DE102007047105A1

DE102007047105A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Atemwegskompensationssteuerung

Info

Publication number: DE102007047105A1
Application number: DE102007047105A
Authority: DE
Inventors: Gary J. Madison Choncholas; Ronald L. Sun Prairie Tobia
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2008-04-17
Also published as: US20080091117A1; US20110087123A9; US8312879B2

Abstract

Verfahren zum Steuern eines mechanischen Beatmungsgerätes (14) wird geschaffen, das einem Patienten (12) über einen Endotrachealtubus (74) ein medizinisches Gas (16, 18) zuführt. An einem Patientenende (86) des Endotrachealtubus (74) wird ein Druck gemessen. Der Druck an dem Patientenende (86) des Endotrachealtubus (74) wird verwendet, um ein verbessertes Endotrachealtubuswiderstandsmodell zu erstellen, so dass das von dem mechanischen Beatmungsgerät zugeführte medizinische Gas um den Widerstand des Endotrachealtubus (74) kompensiert werden kann, wodurch eine verbesserte Steuerung des medizinischen Gases (16, 18) erreicht wird, dass an die Lunge (44) des Patienten geliefert wird. Wenn eine Obstruktion in dem Atemweg des Patienten erkannt wird, kann zusätzlich der Ort der Obstruktion gezielt anvisiert werden, so dass von einem klinischen Arzt die geeignete Abhilfemaßnahme oder der geeignete Eingriff gewählt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mechanischen Beatmung, um einem Patienten Atemunterstützung zu gewähren. Im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung des Widerstandes eines Patientenanschlusselementes und zum Kompensieren der Lieferung von Gasen durch das mechanische Beatmungsgerät in Abhängigkeit von dem gemessenen Widerstand.
Hintergrund der Erfindung
Patienten mit Atemschwierigkeiten müssen häufig an ein mechanisches Beatmungsgerät angeschlossen werden. Diese Schwierigkeiten können pathologischer Natur sein oder sich aus der Tatsache ergeben, dass der Patient zu schwach oder ruhig gestellt ist, um die Atemfunktionen eigenständig auszuführen. Durch das mechanische Beatmungsgerät wird dem Patienten über ein Patientenanschlusselement ein Atemzug von einem medizinischen Gas zum Füllen der Lungen unter einem Druck zugeführt, der ausreicht, um den Widerstand des Atemwegs des Patienten zu überwinden. Wenn der Druck des medizinischen Gases verringert wird, treibt die natürliche Elastizität der Lunge und der Brustwand des Patienten den zugeführten Atem in einer Ausatmungsphase aus dem Patienten hinaus.
Das Patientenanschlusselement ermöglicht die Zufuhr des medizinischen Gases von dem Beatmungsgerät, wobei die Gase dem Patienten unter Druck in einer Weise zugeführt werden, die die Gase in die Lunge des Patienten leitet. Patientenanschlusselemente können in vielfältigen Formen vorkommen, von denen jede ihre eigenen Vorteile und Grenzen aufweist. Atemmasken sind am einfachsten an dem Patienten anzubringen, diese Masken neigen jedoch dazu, mit dem Atemweg des Patienten nur eine unvollständige pneumatische Abdichtung herzustellen. Eine Nasensonde ist vorteilhaft, wenn es wünschenswert ist, dass der Mund des Patienten von Obstruktionen frei bleibt. Wenn ein Patient nicht spontan atmet, wird gewöhnlich ein Endotrachealtubus (ETT) als Patientenanschluss verwendet. Endotrachealtuben werden typischerweise als Patientenanschlusselement für ein mechanisches Beatmungsgerät bei Patienten verwendet, die entweder bewusstlos und/oder in hohem Maße ruhig gestellt worden sind. Der Endotrachealtubus ist typischerweise aus Plastik hergestellt und wird durch den Mund des Patienten in die Luftröhre eingeführt, so dass dem Patienten medizinische Gase aus dem Beatmungsgerät an einem Ort nahe bei der Lunge zugeführt werden. Obwohl dieses Verfahren invasiv ist, ermöglicht es eine pneumatisch abgedichtete Verbindung mit dem Patienten, die bei der Zufuhr medizinischer Gase eine verbesserte Effizienz ermöglicht. Wegen der invasiven Natur des Intubationsvorgangs werden Endotrachealtuben häufig bei Patienten angewandt, die eine länger andauernde Atemunterstützung benötigen.
Während die Verwendung eines Endotrachealtubus eine sehr sorgfältige Handhabung der Atmung des Patienten zulässt, gibt es Grenzen im Zusammenhang mit der Verwendung von Endotrachealtuben, die für die sorgfältige Handhabung der Atmung des Patienten kontraproduktiv sind.
Insbesondere beeinträchtigt eine Ansammlung von Schleim innerhalb des Entotrachealtubus die Strömungsmechanik des medizinischen Gases, das dem Patienten durch den Endotrachealtubus zugeführt wird. Weil Patienten, die einen Endotrachealtubus erhalten, für eine längere Dauer an den Endotrachealtubus angeschlossen sind, kann sich Schleim von der Lunge innerhalb des Endotrachealtubus ansammeln. Eine Schleimansammlung behindert den Fluss des medizinischen Gases durch den Endotrachealtubus, so dass der Patienten nicht den geplanten Fluss des medizinischen Gases gemäß den statischen Einstellungen des mechanischen Beatmungsgerätes erhält. Gegenwärtig gibt es kein Verfahren oder System zum Liefern eines Hinweises, ob eine Schleimansammlung in dem Endotrachealtubus vorliegt. Eine Gesamtänderung des Atemwegwiderstandes des Patienten, die an dem Mund des Patienten gemessen wird, kann überwacht werden, es gibt aber keinen Hinweis, ob dieser Anstieg des Atemwegswiderstandes auf ein Hindernis bzw. eine Obstruktion in dem Endotrachealtubus oder in der Lunge des Patienten zurückzuführen ist. Ein Hinweis darauf, wo der Atemweg obstruiert ist, ist für klinische Ärzte wünschenswert, weil die Ärzte die klinischen Gegenmaßnahmen zum Beseitigen einer Obstruktion auf den konkreten Ort lenken müssen, wo sich die Obstruktion befindet, entweder den Endotrachealtubus oder die Lunge des Patienten.
Wenn das medizinische Gas durch den Endotrachealtubus strömt, bewirkt die Strömungsmechanik, dass sich der Widerstand des Endotrachealtubus bei einer Veränderung der Strömung zwischen einer laminaren und einer turbulenten Strömung ändert. Es ist jedoch schwierig, die Art der Strömung direkt zu überwachen. Daher ist es wünschenswert, gemessene Werte zu verwenden, um den Widerstand des Endotrachealtubus zu berechnen.
Darüber hinaus hat jedes einzelne Element in dem Atemkreis des mechanischen Beatmungssystems Widerstandseigenschaften. Weil der Widerstand des Endotrachealtubus künstlich ist, ist es wünschenswert, die Wirkung des Widerstands des Tubus auf die Atemlieferung an einen Patienten zu begrenzen oder zu beseitigen. Dies kann unter Verwendung einer Atemwegwiderstandskompensations (ARC)-Funktion erreicht werden, die typischerweise in modernen Beatmungsgeräten enthalten ist. Die ARC kompensiert den Kurvenverlauf des Drucks so, dass der Patient an dem Patientenende des Endotrachealtubus den gewünschten Druckverlauf erhält. Die gegenwärtigen Modelle für die Widerstandseigenschaften des Endotrachealtubus sind jedoch einfache Modelle, typischerweise eine feste Übertragungsfunktion, die voraussetzt, dass der Endotrachealtubus von einer festen Länge und einem festen Durchmesser ist. Typischerweise gibt der klinische Arzt den Durchmesser des Tubus ein, und die Länge wird geschätzt. Obwohl das gegenwärtige Modell die Länge und den Durchmesser des Endotrachealtubus verwendet, verändern viele klinische Ärzte die Länge des Endotrachealtubus während des Gebrauchs. Weiterhin verringert eine Ansammlung von Schleim in dem Endotrachealtubus den wirksamen Durchmesser des Tubus. Dies begrenzt die Genauigkeit der Atemwegswiderstandskompensation für den Widerstand, weil der Widerstand bei einer laminare Strömung mit der vierten Potenz des Durchmessers des Endotrachealtubus zusammenhängt, wodurch die Signale, die der Patient tatsächlich erhält, gefiltert werden. Im Einzelnen berücksichtigen die gegenwärtigen Modelle für den Widerstand des Endotrachealtubus nicht die übliche Praxis eines klinischen Arztes, den Tubus auf eine kürzere Länge zu schneiden, um eine zweckmäßige Anpassung innerhalb der Luftröhre des Patienten sicherzustel len, oder Änderungen des Widerstands des Endotrachealtubus, die von einer Ansammlung von Schleim in dem Endotrachealtubus stammen. Daher ist es wünschenswert, ein Verfahren zur genauen Messung der Widerstandseigenschaften eines Endotrachealtubus zu schaffen, der zur Zufuhr eines medizinischen Gases in die Lunge eines Patienten verwendet wird. Es ist weiterhin wünschenswert, dass eine Schleimansammlung in dem Endotrachealtubus erkannt werden kann, so dass das mechanische Beatmungsgerät die Ansammlung kompensieren und/oder einen Reinigungsvorgang durchführen kann, damit der Schleim entfernt wird. Weiterhin ist es wünschenswert, den Messwert der Widerstandseigenschaften des Endotrachealtubus zu verwenden, um den Druck und den Fluss des durch das mechanische Beatmungsgerät zugeführten medizinischen Gases genau auszugleichen, so dass der Patient während der mechanischen Beatmung die gewünschte Menge des medizinischen Gases erhält.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Endotrachealtubus, der zum Einsetzen durch den Mund eines Patienten in die Luftröhre des Patienten hinein vorgesehen ist. Ein Luftröhrendruckkatheter wird durch den Mund des Patienten so eingeführt, dass ein Ende des Katheters nahe bei dem Ende des Endotrachealtubus angeordnet ist, der in den Patienten eingeführt worden ist, so dass ein Messwert des Drucks von dem Patientenende des Endotrachealtubus erhalten werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Katheter in den Endotrachealtubus eingeführt, so dass sich wenigstens ein Teil des Katheters innerhalb des Endotrachealtubus befindet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Druck, der an einem Ort zwischen dem Endotrachealtubus und dem mechanischen Beatmungsgerät erfasst wird, mit dem Druck verglichen, der durch den in dem Endotrachealtubus angeordneten Druckwandler erfasst wird, so dass ein Messwert für den Widerstand des Endotrachealtubus gewonnen werden kann.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Widerstand des Endotrachealtubus überwacht, so dass eine Änderung des Widerstandes für eine Obstruktion innerhalb des Endotrachealtubus kennzeichnend ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Widerstandseigenschaften des Endotrachealtubus durch die Steuerungen des mechanischen Beatmungsgerätes verwendet, so dass die Steuerungen des mechanischen Beatmungsgerätes den Druck und die Strömung des medizinischen Gases, die durch das mechanische Beatmungsgerät erzeugt worden sind, so kompensieren, dass der Patient die gewünschte Menge und den gewünschten Druck des medizinischen Gases erhält.
Weitere Merkmale des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Zeichnungen stellen die beste Art dar, die zum Ausführen der Erfindung in Betracht gezogen wird:
1 ist ein schematisches Diagramm eines mechanischen Beatmungsgerätes und der zugehörigen Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten;
2 stellt einen Endotrachealtubus mit einem Luftröhrendrucksensor dar, der zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 zeigt eine Reihe von Graphen, die von einem Beatmungsgerät gelieferte, idealisierte Druckverläufe und die von der Lunge des Patienten mit und ohne Atemwegkompensation erhaltene Druckverläufe zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines mechanischen Beatmungssystems 10, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zum Bereitstellen von Atemunterstützung für einen Patienten 12. Ein Beatmungssystem 10 enthält ein mechanisches Beatmungsgerät 14, das die mechanischen und pneumatischen Funktionen des Beatmungssystems 10 ausführt, um dem Patienten 12 Atemunterstützung zu geben. Das mechanische Beatmungsgerät 14 nimmt ein medizinisches Gas in Form von Luft 16 auf, kann aber auch ein Zusatzgas, wie z.B. Sauerstoff 18 erhalten. Die dem Patienten 12 zugeführte Luft wird durch einen Strömungssensor 20 und ein Steuerventil 22 geregelt. In ähnlicher Weise wird das Zusatzgas 18 durch einen Strömungssensor 24 und ein Steuerventil 26 gesteuert. Eine Steuerung 28, die einen Mikroprozessor oder eine CPU ent halten kann, empfängt die von den Strömungssensoren 20 und 24 gemessenen Strömungswerte und steuert die Mengen der dem Patienten 12 zuzuführenden medizinischen Gase 16 und 18 durch Regeln der Steuerventile 22 und 26.
Der Ausdruck „medizinisches Gas" wird verwendet, um Bezug auf ein beliebiges Gas oder eine Kombination von Gasen zu nehmen, die in einer klinischen Umgebung einem Patienten zugeführt werden. Demnach erhält der Patient ein medizinisches Gas, egal ob er Atemunterstützung mit Luft 16 oder mit einer Kombination aus Luft 16 und einem Zusatzgas 18 erhält.
Die Luft 16 und das Zusatzgas 18 werden in einer Leitung 30 vereinigt, bevor sie in den Einatmungszweig 32 des Atemkreises 34 eintreten. Der Einatmungszweig 32 ist an einen Y-Verbinder 36 angeschlossen, der die Einatmungsgase in den Patientenzweig 38 leitet. Der Patientenzweig 38 kann verschiedene zusätzliche Atemunterstützungsmodule, wie z.B. ein Stoffwechselgas (MGAS)-Modul 40 enthalten. Das medizinische Gas strömt durch den Patientenzweig zu dem Patientenanschlusselement 42. Das Patientenanschlusselement wirkt mit dem Patienten 12 zusammen, so dass das medizinische Gas von dem mechanischen Beatmungsgerät 14 in die Lunge 44 des Patienten 12 gelenkt wird.
Wenn das Beatmungsgerät 14 dem Patienten 12 die erforderliche Menge des medizinischen Gases zugeführt hat, geht das Beatmungsgerät 14 in die Ausatmungsphase über, wobei es aufhört, der Lunge 44 des Patienten 12 Gasdruck zuzuführen. Die Ausatmung beginnt, wenn die Lunge und die Brustwand des Patienten die Luft aus dem Patienten heraus und zurück durch das Patientenverbindungselement 42 und den Patientenzweig 38 zu dem Y-Verbinder 36 treiben, wo sie in den Ausatmungszweig 46 des Atmungskreises 34 geleitet wird. Der Ausatmungszweig 46 leitet die austretende Luft an das mechanische Beatmungsgerät 14 zurück, wo die Strömung des austretenden Gases durch ein Steuerungsventil 48 gesteuert und durch einen Strömungssensor 50 überwacht wird, bevor sie in die Umgebungsluft abgelassen wird.
Das Beatmungssystem 10 enthält weiterhin eine Beatmungssteuereinheit 52. Der Zweck der Beatmungssteuereinheit 52 besteht darin, die Interaktion zwischen dem klinischen Arzt und dem mechanischen Beatmungsgerät 14 zu ermöglichen. Die Beatmungssteuereinheit 52 enthält eine Benutzerschnittstelle 54, die in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mehrere Tasten oder Knöpfe zur Eingabe von Informationen durch den klinischen Arzt enthält. Die Beatmungssteuereinheit 52 enthält weiterhin eine Anzeige 56, auf der dem Arzt Daten des Beatmungsgerätes und Patientendaten oder andere Informationen angezeigt werden. Wenn ein klinischer Arzt über die Benutzerschnittstelle 54 Informationen in die Beatmungssteuereinheit 52 eingibt, werden diese Signale von einer CPU 58 bearbeitet. Die CPU 58 betreibt die Steuerung der Benutzerschnittstelle 54, aber empfängt auch Daten von anderen Teilen des Beatmungsgeräts einschließlich des MGAS-Moduls 40. Die CPU 58 empfängt Daten von dem MGAS-Modul 40 über einen seriellen Datenbus 60. Die CPU 58 verwendet gesammelte Daten ebenso wie durch den klinischen Arzt eingegebene Daten, um Steuersignale über eine Leitung 62 an die Steuerung 28 des mechanischen Beatmungsgerätes 14 zu senden.
Das MGAS-Modul enthält einen Strömungsbegrenzer 64, der entlang des Patientenzweiges 38 angeordnet ist. In einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Strömungsbegrenzer 64 nahe bei dem Patientenanschlusselement 42 angeordnet. In noch einem weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel ist der Strömungsbegrenzer 64 mit dem Patientenanschlusselement 42 einstückig ausgebildet. Die Lage des Strömungsbegrenzers 64 nahe bei dem Patientenanschlusselement 42 führt dazu, dass der an dem Strömungsbegrenzer 64 erfasste Druck und der daraus berechnete Strömungsdurchsatz für den Druck und den Fluss an dem Patientenanschlusselement 42 kennzeichnend sind. Ein erster Druckanschluss 66 und ein zweiter Druckanschluss 68 sind auf jeweils einer Seite des Strömungsbegrenzers 64 angeordnet. Der erste Druckanschluss 66 und der zweite Druckanschluss 68 sind mit einer Druckmesskomponente 70 des MGAS-Moduls 40 verbunden. Die Druckmesswerte und die daraus berechneten Flusswerte werden über den seriellen Datenbus 60 zurück an die CPU 58 gesendet.
2 stellt einen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Endotrachealtubus 74 mit einem Luftröhrendruckkatheter 80 dar. Ein solcher Endotrachealtubus ist in dem US-Patent Nr. 6,315,739 von Merilainen und anderen offenbart, das durch die Bezugnahme hierin einbezogen wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist das verwendete Patientenanschlusselement ein Endotrachealtubus 74. Der Endotrachealtubus 74 wird durch den Mund des Patienten in die Luftröhre 76 des Patienten eingeführt, um einen Atemwegdurchgang zu der Lunge 44 zu schaffen. Sobald der Endotrachealtubus 74 an seinem Platz angeordnet ist, wird eine um den Endotrachealtubus herum angeordnete, aufblasbare Manschette 78 aufgeblasen, so dass der Endotrachealtubus an seinem Platz in der Luftröhre 76 des Patienten gehalten wird.
Der Endotrachealtubus 74 enthält einen Luftröhrendruckkatheter 80, der in eine Öffnung an der Stelle 82 in den Endotrachealtubus 74 eingeführt ist. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stelle 82, an der der Luftröhrendruckkatheter 80 in den Endotrachealtubus 74 eingeführt ist, ein beliebiger Punkt entlang des Endotrachealtubus zwischen dem Beatmungsgerätende 84 des Endotrachealtubus 74 und dem Patientenende 86 des Endotrachealtubus 74 sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stelle 82, an der der Luftröhrendruckkatheter 80 in den Endotrachealtubus 74 eingeführt ist, eine Stelle, die sich nahe bei dem Beatmungsgerätende 84 des Endotrachealtubus 74 befindet.
Nachdem der Luftröhrendruckkatheter 80 an der Stelle 82 in den Endotrachealtubus 74 eingeführt worden ist, erstreckt er sich über die Länge des Endotrachealtubus nach unten zu dem Patientenende 86. Der Luftröhrendruckkatheter 80 endet an einer Stelle nahe bei dem Patientenende 86, so dass der Druck an der Spitze 88 des Luftröhrendruckkatheters 80 für den Druck an dem Patientenende 86 kennzeichnend ist. Dieser Druck ist kennzeichnend für den Druck, der an dem nahen Ende des Endotrachealtubus 74, aber oberhalb des Restes des Bronchialbaums und der Lunge 44 des Patienten auftritt.
Wie in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt erstreckt sich das Ende 90 des Luftröhrendruckkatheters 80, das der Spitze 88 gegenüber liegt, zu der Steuerungseinheit 52 hin und ist an einen Hilfseingang (Paux) angeschlossen. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Steuerung einen (nicht gezeigten) Druckwandler, der den Druck an der Spitze 88 des Luftröhrendruckkatheters 80 messen kann. Alternativ wird in Betracht gezogen, dass sich das Ende 90 des Luftröhrendruckkatheters 80 zu dem MGAS-Modul 40 erstrecken könnte. In einer solchen Ausführungsform enthält das MGAS-Modul 40 einen (nicht gezeigten) zusätzlichen Druckwandler, so dass der Druck an der Spitze 88 des Luftröhrendruckkatheters 80 durch das MGAS-Modul 40 direkt gemessen werden könnte. Der von dem MGAS-Modul 40 gemessene Druck könnte danach über den seriellen Datenbus 60 zu der Beatmungssteuereinheit 52 geleitet werden. In beiden beschriebenen Ausführungsformen bestimmt ein Druckwandler den Druck an der Spitze 88 des Luftröhrendruckkatheters 80, und diese Informationen werden von der Beatmungssteuereinheit 52 verwendet.
3 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die zuvor beschriebene Ausführungsform des Beatmungssystems 10 gemäß den 1 und 2 zeigt. Am Anfang beginnt der klinische Arzt in dem Schritt 100 mit der mechanischen Beatmung des Patienten 12. Als nächstes wird in dem Schritt 102 an beiden Enden des Endotrachealtubus (ETT) eine Messung des Drucks vorgenommen. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Druck an dem Beatmungsgerätende 84 des Endotrachealtubus 74, der als der Atemwegsdruck (Paw) bezeichnet werden kann, aus dem Messungen des Beatmungsgeräts gewonnen werden, oder er kann von dem Drucksensor 70 des MGAS-Moduls 40 gemessen werden. Weiterhin kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ende 90 des Luftröhrendruckkatheters 80 mit der Steuereinheit 52 verbinden, wo ein Drucksensor den Druck an der Spitze 88 des Luftröhrendruckkatheters 80 bestimmen kann. Der Druck an der Spitze 88, der als der Hilfsdruck (Paux) bezeichnet werden kann, entspricht dem Druck an dem Patientenende 86 des Endotrachealtubus 74. Alternativ kann das Ende 90 des Luftröhrendruckkatheters 80 mit dem MGAS-Modul 40 verbunden sein, wo ein zu dem MGAS-Modul 40 gehörender Drucksensor den Druck an der Spitze 88 messen kann. In einer alternativen Ausführungsform könnte ein (nicht gezeigter) Drucksensor an der Spitze 88 angeordnet sein, und eine (nicht gezeigte) elektrische Verbindung könnte den erfassten Druck zurück an die CPU 58 senden. Unabhängig davon, wo sich die Drucksensoren befinden, die den Druck an beiden Enden des Endotrachealtubus 74 messen, werden diese Signale an die CPU 58 der Beatmungssteuereinheit 52 gesendet.
In dem Schritt 104 bestimmt die CPU 58 den Druckabfall (ΔP) über dem Endotrachealtubus 74 durch Subtrahieren des Atemwegdrucks (Paw) von dem Hilfsdruck (Paux). Die Gleichung zur Bestimmung von ΔP lautet: ΔP = Paw – Paux.
Als nächstes wird in dem Schritt 106 der Endotrachealtubuswiderstand (ETTr) bestimmt. ETTr kann durch Dividieren des Druckabfalls (ΔP) über dem Endotrachealtubus 74 durch die Flussrate bzw. den Fluss pro Zeiteinheit (Q) durch den Endotrachealtubus 74 bestimmt werden. Die Gleichung für diese Berechnung lautet: ETTr = ΔP/Q.
Der Fluss (Q) durch den Endotrachealtubus 74 kann entweder aus den Beatmungsmessungen 14 erhalten werden oder von dem MGAS-Modul 40 gemessen werden.
Zusätzlich kann der ETTr als ein Augenblickswiderstand durch Dividieren eines beliebigen Datenpunktwertes von ΔP durch den zugehörigen (zeitabhängigen) Datenpunktwert von Q berechnet werden. Dies kann kontinuierlich durchgeführt werden, um Änderungen des ETTr in Echtzeit zu überwachen. Bislang ist der Wert des ETTr unter der Annahme einer laminaren Strömung beschrieben worden, der Wert des ETTr kann sich jedoch in Abhängigkeit von der Art der Strömung des medizinischen Gases, die innerhalb des Endotrachealtubus 74 auftritt, ändern. In einer turbulenten Strömung ändert sich die Gleichung für den ETTr zu:
und wenn die Strömung sich im Übergang zwischen einer laminaren und einer turbulenten Strömung befindet, lautet die Gleichung für den ETTr:
Dieses nichtlineare Modell für den ETTr wird bei der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der gemessenen Werte von Paw, Paux und Q anstelle einer Stützung auf eine Tabelle von ETTr-Werten in Abhängigkeit von dem Endotrachealtubusdurchmesser wie im Stand der Technik genauer gemacht. Die Bestimmung des ETTr kann weiter dahin ausgeweitet werden, einen Trend und eine Vorhersage zukünftiger ETTr-Werte einzubeziehen.
Der ETTr kann danach in dem Schritt 108 verwendet werden, um durch Verändern des Drucks des medizinischen Gases, das von dem mechanischen Beatmungsgerät geliefert wird, eine Druckkompensation zu ermöglichen, um den Widerstand des Endotrachealtubus auszugleichen. Sobald der Wert des ETTr bestimmt worden ist, kann die CPU 58 das Beatmungsgerät zum besseren Regeln des Drucks des medizinischen Gases an dem Patientenende 86 des Endotrachealtubus betreiben, anstatt einfach durch Steuern des an dem Beatmungsgerätende 84 gelieferten Drucks unter Verwendung eines im voraus gegebenen Widerstandsmodells zu arbeiten. Die Fähigkeit, den Druck an dem endotrachealen Ende zu überwachen, ermöglicht es dem Beatmungsgerät, eine bessere Steuerung des dem Patienten gelieferten Einatmungsdrucks zu bieten.
Unter Bezug auf 4: Der anfängliche, bei Paux in dem Graphen B sichtbare Druckverlust infolge des ETTr kann durch ein anfängliches Zuführen eines verstärkten Drucks als Druck (Paw) von dem Beatmungsgerät 14 kompensiert werden, wie es in dem Graphen C gezeigt ist. Wie in dem Graphen D gezeigt ähnelt der resultierende Wert von Paux dem gewünschten Druck (Paw) genauer, wie er ursprünglich von dem Beatmungsgerät geliefert wird und in dem Graphen A gezeigt ist. Weil das System eine kontinuierliche Überwachung des ETTr ermöglicht, kann die Beatmungssteuereinheit 52 den von dem Beatmungsgerät gelieferten Druck kontinuierlich ändern, um dem Patienten den gewünschten Druckverlauf zu bieten. Die Druckkompensation in dem Schritt 108 kann Atemzug für Atemzug bei eine kontinuierlichen Anpassung an den sich ändernden Wert des ETTr durchgeführt werden. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, das ETTr-Modell im Zeitbereich zu filtern, um das Modell durch Entfernen von Signalrauschen und Ausreißern unter den Daten werten zu verbessern. Aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung sind die in 4 gezeigten Druckverläufe verallgemeinerte Kurvenformen. Es wird erkannt, dass die in dem Beatmungssystem beobachteten Kurvenverläufe des Drucks in der tatsächlichen Praxis die wesentlichen Eigenschaften der in 4 gezeigten Kurvenformen zeigen.
Nachdem der Wert des Endotrachealtubuswiderstands in dem Schritt 106 bestimmt worden ist, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Schritt 110 eine Bestimmung des Atemwegswiderstands (AWr) des Patienten vorgenommen. Der Atemwegswiderstand kann von der CPU 58 durch Dividieren des Atemwegsdrucks (Paw) durch den Fluss (Q) durch den Endotrachealtubus bestimmt werden. Die Gleichung zum Bestimmend von AWr lautet: AWr = Paw/Q.
Als nächstes wird in dem Schritt 112 der Bronchialwiderstand (Br) des Patienten bestimmt. Bei intubierten Patienten umfasst der Atemwegswiderstand (AWr) den Widerstand des Bronchialbaums des Patienten oder Bronchialwiderstand (Br) und den Widerstand des Endotrachealtubus (ETTr). Demnach wird der Bronchialwiderstand (Br) durch Subtrahieren des Endotrachealtubuswiderstands (ETTr) von dem Atemwegswiderstand (AWr) nach der folgenden Gleichung berechnet: Br = AWr – ETTr.
In dem Schritt 114 werden der Endotrachealtubuswiderstand (ETTr) und der Bronchialwiderstand (Br) verglichen, um festzustellen, ob in einzelnen dieser Widerstände eine Änderung über der Zeit aufgetreten ist. Wenn bei 116 der Endotrachealtubuswiderstand (ETTr) gestiegen ist, wird in dem Schritt 120 festgestellt, dass der Endotrachealtubus 74 durch eine Schleimansammlung oder einen Schleimpfropf verstopft worden ist. Nachdem in dem Schritt 120 festgestellt worden ist, dass der Endotrachealtubus 74 obstruiert ist, kann an die Anzeige 56 ein Signal gesendet werden, um dem klinischen Arzt anzuzeigen, dass der Endotrachealtubus 74 obstruiert ist. Auf die Anzeige dieses Hinweises hin kann der klinische Arzt das Beatmungsgerät in dem Schritt 122 zur Durchführung eines Absaugvorgangs an dem Endotrachealtubus betreiben. Der ETT-Absaugvorgang kann alternativ durch die CPU 58 der Beatmungssteuerung 52 eingeleitet werden. Der ETT-Absaugvorgang entfernt den Schleim aus dem Endotrachealtubus, wodurch der Endotrachealtubus zur einwandfreien Zufuhr des medizinischen Gases zur Lunge 44 des Patienten frei geräumt wird. Nachdem in dem Schritt 122 die Absaugung durchgeführt worden ist, kann das Beatmungsgerät in dem Schritt 100 zur Abgabe der Beatmung an den Patienten zurückkehren.
Wenn sich in dem Schritt 114 weder der Endotrachealtubuswiderstand (ETTr) noch der Bronchialwiderstand (Br) geändert hat, dann bestehen keine Obstruktionen, und das Beatmungsgerät befindet sich in einem normalen Betriebszustand, wie es in dem Schritt 126 bezeichnet ist. Das Beatmungsgerät setzt den Betrieb mit der Abgabe von Beatmung an den Patienten in dem Schritt 100 fort.
Wenn in dem Schritt 114 festgestellt wird, dass der Bronchialwiderstand (Br) bei dem Schritt 118 gestiegen ist, ist dieser Anstieg dafür kennzeichnend, dass der Bronchialbaum der Lunge obstruiert worden ist. Die Lungenobstruktion, die durch den gestiegenen Wert des Bronchialwiderstandes (Br) angezeigt wird, kann auf eine Ansammlung von Schleim und/oder eines anderen Fluids in der Lunge 44 des Patienten zurückzuführen sein. Eine Fluid- oder Schleimansammlung kann durch die Durchführung eines Lungenabsaugvorgangs behandelt werden. Alternativ kann der gestiegene Br für eine Lungenkrankheit, wie etwa COPD, kennzeichnend sein. Daher kann die vorliegende Erfindung helfen, einen klinischen Arzt beim Erstellen einer Diagnose über den Zustand des Patienten zu unterstützen. Wenn erkannt worden ist, dass die Lunge in dem Schritt 128 obstruiert worden ist, kann an die Anzeige 56 ein Signal gesendet werden, um einem klinischen Arzt anzuzeigen, dass die Lunge obstruiert ist. Auf die Darstellung dieses Hinweises hin kann der klinische Arzt in dem Schritt 130 einen Lungenabsaugvorgang durchführen, um die Obstruktion aus der Lunge 44 des Patienten zu entfernen. Nachdem der Lungenabsaugvorgang von dem Arzt oder automatisch von dem Beatmungsgerät durchgeführt worden ist, kann in dem Schritt 100 die Standardbeatmung des Patienten fortgesetzt werden.
Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Zufuhr und Steuerung des Drucks eines medizinischen Gases von dem Beatmungsgerät 14 beschreiben worden ist, wird erkannt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Fluss des durch das Beatmungsgerät 14 zugeführten medizinischen Gases steuert, weil die von dem Beatmungsgerät 14 gelieferten Druck- und Flussverläufe des medizinischen Gases inhärent voneinander abhängig sind.
Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet andere gemessene oder abgeleitete Werte, die den Endotrachealtubus 74 oder den Atemweg des Patienten beschrei ben, um ein höher entwickeltes ETTr-Modell zu schaffen, das nicht nur die Widerstandseigenschaften des Endotrachealtubus, sondern auch die kapazitiven Eigenschaften berücksichtigt, um ein konzentriertes Modell zu erzeugen. Außerdem kann der ETTr in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines verteilten Modells modelliert werden, wie z.B. als eine Übertragungsleitung, die mehrere Widerstands- und Elastizitätseigenschaften des Endotrachealtubus wiedergibt.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Vorteil gegenüber gegenwärtigen mechanischen Beatmungssystemen in der Weise, dass eine verbesserte Beatmung eines Patienten, der eine Beatmung über einen Endotrachealtubus erhält, erreicht wird, weil die vorliegende Erfindung eine Kompensation des Widerstands des Endotrachealtubus in Abhängigkeit von gemessenen Werten anstelle einer Stützung auf ein im Voraus gegebenes ETTr-Modell ermöglicht. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbessern der Beatmungskompensation durch die Schaffung einer verbesserten Bestimmung des ETTr. Obwohl der Endotrachealtubus als eine einfache Widerstandsübertragungsfunktion modelliert werden kann, wird auch in Betracht gezogen, dass der Endotrachealtubus als ein konzentrierte RC-Modell oder ein Übertragungsleitungsmodell modelliert werden könnte, wobei innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung gehandelt wird. Als Ergebnis der kontinuierlichen Überwachung des Endotrachealtubuswiderstandes kann man sich Änderungen der Übertragungsfunktion des Endotrachealtubus, die durch die Ansammlung von Schleim innerhalb des Endotrachealtubus hervorgerufen werden, zuwenden, sobald die Änderungen auftreten. Weiterhin ermöglicht die Bestimmung des ETTr in Abhängigkeit von einer direkten Messung des Atemwegsdrucks und -flusses des Patienten die von dem Beatmungsgerät zu des Patienten die von dem Beatmungsgerät zu liefernde genaue Druck- oder Flusskompensation, um den ETTr zu kompensieren.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung es ermöglicht, eine Obstruktion ins Auge zu fassen, die einen erkannten Anstieg des Atemwegswiderstandes des Patienten hervorruft. Das verbesserte Zielen auf eine Atemwegsobstruktion des Patienten verbessert die Behandlung dieser Obstruktion, indem es dem klinischen Arzt ermöglicht, ein Behandlungsverfahren auszuwählen, das zum Entfernen von Obstruktionen an der ins Auge gefassten Stelle vorgesehen ist. Lungenabsaugungsverfahren können für einen Patienten schädlich sein, wenn sie unsachgemäß durchgeführt werden, wie z.B. wenn keine Notwendigkeit für den Eingriff besteht oder der Eingriff zu aggressiv durchgeführt wird. Durch Verbessern der Fähigkeit des Beatmungsgerätes, eine Obstruktion zu erkennen und den Ort der Obstruktion anzuvisieren, kann die Gefahr verringert werden, dass ein Patient einem unangebrachten Eingriff unterzogen wird.
Verfahren zum Steuern eines mechanischen Beatmungsgerätes 14 wird geschaffen, das einem Patienten 12 über einen Endotrachealtubus 74 ein medizinisches Gas 16, 18 zuführt. An einem Patientenende 86 des Endotrachealtubus 74 wird ein Druck gemessen. Der Druck an dem Patientenende 86 des Endotrachealtubus 74 wird verwendet, um ein verbessertes Endotrachealtubuswiderstandsmodell zu erstellen, so dass das von dem mechanischen Beatmungsgerät zugeführte medizinische Gas um den Widerstand des Endotrachealtubus 74 kompensiert werden kann, wodurch eine verbesserte Steuerung des medizinischen Gases 16, 18 erreicht wird, dass an die Lunge 44 des Patienten geliefert wird. Wenn eine Obstruktion in dem Atemweg des Patienten erkannt wird, kann zusätzlich der Ort der Obstruktion gezielt anvisiert werden, so dass von einem klinischen Arzt die geeignete Abhilfemaßnahme oder der geeignete Eingriff gewählt werden kann.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, die die beste Art enthalten, um die Erfindung zu offenbaren und auch um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu auszuführen und zu benutzen. Der patentierbare Bereich der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten einfallen. Es ist beabsichtigt, dass derartige weitere Beispiele innerhalb des Bereiches der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit einer unwesentlichen Abweichung von dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Verschiedene Alternativen und Ausführungsformen werden als innerhalb des Bereiches der folgenden Ansprüche liegend angesehen, die den als die Erfindung angesehenen Gegenstand hervorheben und deutlich beanspruchen.

10: Beatmungssystem
12: Patient
14: Mechanisches Beatmungsgerät
16: Luft
18: Zusatzgas
20: Strömungssensor
22: Steuerventil
24: Strömungssensor
26: Steuerventil
28: Steuerung
30: Leitung
32: Einatmungszweig
34: Atemkreis
36: Y-Verbinder
38: Patientenzweig
40: MGAS-Modul
42: Patientenanschlusselement
44: Lunge
46: Ausatmungszweig
48: Steuerungsventil
50: Strömungssensor
52: Beatmungssteuereinheit
54: Benutzerschnittstelle
56: Anzeige
58: CPU
60: Serieller Datenbus
62: Leitung
64: Strömungsbegrenzer
74: Endotrachealtubus
76: Luftröhre
78: Manschette
80: Luftröhrendruckkatheter
82: Stelle
84: Beatmungsgerätende
86: Patientenende
88: Spitze
90: Ende

Claims

Verfahren zur Schaffung einer Atemwegskompensationssteuerung zur Verbesserung der mechanischen Beatmung eines Patienten (12), wobei das Verfahren die Schritte enthält: Liefern eines medizinischen Gases (16, 18) an den Patienten (12) über einen Endotrachealtubus (74) mit einem Patientenende und einem Beatmungsgerätende (84) gemäß einem Druckkurvenverlauf; Messen eines ersten Drucks an dem Patientenende (86) des Endotrachealtubus (74); Erhalten eines zweiten Drucks an dem Beatmungsgerätende (84) des Endotrachealtubus (74); Überwachen des Differenzdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druck; und Kompensieren des Druckkurvenverlaufs um einen Betrag in Abhängigkeit von dem erfassten Differenzdruck.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Druck unter Verwendung eines Luftröhrendruckkatheters gemessen wird, der mit einem Druckwandler verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Druckwandler innerhalb eines Stoffwechselgas-Überwachungsmoduls (40) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Kompensierens des Druckkurvenverlaufs weiterhin den Schritt des Erhöhens einer Anfangsamplitude des Druckkurvenverlaufs enthält, um Widerstandseigenschaften des Endotrachealtubus (74) zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Schritte enthält: Liefern eines medizinischen Gases (16, 18) an einen Patienten (12) gemäß dem kompensierten Druckkurvenverlauf; Überwachen des zweiten Drucks, um den Druckkurvenverlauf an dem Patientenende (86) des Endotrachealtubus (74) zu erfassen; und iteratives Kompensieren des Druckkurvenverlaufs in Abhängigkeit von dem überwachten zweiten Druck.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Bestimmens des Endotrachealtubuswiderstands enthält, wobei der Differenzdruck und ein Fluss durch den Endotrachealtubus (74) verwendet werden, um den Endotrachealtubuswiderstand zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin die Schritte enthält: Festlegen eines Schwellenwertes für den Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Druck und Empfehlen eines Absaugvorgangs in dem Endotrachealtubus (74), wenn der Differenzdruck den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Endotrachealtubuswiderstand weiterhin ein Modell mit konzentrierten Elementen unter Verwendung von Widerständen und Elastizitäten enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Endotrachealtubus als ein verteiltes Modell modelliert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin die Schritte enthält: Überwachen des Endotrachealtubuswiderstands; beim Erkennen eines Anstiegs des Endotrachealtubuswiderstandes Feststellen, dass der Endotrachealtubus (74) obstruiert ist und ein Absaugvorgang an dem Endotrachealtubus (74) durchgeführt werden sollte; Überwachen des Bronchialwiderstandes; und beim Erkennen eines Anstiegs des Bronchialwiderstandes des Patienten Feststellen, dass eine Obstruktion in der Lunge (44) des Patienten vorliegt und ein Absaugvorgang an der Lunge des Patienten durchgeführt werden sollte.