keine Rückschlüsse auf das mechanischeFrom today's perspective, no conclusions can be drawn from the data on the mechanical
Verhalten des respiratorischen Systems unter dynamischen Bedingungen gezogen werden.Behavior of the respiratory system under dynamic conditions.
Messtechnik und Technologie moderner Beatmungsgeräte erlauben im Grundsatz die Bestimmung der dynamischen Atemmechanik während der Beatmung.Measurement technology and technology of modern ventilators allow in principle the determination of dynamic respiratory mechanics during ventilation.
Da bisher jedoch die wissenschaftlichen Grundlagen für die kontinuierliche Bestimmung der dynamischen Atemmechanik weitestgehend fehlen, gibt es nach Erkenntnis der Autoren bisher auch keine technische Realisierung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die technische Realisierung der kontinuierlichen Bestimmung der intratidalen dynamischen Atemmechanik.However, as far as the scientific basis for the continuous determination of dynamic respiratory mechanics so far missing, there is, according to the authors so far no technical realization. The subject of the present invention is therefore the technical realization of the continuous determination of the intratidal dynamic respiratory mechanics.
Zum bisherigen Stand der TechnikTo the prior art
Nach Kenntnis der Autoren gibt es bisher zwei verschiedene Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Atemmechanik (SLICE-Methode [3] und Dynostatic-Methode [4]), sowie ein Verfahren, welches dynamische Parameter zur Einstellung der Therapie vorschlägt (Stressindex).
Die SLICE-Methode bildet die Grundlage für das hier vorgeschlagene Verfahren. Bei der SLICE-Methode wird der Atemzug in sechs gleich große Volumenabschnitte unterteilt. Aus den gemessenen Größen, Druck, Gasfluss, Volumen und Volumenbeschleunigung können mittels multipler Regressionsanalyse (MRA) die Modell-basierten Kenngrößen dynamischeTo the knowledge of the authors there are so far two different methods for the determination of the dynamic respiratory mechanics (SLICE method [3] and Dynostatic method [4]), as well as a procedure, which suggests dynamic parameters for the adjustment of the therapy (stress index). The SLICE method forms the basis for the method proposed here. The SLICE method divides the breath into six equal volume sections. From the measured quantities, pressure, gas flow, volume and volumetric acceleration, the model-based parameters can be determined dynamically by means of multiple regression analysis (MRA)
5 Druckbasis PO, der Strömungswiderstand R (Resistance), die Volumendehnbarkeit C ( Compliance ), diese Größe entspricht dem Kehrwert der Elastizität E ( Elastance ) und die trägheitsbedingte Kenngröße I ( Inertance ) des respiratorischen Systems in ihrem intratidalen Verlauf abschnittsweise bestimmt werden. Aus diesen Kenngrößen kann schließlich der Alveolardruck PaIv berechnet werden. Die SLICE-Methode ist in ihrer5 pressure base PO, the flow resistance R (Resistance), the volumetric extensibility C (Compliance), this size corresponds to the reciprocal of the elasticity E (Elastance) and the inertial characteristic I (Inertance) of the respiratory system in their intratidal course are determined in sections. From these parameters, finally, the alveolar pressure PaIv can be calculated. The SLICE method is in theirs
10 bisherigen Form wissenschaftlich publiziert.10 previous form scientifically published.
Die SLICE-Methode in ihrer bisherigen Form liefert durch ihre fixe Aufteilung in sechs aneinandergrenzende Volumenbereiche (SLICES) zu jedem Atemzug sechs Einzelwerte für die volumenabhängigen Parameter PO, R, C und/oder I. Im besonderen Interesse steht üblicherweise C. Dadurch entstehen insbesondere zwei Nachteile:The SLICE method in its present form delivers six individual values for the volume-dependent parameters P0, R, C and / or I by means of its fixed division into six contiguous volume areas (SLICES) for each breath. In this case, two are of particular interest Disadvantage:
15 1. Für die klinische Praxis ist die Bewertung von sechs Datenwerten schwierig, so lange der beurteilende Arzt die Methode nicht vollkommen verstanden hat. Die diagnostische Einschätzung der Datenpunkte ist nicht intuitiv und könnte zu Fehlinterpretationen führen. 2. Die Wahl der sechs fixen Volumenbereiche ist willkürlich. - Volumendehnbarkeits - oder Strömungswiderstandsverläufe könnten durch die grobe15 1. For clinical practice, the evaluation of six data values is difficult as long as the assessing physician has not fully understood the method. The diagnostic assessment of the data points is not intuitive and could lead to misinterpretations. 2. The choice of the six fixed volume ranges is arbitrary. Volumendehnbarkeits - or flow resistance courses could be rough by the
20 Aufteilung ohne Überlappungsbereiche verdeckt werden, oder „Ausreißer" könnten bei ungünstiger Wahl der Grenzen unbegründet hohes Gewicht gewinnen.20 division without overlapping areas are obscured, or "outliers" could gain unfounded heavy weight in unfavorable choice of borders.
Mit der Dynostatic-Methode versuchte man von dynamisch gemessenen Druck- und Volumenwerten auf die quasi-statische Druck-Volumen-Kurve zu schließen. Dabei wirdThe Dynostatic method was used to deduce dynamically measured pressure and volume values for the quasi-static pressure-volume curve. It will
25 angenommen, dass die quasi-statische Druck-Volumenkurve die tatsächliche Druck- Volumen Beziehung auf alveolärer Ebene wiedergibt, die dynamisch gemessene Druck- Volumen Schleife stets die statische umschließt, und dass inspiratorischer und exspiratorischer Strömungswiderstand gleich sind. Der Stress-Index gibt die Kenngröße b wieder, die bestimmt werden kann, wenn unter exakt25 assumed that the quasi-static pressure-volume curve represents the actual pressure-volume relationship at the alveolar level, the dynamically measured pressure-volume loop always encloses the static, and that inspiratory and expiratory flow resistance are equal. The stress index returns the parameter b, which can be determined if under exactly
30 vorgeschriebenen Bedingungen, namentlich der flusskonstanten Inspiration, die mathematische Funktion p=a-tb+c mathematisch an den inspiratorischen Druckverlauf nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate approximiert wird. Dabei wird vereinfachend angenommen, dass der Widerstand des respiratorischen Systems unabhängig vom Volumen ist und dass der resistive Druckabfall aufgrund des konstanten Flusses während der30 prescribed conditions, namely the flow constant inspiration, the mathematical function p = at b + c is mathematically approximated to the inspiratory pressure curve according to the method of least squares. It is assumed for simplicity that the resistance of the respiratory system is independent of the volume and that the resistive pressure drop due to the constant flow during the
35 Inspiration konstant bleibt. Eine Krümmung der Druck-Zeit-Kurve würde zu b ≠ 1 führen und muss dann eine Veränderung der Volumendehnbarkeit als Ursache haben.
Die Dynostatic-Methode versucht lediglich von der dynamisch gemessenen Druck- Volumen Kurve auf die statische zu schließen. Dabei werden mehrere Annahmen zu Grunde gelegt: 1. Die statische Druck- Volumenkurve gibt die tatsächliche Druck- Volumen Beziehung auf alveolärer Ebene wieder. 2. Die dynamisch gemessene Druck-Volumen Schleife umschließt stets die statische pV- Schleife. 3. Die Strömungswiderstände in In- und Exspiration sind identisch.35 Inspiration remains constant. A curvature of the pressure-time curve would lead to b ≠ 1 and must then be caused by a change in the volumetric extensibility. The Dynostatic method attempts to deduce only the dynamically measured pressure-volume curve on the static. Several assumptions are used as a basis: 1. The static pressure-volume curve represents the actual pressure-volume relationship at the alveolar level. 2. The dynamically measured pressure-volume loop always encloses the static pV loop. 3. The flow resistances in inhalation and expiration are identical.
Dieser Ansatz der Dynostatic Methode schließt die getrennte Analyse von In- und Exspiration prinzipiell aus. Eine Abschätzung der Parameter der Atemmechanik PO, R, C oder I findet nicht statt. Weiterhin zeigt schon der Widerstand des Endotrachealtubus unterschiedliche Strömungswiderstände für In- und Exspiration. Die Annahmen 1 und 2 sind im Wesentlichen spätestens mit [5] widerlegt. Annahme 3 ist zumindest für den Fall von obstruktiven Lungenerkrankungen unzutreffend.This approach of the Dynostatic method precludes the separate analysis of inhalation and expiration in principle. An estimation of the parameters of the respiratory mechanics PO, R, C or I does not take place. Furthermore, even the resistance of the endotracheal tube shows different flow resistance for inhalation and expiration. Essentially, assumptions 1 and 2 are refuted by [5] at the latest. Adoption 3 is inappropriate, at least in the case of obstructive pulmonary disease.
Der Stress-Index ist ein Parameter, dessen mathematische Bedeutung nicht eineindeutig ist. Hinweise auf den Zustand der mechanischen Parameter des respiratorischen Systems gibt der Stress-Index lediglich unter der hypothetischen Annahme, dass R konstant und unabhängig vom Volumen ist. Ein vόlümenabhärigigef Widerstand könnte "also eine Veränderung der Volumendehnbarkeit C maskieren oder suggerieren. Ebenso führt eine (typischerweise) ansteigende Volumendehnbarkeit C in der frühen Inspirationsphase in Kombination mit einer abfallenden Volumendehnbarkeit C in der späten Inspirationsphase zu einem Stress-Index der eine konstante Volumendehnbarkeit C vortäuscht. Bei ungünstigen Konstellationen kann die Kenngröße b also fälschlicherweise optimale Beatmung suggerieren. Die Methode erfordert einen nahezu konstanten Inspirationsfluss, der in der Praxis kaum realisierbar ist. Bei druckkontrollierter Beatmung ist diese Methode prinzipiell nicht anwendbar.The stress index is a parameter whose mathematical meaning is not unambiguous. Indications of the condition of the mechanical parameters of the respiratory system are given by the stress index only under the hypothetical assumption that R is constant and independent of volume. A vόlümenabhärigigef resistance so could "mask a change in the volumetric expandability C or suggest Likewise, a lead (typically) increasing volumetric expandability C in the early inspiratory phase in combination with a falling volumetric expandability C in late inspiratory phase to a stress index of a constant volumetric expandability C. Feigns In the case of unfavorable constellations, the parameter b can therefore falsely suggest optimal ventilation.The method requires a nearly constant inspiratory flow, which is hardly realizable in practice.This method is in principle not applicable to pressure-controlled ventilation.
Erfinderische Lösung der Problemstellung Die Erfindung löst die Problemstellung dadurch, dass das Fenster aus dem mittels multipler Regressionsanalyse (MRA) die lokalen Parameter bestimmt werden, über den Datensatz „gleitet". Damit wird die kontinuierliche Bestimmung der Parameter der Atemmechanik möglich, s. Abb. 1. Kleinere Abweichungen in den Verlaufstendenzen werden sichtbar und ihrer korrekten Position zugeordnet. Durch die Überlappung der Fensterbereiche wird die zufällige „Herausmittelung" von Tendenzen vermieden, und gleichzeitig werden „Ausreißer" herausgefiltert.
D.h. mit diesem erfinderischen Verfahren zur Bestimmung der intratidalen dynamischen Atemmechanik in ihren Parametern a) die dynamische Druckbasis PO, b) der Strömungswiderstand R, c) die Volumendehnbarkeit C, d) die trägheitsbedingte Kenngröße I, sowie e) aus diesen respiratorischen Messdaten der tatsächlich herrschende Druck in den Alveolen Paιvwird unabhängig von der Beatmungsform die Bestimmung der intratidalen Verläufe der atemmechanischen Parameter quasikontinuierlich durchgeführt, wobei respiratorische Messdaten aus einem in seinem Umfang frei wählbaren gleitenden „Fensterbereich" derart bestimmt werden, dass sie durch einen Abschnitt der Volumenachse oder der Druckachse oder der Flussachse definiert sind und dass diese dem Fensterbereich zugeordneten Daten zur „lokalen" Berechnung von PO, R, C, I und/oder Pa,v herangezogen werden, wobei zu diesem Zweck lineare oder nichtlineare Funktionsverläufe für die betroffenen Parameter bestimmt werden, so dass sich durch die Verschiebung (gleiten) des Fensters entlang der jeweiligen Achse ein quasikontinuierlicher Verlauf der Parameter der Atemmechanik ergibt. Weiterhin können aus den quasikontinuierlichen Parameterwerten kontinuierliche (stufenlose) Approximationen mathematischer Funktionen bestimmt werden.Solution to the Problem The invention solves this problem by determining the window from which the local parameters are determined by means of multiple regression analysis (MRA), via which data record "slides." This enables the continuous determination of the parameters of the respiratory mechanics, see Fig. 1. Minor deviations in the trend tendencies are visible and assigned to their correct position.The overlapping of the window areas avoids the random "extraction" of tendencies, and at the same time "outliers" are filtered out. That is, with this inventive method for determining the intratidal dynamic respiratory mechanics in their parameters a) the dynamic pressure base PO, b) the flow resistance R, c) the volumetric extensibility C, d) the inertia-related characteristic I, and e) from these respiratory measurement data actually prevailing Pressure in the alveoli P a ι v is independent of the form of ventilation, the determination of the intratidal curves of the respiratory parameters carried out quasi-continuously, wherein respiratory measurement data from a freely selectable in its scope sliding "window area" are determined such that they by a portion of the volume axis or the pressure axis or the river axis are defined and that these data associated with the window area are used for the "local" calculation of PO, R, C, I and / or P a , v , for which purpose linear or non-linear function curves for the parameters concerned are determined be, so that's yourself the shift (sliding) of the window along the respective axis results in a quasicontinuous course of the parameters of the respiratory mechanics. Furthermore, continuous (continuous) approximations of mathematical functions can be determined from the quasi-continuous parameter values.
Die kontinuierliche Darstellung der Parameter in ihrer Abhängigkeit z.B. vom Volumen macht die Interpretation der Verläufe intuitiv. Prinzipielle Einschränkungen im Hinblick auf das Atemmuster sind nicht gegeben7 Des Weiteren erlaubt dieses Verfahren die Bestimmung der Parameter getrennt und gemeinsam für in- und exspiratorische Datensätze sowie die Bestimmung der Parameterwerte unter der Auswertung mehrerer verschiedener Atemzüge und auch unter der Auswertung mehrerer verschiedener Atemzüge mit unterschiedlichen Beatmungseinstellungen. Mit dem erfinderischen Verfahren wird die Analyse der atemmechanischen Eigenschaften der schwerkranken Lunge getrennt nach In- und Exspiration (respiratorisches Monitoring) einschließlich der Analyse der mechanischen Inhomogenität und Nichtlinearität unter den dynamischen Bedingungen der laufenden Beatmung erzielt. Daraus abgeleitet erfolgt die individuell optimierte Einstellung der Parameter am Beatmungsgerät mit dem Ziel der Verbesserung der Überlebensrate (Outcome), bzw. der Reduktion der beatmungspflichtigen Zeit.The continuous representation of the parameters in their dependency e.g. Volume makes the interpretation of the courses intuitive. There are no basic restrictions with regard to the breathing pattern7. Furthermore, this method allows the determination of the parameters separately and jointly for inhalation and expiratory data sets as well as the determination of the parameter values under the evaluation of several different breaths and also under the evaluation of several different breaths with different ventilation settings , With the inventive method, the analysis of the respiratory mechanical properties of the critically ill lung separated after inhalation and expiration (respiratory monitoring) including the analysis of mechanical inhomogeneity and non-linearity under the dynamic conditions of ongoing ventilation is achieved. Derived from this, the individually optimized setting of the parameters on the ventilator takes place with the aim of improving the survival rate (outcome) or the reduction of the respiratory time.
Für den Anwender ergeben sich durch die Erfindung folgende Vorteile:For the user, the following advantages result from the invention:
1. Verbesserung der Diagnostik der mechanischen Eigenschaften des respiratorischen1. Improvement of the diagnosis of the mechanical properties of the respiratory
Systems. 2. Umfangreichere Informationen über die Erkrankung des Patienten verbunden mit einer höheren diagnostischen Sicherheit. 3. Damit verbunden, die individualisierte Bestimmung optimaler Beatmungsparameter.
Abb. 1 : Verdeutlichung der gleitenden MRA (Multiple Regressions-Analyse)System. 2. Greater information about the patient's illness associated with a higher diagnostic certainty. 3. Related, the individualized determination of optimal ventilation parameters. Fig. 1: Clarification of the sliding MRA (multiple regression analysis)
Links: Volumen-Druck Diagramm eines Atemzugs (gestrichelte Kurve: Atemwegsdruck, schwarze Kurve: Trachealdruck). Das Berechnungsfenster (schwarze Rechtecke, das 5 „aktuelle" Berechnungsfenster und die zugehörig verwendeten Datenpunkte sind hervorgehoben) gleitet (hier entlang der Volumenachse) über den Datensatz. Kleine Quadrate: im Berechnungsfenster bestimmter Alveolardruck. Durch geeignete Wahl der Schrittweite und Fensterweite (und/oder mit Hilfe von Interpolation von Datenpunkten) können intratidal quasikontinuierlich die Parameter der Atemmechanik bestimmt werden. 0 Rechts: Der Vergleich zur herkömmlichen diskontinuierlichen Messung (schraffierteLeft: Volume pressure Diagram of a breath (dashed curve: airway pressure, black curve: tracheal pressure). The calculation window (black rectangles, the 5 "current" calculation windows and the associated data points are highlighted) slides along the volume axis (here along the volume axis) Small squares: certain alveolar pressure in the calculation window with the help of interpolation of data points) the parameters of the respiratory mechanics can be determined intratidally quasi-continuously 0 Right: The comparison to the conventional discontinuous measurement (hatched
Kästchen) zeigt einige Vorteile: Einschneidende Veränderungen im Verlauf werden mit der kontinuierlichen Berechnung nicht übersehen (Strömungswiderstand R (Resistance)), Ausreißer, z.T. verursacht durch inhomogene Datenpunktverteilung, werden im tatsächlichen Verlauf besser angezeigt (PO). 5Box) shows some advantages: drastic changes in the course are not overlooked with the continuous calculation (flow resistance R (Resistance)), outliers, z.T. caused by inhomogeneous data point distribution, are displayed better in the actual course (PO). 5
Literatur:Literature:
1. Ranieri VM, Zhang H, Mascia L, et al. Pressure-time curve predicts minimally1. Ranieri VM, Zhang H, Mascia L, et al. Pressure-time curve predicts minimally
- - injurious ventilatory strategy in an isolated rat lung model. Anesthesiölögy 2000;93:1320- 0 1328.- - In-depth ventilatory strategy in an isolated rat lung model. Anesthesiölögy 2000; 93: 1320-01328.
2. Kirchner EA, Mols G, Hermle G, et al. Reduced activation of immunomodulatory transcription factors during positive end-expiratory pressure adjustment based on volume- dependent compliance in isolated perfused rabbit lungs. Br J Anaesth 2005;94:530-535.2. Kirchner EA, Mols G, Hermle G, et al. Reduced activation of immunomodulatory transcription factors during positive end-expiratory pressure adjustment based on volume-dependent compliance. Br J Anaesth 2005; 94: 530-535.
3. Guttmann J, Eberhard L, Fabry B, Zappe D, Bernhard H, Lichtwarck-Aschoff L, 5 Adolph M, Wolff G. Determination of volume-dependent respiratory System mechanics in mechanically ventilated patients using the new SLICE method. Technology and Health Care 1994;2: 175-91.3. Guttmann J, Eberhard L, Fabry B, Zappe D, Bernhard H, Lichtwarck-Aschoff L, 5 Adolph M, Wolff G. Determination of volume-dependent respiratory system mechanics in ventilated ventilated ventilators using the new SLICE method. Technology and Health Care 1994; 2: 175-91.
4. Karason S, Sondergaard S, Lundin S, Wiklund J, Stenqvist O. A new method for noninvasive, manoeuvre-free determination of "static" pressure-volume curves during 0 dynamic/therapeutic mechanical Ventilation.4. Karason S, Sondergaard S, Lundin S, Wiklund J, Stenqvist O. A new method for noninvasive, maneuver-free determination of "static" pressure-volume curves during 0 dynamic / therapeutic mechanical ventilation.
Acta Anaesthesiol Scand. 2000 May;44(5):578-85.Acta Anesthesiol Scand. 2000 May; 44 (5): 578-85.
5. Stahl CA, Möller K, Schumann S, Kuhlen R, Sydow M, Putensen C, Guttmann J. Dynamic versus Static Respiratory Mechanics in Acute Lung Injury and Acute Respiratory Distress Syndrome. Crit Care Med 2006; 34: 2090-2098 5
5. Steel CA, Möller K, Schumann S, Kuhlen R, Sydow M, Putensen C, Guttmann J. Dynamic versus Static Respiratory Mechanics in Acute Lung Injury and Acute Respiratory Distress Syndrome. Crit Care Med 2006; 34: 2090-2098 5
Claims
(1) dass unabhängig von der Beatmungsform mittels multipler Regressionsanalyse (MRA) die Bestimmung der intratidalen Verläufe dieser atemmechanischen Parameter quasikontinuierlich durchgeführt wird, wobei respiratorischen Messdaten aus einem in seinem Umfang frei wählbaren gleitenden „Fensterbereich" derart bestimmt werden, dass sie durch einen Abschnitt der Volumenachse oder der Druckachse oder der Flussachse definiert sind und dass diese dem Fensterbereich zugeordneten Daten zur „lokalen" Berechnung von PO, R, C, I und/oder Paιv herangezogen werden, wobei zu diesem Zweck lineare oder nichtlineare Funktionsverläufe für die betroffenen Parameter bestimmt werden, so dass sich durch die Verschiebung (gleiten) des Fensters entlang der jeweiligen Achse ein quasikontinuierlicher Verlauf der Parameter der Atemmechanik ergibt.(1) that, regardless of the form of ventilation, the determination of the intratidal courses of these respiratory mechanical parameters is carried out quasi-continuously using multiple regression analysis (MRA), with respiratory measurement data being determined from a sliding "window area" of freely selectable extent in such a way that they pass through a section of the Volume axis or the pressure axis or the flow axis are defined and that these data assigned to the window area are used for the "local" calculation of PO, R, C, I and / or P a ι v , for this purpose linear or non-linear functional curves for those affected Parameters are determined so that the displacement (sliding) of the window along the respective axis results in a quasi-continuous course of the parameters of the breathing mechanics.
(2) dass aus dem quasikontinuierlichen Parameterwerten kontinuierliche (stufenlose) Approximationen mathematischer Funktionen bestimmt werden. (2) that continuous (continuous) approximations of mathematical functions are determined from the quasi-continuous parameter values.
(3) ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die(3) a method according to claims 1 and 2, characterized in that
Bestimmung der Parameter gemeinsam für in- und exspiratorische Datensätze durchgeführt wird.Determination of the parameters is carried out jointly for inspiratory and expiratory data sets.
(4) ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Parameterwerte getrennt für in- und exspiratorische Datensätze durchgeführt wird.(4) a method according to claims 1 and 2, characterized in that the determination of the parameter values is carried out separately for inspiratory and expiratory data sets.
(5) ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Parameterwerte unter der Auswertung mehrerer verschiedener Atemzüge durchgeführt wird.(5) a method according to claims 1 and 2, characterized in that the determination of the parameter values is carried out by evaluating several different breaths.
(6) ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Parameterwerte unter der Auswertung mehrerer verschiedener Atemzüge mit unterschiedlichen Beatmungseinstellungen durchgeführt wird.
(6) a method according to claims 1 and 2, characterized in that the determination of the parameter values is carried out by evaluating several different breaths with different ventilation settings.
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