DE10222176A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines BeatmungsgerätsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten. DOLLAR A Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung wird das Beatmungsgerät kontinuierlich und schonend auf den Patienten eingestellt, indem seine Blutgaswerte, das sind der arterielle Sauerstoffpartialdruck P¶a¶O¶2¶ sowie der arterielle Kohlendioxidpartialdruck P¶a¶CO¶2¶, einmalig zu Beginn gemessen werden. Außerdem werden der inspiratorische und der exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck P¶in¶CO¶2¶ und P¶ex¶CO¶2¶ im Beatmungskreislauf kontinuierlich gemessen. DOLLAR A In eine Kalibrationsphase werden die Werte für die Lungenanteile gemäß einem Lungenfunktionsmodell nach Bohr-Riley ermittelt. Anhand dieser Werte und aktuell gemessener Werte für den inspiratorischen und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck P¶in¶CO¶2¶ und P¶ex¶CO¶2¶ werden fortlaufend ein arterieller Sauerstoffpartialdruck sowie ein arterieller Kohlendioxidpartialdruck (P¶a¶O¶2¶)¶calc¶ und (P¶a¶CO¶2¶)¶calc¶ berechnet. Diese errechneten Blutgaswerte sind Grundlage für eine geeignete Ansteuerung des Beatmungsgeräts, bei der der Atemgasvolumenstrom d/dt V und der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck P¶in¶O¶2¶ angepaßt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten.
- Die Beatmung eines Patienten dient vorrangig dazu, ihm ausreichend Atemgas zuzuführen, das heißt, ihn mit einem adäquaten arteriellen Sauerstoffpartialdruck zu versorgen, und außerdem einen adäquaten arteriellen Kohlendioxidpartialdruck herbeizuführen. Dies kann in der Weise geschehen, dass man die Einstellung von Parametern am Beatmungsgerät, wie zum Beispiel die inspiratorische Sauerstoffkonzentration, das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz, auf der Grundlage der für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck ermittelten Werte vornimmt. Die Bestimmung dieser beiden Blutgaswerte erfolgt meistens in regelmäßigen zeitlichen Abständen durch Blutentnahme beim Patienten und anschließende Blutanalyse auf der Krankenstation oder in einem Labor. Der Transport der Blutprobe sowie die Analyse der Blutprobe kann einige Minuten bis hin zu einer halben Stunde in Anspruch nehmen. Die ermittelten Blutgaswerte sind somit um diese Zeitspanne veraltet.
- Eine Messung der arteriellen Blutgaswerte online mit am Patienten angebrachten Sensoren wird in der US 6,064,899 beschrieben. Die Sensoren werden vom Patienten jedoch als Fremdkörper empfunden, und ihre Einsatzdauer ist auf etwa 72 Stunden begrenzt. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise hoher finanzieller und personeller Aufwand erforderlich.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein Beatmungsgerät auf einen damit beatmeten Patienten kontinuierlich und schonend eingestellt werden kann.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 4.
- Das Beatmungsgerät versorgt den Patienten mit Atemgas, wobei ein bestimmter Atemgasvolumenstrom d/dt V sowie ein inspiratorischer Sauerstoffpartialdruck PinO2 für das Beatmungsgerät vorgegeben sind.
- Das erfindungsgemäße Verfahren stellt den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck PinO2 bei dem Beatmungsgerät auf den damit beatmeten Patienten ein. Zunächst werden hierfür der arterielle Sauerstoffpartialdruck PaO2 und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck PaCO2 im Blutkreislauf des Patienten gemessen. Das kann durch eine Sensoreinheit geschehen, die mit einem Blutgefäß des Patienten in Verbindung steht. Dieser Messvorgang dient der Kalibrierung, denn in den darauffolgenden Schritten werden die betreffenden Werte berechnet und nicht mehr gemessen. Weiterhin werden von einem ersten Sensor im Inspirationszweig der inspiratorische Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 und von einem zweiten Sensor im Exspirationszweig der exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck PexCO2 im Beatmungskreislauf gemessen, der das Beatmungsgerät und den Patienten umfasst. Dies kann auch patientennah mit einem einzigen Sensor erfolgen, der die Atemphasen unterscheiden kann. Diese Werte fließen in die Berechnung eines arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO2)calc° und eines arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (PaO2)calc° ein. Die Berechnungen werden durchgeführt von einer Auswerte- und Steuereinheit, welche die von der Sensoreinrichtung, dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor gemessenen Werte empfängt. Es werden jeweils die Massenerhaltung des Sauerstoffs und die des Kohlendioxids im Körper des Patienten beim Übergang vom Beatmungskreislauf in den Blutkreislauf berücksichtigt. Aus der Differenz des exspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks PexCO2 und des inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 lässt sich die Menge an Kohlendioxid bestimmen, die vom Patienten aufgenommen und in seinen Blutkreislauf abgegeben wird. Sie muss genau der Menge an Kohlendioxid entsprechen, die sich aus der Differenz der venösen zur arteriellen Blutgasbindung CvCO2 - CaCO2 für Kohlendioxid ergibt. Die Blutgasbindungen CvCO2 und CaCO2 sind kohlendioxidspezifisch und hängen darüber hinaus vom Blutdruck, von der Temperatur, dem pH-Wert und dem Hämoglobingehalt des Blutes als Parametern ab. Diese Parameter sind bekannt durch Schätzung oder vorherige Messung und müssen daher nicht ständig neu ermittelt werden. Für den Sauerstoff stellt man Gleichungen in analoger Weise auf. Hier wird jedoch nicht die Differenz aus inspiratorischem Sauerstoffpartialdruck und exspiratorischem Sauerstoffpartialdruck berechnet, sondern diese Differenz wird geschätzt aus der Differenz, die man im Fall des Kohlendioxids gebildet hat und die durch den sogenannten respiratorischen Quotienten dividiert wird. Der respiratorische Quotient ist eine patientenspezifische Größe und wird zum Beispiel mit dem Wert 0,8 angenähert.
- Wenn die Massenerhaltung des Sauerstoffs und die des Kohlendioxids beim Übergang vom Beatmungskreislauf in den Blutkreislauf des Patienten berücksichtigt wird, so geht man von einem Lungenmodell nach Bohr-Riley aus, welches die Lunge des Patienten nach funktionellen Gesichtspunkten in drei Lungenanteile unterteilt: einen sogenannten Normalbereich, der vom Beatmungskreislauf ventiliert und vom Blutkreislauf perfundiert wird, einen sogenannten Kurzschlussbereich, der nicht ventiliert, sondern nur perfundiert wird, und einen sogenannten Totraum, der ventiliert und nicht perfundiert wird. Beim Bilanzieren der Massenanteile des Sauerstoffs und des Kohlendioxids, welche durch den Beatmungskreislauf zugeführt werden, sind der Normalbereich und der Totraum der Lunge zu berücksichtigen. Für die Massenanteile des Sauerstoffs und des Kohlendioxids, die durch den Blutkreislauf abgeführt werden, sind der Normalbereich und der Kurzschlussbereich zu berücksichtigen. Eine ausführliche Erläuterung des Lungenfunktionsmodells nach Bohr-Riley ist beispielsweise in Brunner, JX; Wolff, G.: "Pulmonary Function Indices in Critical Care Patients", Berlin, Springer-Verlag 1988, auf Seite 37 bis 39 zu finden.
- Für die drei Lungenanteile dieses Lungenfunktionsmodells werden zunächst Werte vorgegeben. Bei diesen Werten handelt es sich jeweils um den Anteil des Normalbreichs, des Kurzschlussbereichs und des Totraums an der gesamten Ventilation im Beatmungskreislauf und an der gesamten Perfusion im Blutkreislauf.
- Ferner fließen in die Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO2)calc°und des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (PaO2)calc° die Werte des vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks PinO2 ein, die zuvor am Beatmungsgerät eingestellt wurden.
- In einem weiteren Schritt werden der gemessene arterielle Sauerstoffpartialdruck PaO2 und der berechnete arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc° sowie der gemessene arterielle Kohlendioxidpartialdruck PaCO2 und der berechnete arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaO2)calc° miteinander verglichen. Dies geschieht in der Weise, dass jeweils die Differenzen (PaO2)calc° - PaO2 und (PaO2)calc° - PaCO2 gebildet werden.
- Weichen die Differenzen von Null ab, so werden die Werte, die zu den drei Lungenanteilen des Lungenfunktionsmodells von Bohr-Riley vorgegeben wurden, so angepaßt, dass die Differenzen zu Null werden. Diese Vorgehensweise stellt eine Kalibrierung dar im Hinblick auf die daraufffolgende Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks ((PaO2)calc sowie des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO2)calc, die nun aus den zuvor angepaßten Werten für die Lungenanteile und den aktuellen Messwerten für den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PexCO2 berechnet werden.
- Entsprechen der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc nicht vorgegebenen Werten (PaO2)soll und (PaCO2)soll, so steuert die Auswerte- und Steuereinheit das Beatmungsgerät in der Weise an, dass der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V und der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO2 verändert werden und der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc und der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc infolge dieser Änderung die vorgegebenen Werte (PaO2)soll und (PaCO2)soll annehmen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V erhöht, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (PaCO2)soll liegt. Umgekehrt wird der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V vermindert, wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (PaCO2)soll liegt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO2 erhöht, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc unterhalb des vorgegebenen Wertes (PaO2)soll liegt. Umgekehrt wird der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO2 vermindert, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc oberhalb des vorgegebenen Wertes (PaO2)soll liegt.
- Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten Patienten ist die Durchführung des oben angegebenen Verfahrens möglich.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eine Speichereinheit, mit der die von der Auswerte- und Steuereinheit gemessenen und berechneten Werte gespeichert werden können. Damit ist es beispielsweise möglich, schon am Anfang einen geeigneten Atemgasvolumenstrom d/dt V und einen geeigneten inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck PinO2 am Beatmungsgerät einzustellen und die Werte für die drei Lungenanteile so vorzugeben, dass sie beim Kalibrieren nur noch geringfügig angepasst werden müssen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und wird im Folgenden näher erläutert.
- Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts und einen beatmeten Patienten 7. Der Patient 7 ist an ein in der Figur nicht abgebildetes Beatmungsgerät angeschlossen. Der das Beatmungsgerät und den Patienten 7 umfassende Beatmungskreislauf umfasst einen Inspirationszweig 5 und einen Exspirationszweig 6. Ein erster Sensor 1 im Inspirationszweig 5 misst den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PinCO2, und ein zweiter Sensor 2 im Exspirationszweig 6 misst den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PexCO2. Die beiden Sensoren 1, 2 können in einer einzigen Einheit patientennah angeordnet sein. Die von den beiden Sensoren 1, 2 gemessenen Werte werden als Signale an eine Auswerte- und Steuereinheit 4 weitergeleitet, die darüber hinaus Signale einer Sensoreinheit 3 empfängt, die die Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck PaO2 und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck PaCO2 im Blutkreislauf des Patienten 7 misst. Die beiden Sensoren 1, 2 messen kontinuierlich, die Sensoreinheit 3 misst einmalig zu Beginn des Verfahrens zur Einstellung des Beatmungsgeräts auf den Patienten 7. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 berechnet aus den empfangenen Signalen Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc° und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (PaO2)calc°. In darauffolgenden Schritten werden aus den von den Sensoren 1, 2 gemessenen aktuellen Werten für den inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 und den exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PexCO2 weitere Werte für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc berechnet. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 ist mit einem nicht abgebildeten Beatmungsgerät verbunden, von welchem sie die eingestellten Werte für den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck PinO2 empfängt. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 steuert das Beatmungsgerät an, wobei die Werte für den Atemgasvolumenstrom d/dt V und den inspiratorischen Sauerstoffpartialdruck PinO2 in Abhängigkeit von den berechneten Werten für den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc und den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc angepaßt werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten
Patienten (7) mit folgenden Schritten:
a) Der arterielle Sauerstoffpartialdruck PaO2 und der arterielle
Kohlendioxidpartialdruck PaCO2 im Blutkreislauf des Patienten (7) werden
zunächst gemessen,
b) der inspiratorische Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 und der
exspiratorische Kohlendioxidpartialdruck PexCO2 im Beatmungskreislauf
von Beatmungsgerät und Patient (7) werden gemessen,
c) ein arterieller Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc° und ein arterieller
Kohlendioxidpartialdruck (PaO2)calc° werden aus den in Schritt b)
gemessenen Werten unter Berücksichtigung der Massenerhaltung des
Sauerstoffs O2 und der Massenerhaltung des Kohlendioxids CO2
berechnet, wobei vorgegebene Werte für die drei Lungenanteile des
funktionellen Lungenmodells nach Bohr-Riley und die Werte des vom
Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des
inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks PinO2 zugrunde gelegt werden,
d) aus dem gemessenen arteriellen Sauerstoffpartialdruck PaO2 und dem
berechneten arteriellen Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc° sowie aus dem
gemessenen arteriellen Kohlendioxidpartialdruck PaCO2 und dem
berechneten arteriellen Kohlendioxidpartialdruck (PaO2)calc° werden
jeweils die Differenzen (PaO2)calc° - PaO2 und (PaO2)calc° - PaCO2 gebildet,
e) die in Schritt c) zugrunde gelegten Werte für die drei Lungenanteile
werden so angepaßt, dass die in Schritt d) gebildeten Differenzen
(PaO2)calc° - PaO2 und (PaO2)calc° - PaCO2 jeweils zu Null werden,
f) der vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V
und der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO2 werden so verändert,
dass der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc sowie der arterielle
Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc, die aus den in Schritt e) angepaßten
Werten für die Lungenanteile und den aktuellen Messwerten für den
inspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PinCO2 und den
exspiratorischen Kohlendioxidpartialdruck PexCO2 berechnet werden,
vorgegebene Werte (PaO2)soll und (PaCO2)soll annehmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) der
vom Beatmungsgerät zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V erhöht wird,
wenn der arterielle Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc unterhalb des
vorgegebenen Wertes (PaCO2)soll liegt und der von dem Beatmungsgerät
zugeführte Atemgasvolumenstrom d/dt V vermindert wird, wenn der arterielle
Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)calc oberhalb des vorgegebenen Wertes
(PaCO2)soll liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f)
der vom Beatmungsgerät zugeführte inspiratorische Sauerstoffpartialdruck
PinO2 erhöht wird, wenn der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc unterhalb
des vorgegebenen Wertes (PaO2)soll liegt und der von dem Beatmungsgerät
zugeführte inspiratorische Sauerstoffpartialdruck PinO2 vermindert wird, wenn
der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc oberhalb des vorgegebenen
Wertes (PaO2)soll liegt.
4. Vorrichtung zur Einstellung eines Beatmungsgeräts auf einen beatmeten
Patienten (7) mit:
a) einer Sensoreinrichtung (3) zur Messung des arteriellen
Sauerstoffpartialdrucks PaO2 und des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks
PaCO2,
b) einem ersten Sensor (1) zur Messung des inspiratorischen
Kohlendioxidpartialdrucks PinCO2 und einem zweiten Sensor (2) zur
Messung des exspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks PexCO2 des
beatmeten Patienten (7),
c) einer mit der Sensoreinrichtung (3), dem ersten Sensor (1) und dem
zweiten Sensor (2) verbundene Auswerte- und Steuereinheit (4) zur
Berechnung des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO2)calc und des
arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO2)calc und zur Steuerung des
vom Beatmungsgerät zugeführten Atemgasvolumenstroms d/dt V und des
inspiratorischen Sauerstoffpartialdrucks PinO2 in Abhängigkeit von den für
den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (PaO2)calc und den arteriellen
Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO2)calc berechneten Werten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Speichereinheit zur Speicherung der von der Auswerte- und Steuereinheit (4)
gemessenen und berechneten Werte vorgesehen ist.
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2002
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