DE102005045127B3

DE102005045127B3 - Vorrichtung und Verfahren zur atemunterstützenden Beatmung

Info

Publication number: DE102005045127B3
Application number: DE102005045127A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Weismann; Hermann Dr. Hopermann
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-09-23
Also published as: US20070062530A1; FR2890867B1; GB2430378A; US7798145B2; GB2430378B; FR2890867A1; GB0618121D0

Abstract

Ein Beatmungsgerät zur atemunterstützenden Beatmung soll hinsichtlich der Empfindlichkeit der Triggerung verbessert werden. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, einen präinspiratorischen Inspirationsgasfluss einzustellen, der über das Ausatemventil (9) abströmt, und dabei mit einem Drucksensor (11) den Verschlussdruck p¶v¶ des Ausatemventils (9) zu messen. Bei einer Einatemanstrengung des Patienten wird der Gasfluss so weit erhöht, dass sich der Verschlussdruck p¶v¶ des Ausatemventils (9) wieder einstellt. Überschreitet die Differenz aus dem voreingestellten Gasfluss und dem Gasfluss, der benötigt wird, um den Verschlussdruck p¶v¶ konstant zu halten, einen vorbestimmten Schwellwert, wird eine Atemunterstützung ausgelöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur atemunterstützenden Beatmung und ein Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes.
Zur Applizierung einer atemunterstützenden Beatmung sind druck- oder volumengesteuerte Beatmungsgeräte bekannt, die eine Vielzahl von Beatmungsfunktionen während der Einatemphasen und Ausatemphasen ermöglichen.

Bei bekannten Beatmungsgeräten wird bei Beginn der Ausatmung das Einatemventil geschlossen und das Ausatemventil geöffnet. Dabei wird das Ausatemventil so angesteuert, dass sich in der Ausatemleitung ein vorbestimmter end- exspiratorischer Druck einstellt. Dieser Druck wird üblicherweise gegen Ende der Ausatmungsphase gemessen, wenn der Ausatemgasfluss einen kleinen Wert erreicht hat. Aufgrund von unvermeidbaren Toleranzen weicht der aktuell gemessene Druck immer von dem Vorgabewert ab, wobei das Bestreben besteht, das Ausatemventil so anzusteuern, dass die Abweichung zwischen dem gemessenen und dem vorgegebenen Druck möglichst gering ausfällt. Dieser Druck, im Folgenden mit Verschlussdruck des Ausatemventils bezeichnet, lässt sich nur dann genau messen, solange ein geringer Gasfluss über das Ausatemventil abströmt.

Beatmungsgeräte verfügen auch über Mechanismen, im Folgenden mit „Trigger" bezeichnet, Einatemanstrengungen des Patienten zu erkennen, um eine maschinelle Atemunterstützung auszulösen. Der Trigger ist ein wichtiges Schaltelement eines Beatmungsgerätes und ist Voraussetzung dafür, dass der Patient den Anfangsimpuls für den maschinellen Beatmungshub dem Beatmungsgerät mitteilen kann. Der Trigger kann durch einen Druckabfall in der Ausatemleitung ausgelöst werden, der durch die Einatembemühung des Patienten entsteht. Die Triggerschwelle muss dabei so eingestellt sein, dass sie unter dem endexspiratorischen Druckniveau liegt. Andererseits darf sie aber auch nicht so tief liegen, dass der Patient eine zu große inspiratorische Kraftanstrengung aufbringen muss.

Bei einem aus der EP 459 647 B1 bekannten Beatmungsgerät wird eine über das Ausatemventil abströmende Dauerflussrate eingestellt. Mit Hilfe von zwei Gasflusssensoren wird der Gasfluss in der Einatemleitung und der Ausatemleitung gemessen und die Differenz bestimmt. Wenn der Patient anfängt einzuatmen, gelangt ein Teil des Gasflusses in die Lunge des Patienten und der Gasfluss in der Ausatemleitung wird entsprechend reduziert. Überschreitet die Differenz des Gasflusses einen bestimmten Schwellwert, wird durch eine Steuereinheit des Beatmungsgerätes das Ausatemventil geschlossen und ein Einatemhub ausgelöst. Am Ende der Ausatmung wird die präinspiratorische Dauerflussrate wiederhergestellt.

Damit es bei dem bekannten Beatmungsgerät nicht zu einem Druckeinbruch bei einer Einatemanstrengung des Patienten kommt, muss der Dauergasfluss deutlich höher als der zu erkennende Einatemgasfluss des Patienten sein. Da die Gasflüsse mit zwei unterschiedlichen Sensoren gemessen werden, limitieren die Messunsicherheiten der Sensoren die Empfindlichkeit, eine Einatemanstrengung zu erkennen. Eine hohe Dauergasflussrate beeinträchtigt auch die Bestimmung des Atemminutenvolumens des Patienten, da der applizierte Einatemhub aus der Differenz des Gasflusses in der Einatemleitung und der Ausatemleitung bestimmt werden muss. Die Empfindlichkeit der Triggerung ist daher nicht so hoch, wie es für die Atemunterstützung kritisch kranker Patienten notwendig wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beatmungsgerät hinsichtlich der Empfindlichkeit der Triggerung zu verbessern und ein Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Im Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung angegeben.

Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, den Verschlussdruck p_v nicht nur am Ende der Exspiration, sondern mittels eines geringen Dauergasflusses auch vor einer erwarteten Einatmung zu messen und einen Regelkreis zur Einstellung eines Sollwertes für dem Verschlussdruck so mit dem der Einatemleitung vorgeschalteten Zuführmittel zu koppeln, dass beim Abfall des Verschlussdruckes p_v, aufgrund einer Einatemanstrengung des Patienten, Atemgas nachgeliefert und der Verschlussdruck wiederhergestellt wird. Übersteigt die Differenz zwischen dem voreingestellten präinspiratorischen Gasfluss und dem gelieferten Atemgasfluss einen vorbestimmten Schwellwert, wird ein Einatemhub ausgelöst. Für die Einstellung des Verschlussdrucks p_v vor einem erwarteten Einatemhub ist nur ein geringer Gasfluss erforderlich, der etwas oberhalb der unteren Messgrenze des Flusssensors liegen muss. Der Dauergasfluss beeinträchtigt daher auch nur in geringem Maße die Messung des applizierten Atemhubvolumens. Fällt der Dauergasfluss unter die Messschwelle, zum Beispiel aufgrund einer Einatembemühung des Patienten, wird nur soviel Atemgas vom Zuführmittel nachgeliefert, bis sich der voreingestellte Verschlussdruck p_v wieder eingestellt hat. Artefakte, die kurzzeitig einen Druckeinbruch verursachen, beeinträchtigen die Triggerung nicht, da nur soviel Atemgas nachgeliefert wird, bis die untere Messschwelle des Flusssensors überschritten ist. Der Einatemhub wird nur dann ausgelöst, wenn die Differenz zwischen der voreingestellten präinspiratorischen Gasflussrate und dem gelieferten Atemgasfluss einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Als Alternative kann auch nur der gelieferte Atemgasfluss mit einem Schwellwert verglichen werden.

Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:
einen präinspiratorischen Gasfluss entsprechend einer Sollwertvorgabe mit einem Zuführmittel für Atemgas einzustellen und über das Ausatemventil bei einem voreingestellten Verschlussdruck abströmen zu lassen,
den Verschlussdruck als Druckmesswert mit einem Drucksensor zu messen,
beim Abfall des Druckmesswertes, aufgrund einer Einatembemühung des Patienten, den Gasfluss mit dem Zuführmittel zu erhöhen, bis der voreingestellte Verschlussdruck wieder erreicht ist und
mit einem Steuermittel eine Atemunterstützung zu erzeugen, wenn der zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v erforderliche präinspiratorische Gasfluss dV_isoll/dt einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines Beatmungsgerätes,
2 die Regelstruktur des Beatmungsgerätes nach der 1.
1 veranschaulicht ein Beatmungsgerät 1 zur Versorgung eines Patienten 2 mit Atemgas. Ein Gasmischer 3 als Atemgasquelle erzeugt ein Atemgasgemisch aus Sauerstoff und Luft, welches über ein ansteuerbares Dosierventil 4 als Zuführmittel in eine Einatemleitung 5 gelangt. An einer Verzweigungsstelle 6 ist die Einatemleitung 5 mit einer zum Patienten 2 führenden Atemgasleitung 7 und einer Ausatemleitung 8 verbunden. Die Ausatemleitung 8 endet an einem Ausatemventil 9. Der Gasfluss des ausgeatmeten Gases wird abströmseitig des Ausatemventils 9 mit einem Flusssensor 10 gemessen. Ein anströmseitig des Ausatemventils 9 angeordneter Drucksensor 11 erfasst den Druck p_v in der Ausatemleitung B. Das Dosierventil 4, das Ausatemventil 9, der Flusssensor 10 und der Drucksensor 11 sind an eine zentrale Steuer- und Recheneinheit 12 angeschlossen, mit der über eine Leitung 13 ein Triggersignal zur Einleitung eines Einatemhubes ausgelöst wird.
2 veranschaulicht die Regelstruktur des Beatmungsgerätes 1 nach der 1. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 1 versehen.
Eine erste Regeleinheit 14 erhält über eine erste Vergleichsstelle 15 die Differenz aus einer Sollwertvorgabe für den Ausatemventil-Verschlussdruck p_vsoll und einen in einer Recheneinheit 16 ermittelten, mittels des bekannten Innenwiderstandes des Ausatemventils 9 korrigierten Verschlussdruck p_vk. Die Recheneinheit 16 erhält als Eingangsgrößen den mit dem Drucksensor 9 gemessenen exspiratorischen Druckmesswert p_vm und den mit dem Flusssensor 10 ermittelten Flussmesswert dV_em/dt.
Eine zweite Regeleinheit 17 liefert das Ansteuersignal dV_isoll/dt für das Dosierventil 4. Hierzu erhält die zweite Regeleinheit 17 über eine zweite Vergleichsstelle 18 als Eingangsgröße die Differenz aus der Sollwertvorgabe für einen Mindest-Exspirationsfluss dV_em _in/dt und den mit dem Flusssensor 10 gemessenen Flussmesswert dV_em/dt. An der Verzweigungsstelle 6 wird, je nach Atemflussrichtung, in der Atemgasleitung 7, die Summe beziehungsweise Differenz aus dem vom Dosierventil 4 gelieferten Gasfluss dV_i/dt und dem Patientengasfluss dV_pat/dt gebildet, welche als Exspirationsgasfluss dV_e/dt in die Ausatemleitung 8 gelangt. Diese Differenzbildung erfolgt in der Regelstruktur an der dritten Vergleichsstelle 19.
In einer Auswerteeinheit 20 wird zu Beginn einer erwarteten Patienteninspiration die Sollwertvorgabe dV_emin/dt mit dem Ansteuersignal dV_isoll/dt des Dosierventils 4 verglichen. Wenn die Differenz aus beiden Größen einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird über die Leitung 13 ein Triggersignal zu Einleitung eines Einatemhubes ausgelöst.
Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät arbeitet folgendermaßen:
Zu Beginn eines Einatemhubes wird das Atemgas über das Dosierventil 4 dem Patienten 2 zugeführt, bis das voreingestellte Atemhubvolumen erreicht ist. Das Ausatemventil 9 ist während der Einatmung geschlossen. Während der Ausatmung erhält das Ausatemventil 9 über die erste Vergleichsstelle 15 eine Sollwertvorgabe für den einzustellenden endexspiratorischen Verschlussdruck p_vsoll.
Über die zweite Vergleichsstelle 18 wird eine Sollwertvorgabe für einen minimalen Exspirationsfluss dV_emin/dt an die zweite Regeleinheit 17 weitergegeben, so dass mit dem Dosierventil 4 ein geringer Gasfluss dosiert wird, sobald der Exspirationsgasfluss unter die untere Messgrenze des Flusssensors 10 fällt. Der Gasfluss ermöglicht es, den Verschlussdruck p_v des Ausatemventil 9 auf die Sollwertvorgabe p_vsoll einzustellen. Die erste Regeleinheit 14 liefert hierzu eine Stellgröße F_v für den Verschlussdruck an das Ausatemventil 9. Bei einer Einatembemühung des Patienten sinkt der Gasfluss dV_e/dt in der Ausatemleitung 8 und zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v wird von der zweiten Regeleinheit 17 die Sollwertvorgabe dV_isoll/dt für das Dosierventil 4 erhöht, bis der Verschlussdruck p_e wieder hergestellt ist. In der Auswerteeinheit 20 wird die Differenz aus dV_emin/dt und dV_isoll/dt hinsichtlich des Überschreitens eines Schwellwertes ausgewertet. Beim Überschreiten des Schwellwertes wird über die Leitung 13 ein Triggersignal zum Einleiten eines Einatemhubes ausgegeben.

Claims

Vorrichtung zur atemunterstützenden Beatmung, umfassend eine Atemgasquelle (3), ein Ausatemventil (9), eine Einatemleitung (5) von der Atemgasquelle (3) zu einem Patienten (2), eine Ausatemleitung (8) vom Patienten (2) zum Ausatemventil (9), ein der Atemgasquelle (3) nachgeschaltetes, ansteuerbares Zuführmittel (4) für Atemgas, einen Flusssensor (10) in der Ausatemleitung (8), welcher einen Atemgas-Flussmesswert dV_em/dt liefert, einen Drucksensor (11) anströmseitig des Ausatemventils (9) zur Ermittlung eines Atemgasdruckmesswertes p_vm, eine erste Regeleinheit (14), welche aus dem Flussmesswert dV_em/dt und dem Atemgasdruckmesswert p_vm nach einer Druck-Sollwertvorgabe einen Ausatemventil-Verschlussdruck p_v einstellt, einen zweiten Regelkreis (17) mit dem Zuführmittel (4) als Stellglied, welcher nach einer Sollwertvorgabe für einen präinspiratorischen Inspirationsgasfluss dV_emin/dt mit dem Atemgas-Flussmesswert dV_em/dt als Istwert einen Gasfluss zur Bestimmung des Ausatemventil-Verschlussdruckes p_v einstellt, ein Steuermittel (20), das dazu ausgelegt ist, eine Atemunterstützung zu erzeugen, wenn der zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v erforderliche präinspiratorische Gasfluss dV_isoll/ dt einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinheit (14) dazu ausgebildet ist, den Innenwiderstand des Ausatemventils (9) in die Einstellung des Verschlussdruckes p_v mit einzubeziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (20) dazu ausgelegt ist, eine Atemunterstützung zu erzeugen, wenn die Differenz aus der Sollwertvorgabe für den präinspiratorischen Inspirationsgasfluss dV_emin/dt und dem zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v erforderlichen Gasfluss dV_isoll/dt einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgerätes, welches eine Atemgasquelle (3), ein Ausatemventil (9), eine Einatemleitung (5) von der Atemgasquelle (3) zu einem Patienten (2), eine Ausatemleitung (8) vom Patienten (2) zum Ausatemventil (9), ein der Atemgasquelle (3) nachgeschaltetes, ansteuerbares Zuführmittel (4) für Atemgas, einen Flusssensor (10) in der Ausatemleitung (8) und einen Drucksensor (11) anströmseitig des Ausatemventils (9) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte, einen präinspiratorischen Gasfluss ensprechend einer Sollwertvorgabe dV_emin/dt einzustellen und über das Ausatemventil (9) bei einem voreinge stellten Verschlussdruck p_v abströmen zu lassen, den Verschlussdruck p_v als Druckmesswert p_vm mit dem Drucksensor (11) zumessen, beim Abfall des Druckmesswertes p_v, aufgrund einer Einatemanstrengung des Patienten (2), den präinspiratorischen Gasfluss mit dem Zuführmittel (4) zu erhöhen, bis der voreingestellte Verschlussdruck p_v wiederhergestellt ist und mit einem Steuermittel (20) eine Atemunterstützung zu erzeugen, wenn der zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v erforderliche präinspiratorische Gasfluss dV_isoll/dt einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Atemunterstützung erzeugt wird, wenn die Differenz aus der Sollwertvorgabe für den präinspiratorischen Inspirationsgasfluss dV_em _in/dt und dem zur Aufrechterhaltung des Verschlussdruckes p_v erforderliche Gasfluss dV_isoll/dt einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.