DE19951578C1 - Tubus mit Vorrichtung zur dynamischen Erfassung des endotrachealen Druckes, des Atemstromes sowie mechanischer kardio-respiratorischer Signale - Google Patents

Abstract

Tubus mit Vorrichtung zur Erfassung des endotrachealen Drucks und des Atemstroms mit einem in der Wand des Tubus (1) angeordneten Sensor-System, das praktisch keine Totzeit hat und aus je einem in die Tubuswand (1) nahe deren Spitze und der Basis (6) flüssigkeitsdicht eingebrachten Differenzdruck-Sensor (3, 4) besteht und beide Sensoren (3, 4) pneumatisch über einen Kanal (7) in der Tubuswand, der über eine Öffnung (8) mit der Atmosphäre verbunden ist, gekoppelt sind. Die Drucksensoren, bei denen es sich um Absolutdruck-Sensoren oder Differenzdruck-Sensoren handeln kann, haben eine obere Grenzfrequenz von wenigstens 1000 Hz. Vorzugsweise werden die Meßsignale - Einzelwerte der beiden Sensoren sowie der Differenzwert von einem mit der Meßvorrichtung (9) am Tubus verbundenen Sender (10) telemetrisch weitergegeben.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Sensor-Tubus zur dynamischen Erfassung des endotrachealen Druckes, des Atemstromes sowie mechanischer kardio­ respiratorischer Signale mit den Merkmalen der Patentansprüche.

Sogenannte Tubusse werden in der Medizin als Verbindungsstück dazu benutzt, um Menschen, die selbst nicht mehr atmen können, mit einer geeigneten Maschine (Respirator) künstlich zu beatmen. Die Überwachung der künstlichen Beatmung erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Druck- und Flusssensoren, die sich am Respirator selbst befinden.

Dies hat bezüglich des Druckes den Nachteil, dass ein Lungendruck, sei es der endotracheale oder der alveoläre, nicht richtig erfasst werden kann - insbesondere während der Insufflation und insbesondere im Falle einer Verengung der Luftwege (bronchiale Obstruktion) -, weil der Gasstrom erhebliche Strömungswiderstände passieren muß und infolgedessen strömungsabhängig ein Druckabfall vorhanden ist. Die genaue Kenntnis eines Lungendruckes, insbesondere seines Verlaufs während des Atmungszyklus wäre aber deshalb sehr hilfreich, weil dann der Arzt die Beatmungsbedingungen mit Sicherheit optimieren könnte. Denn einerseits darf ein Beatmungsdruck (auch momentan) nicht zu groß werden, weil dann die Gefahr der Verminderung des Herzzeitvolumens (durch Erhöhung des pulmonalen Perfusionswiderstandes) und/oder die Gefahr eines Barotraumas entsteht. Andererseits möchte man die Lunge möglichst gut ventilieren, d. h. aufblähen. Daher muß die Höhe des Beatmungsdruckes genau so groß gewählt werden, dass er maximal nutzt, aber noch nicht schadet.

Aus solchen Gründen wäre eine dynamische Erfassung zumindest des endotrachealen Druckes an der Tubusspitze intensivmedizinisch von großer Wichtigkeit. Hierzu gehört ebenfalls, dass die Druckanzeige schnell genug erfolgt, um auch Druckspritzen miterfassen zu können. Eine 90%-Einstellzeit des Drucksignals von 1 ms wäre hierfür ausreichend. Eine getreue quantitative Druckerfassung setzt auch voraus, dass das Sensor-System keine sogen. Totzeit (Ansprechzeit) besitzt.

Bezüglich des Druckes, aber insbesondere bezüglich des Atemstroms, ist es von besonderem Nachteil, wenn sich die respiratiorischen Sensoren am Respirator befinden und nicht direkt am Patienten, d. h. am Tubus. Denn während der Entwöhnungsperiode, wenn die Beatmungsmaschine zeitweise abgehängt wird, hat dann der Arzt keine messtechnischen Überwachung der Atmung mehr, insbesondere der Ventilation, zu deren Ermittlung die kontinuierliche Registrierung des Atemstroms die Voraussetzung ist.

Auch in diesem Fall muß das Signal des Atemstroms eine ausreichend kurze 90%- Einstellzeit von etwa 1 ms besitzen, damit atemzugsweise das in- und exspiratorisches Atemzugsvolumen durch eine kontinuierliche Integration richtig ermittelt werden können.

Zur Bestimmung des Atemstroms wäre eine zweite Druckmessung an der Basis des Tubus wünschenswert, sodaß der durch den Atemstrom verursachte Druckabfall als Maß für den respiratorischen Fluß dienen kann. Damit böte sich auch die Möglichkeit, beide Atemzugvolumina - das in- und expiratorische - über lange Zeit gegeneinander zu bilanzieren.

Das fortlaufende Differenzsignal dieser beiden Volumina könnte dann zur Warnung vor einer Überblähung der beatmeten Lunge genutzt werden, d. h. zur Warnung vor einem sogenannten Volutrauma.

Sind die Signale des Druckes und des Atemstroms nicht nur schnell, sondern zugleich auch empfindlich genug, dann lassen sich zudem die sogenannten mechanischen kardio-respiratorischen Signale ermitteln, die wiederum insbesondere eine Funktionsdiagnostik des Bronchialsystems ermöglichen.

Die geschilderten Probleme wurden mit Hilfe eines sekundären Lumens in der Wand des Tubus zu lösen versucht, welches von der Spitze des Tubus bis fast zu seiner Basis verläuft und hier über einen dünnen Schlauch seitlich an der Basis des Tubus nach außen geführt wird (EP 0 850 652 A2).

Die erwähnte Patentschrift lehrt, dass am Ende des dünnen seitlichen Schlauches ein Drucksensor zur Ermittlung des endotrachealen Druckes angeschlossen wird. Zum Anschluß des zweiten Drucksensors - um den Atemstrom über eine Druckdifferenz zu bestimmen - dient ein weiterer Schlauch, der am Ansatzstück des Tubus, am sogenannten Konnektor angeschlossen ist.

Diese Anordnung hat zweierlei Nachteile. Erstens kann dadurch, dass der Druck über eine lange dünne Luftzuleitung gemessen wird, in diese - ganz besonders in die an der Spitze des Tubus - Flüssigkeit, sprich Bronchialsekret, gelangen und nicht nur den Endwert des Drucksignals verfälschen, sondern auch sein Einstellverhalten - Totzeit und Einstellzeit - verändern, wodurch die Eichung auf zweifache Weise falsch werden kann. Zweitens ist in diese Anordnung der Konnektor mit einbezogen, wodurch dieser vom Arzt nicht mehr unabhängig manipuliert werden kann.

Diese entscheidenden Nachteile und vorstehend beschriebenen Aufgaben und Probleme werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass erstens ein Drucksensor direkt in die Wand an der Spitze des Tubus eingebracht wird, sodass die Druckleitung nicht über eine Luftleitung zur Basis des Tubus erfolgen muß, und dass zweitens der Konnektor nicht mit in das Sensor-System einbezogen ist, sodass er beliebig ausgewechselt werden kann.

Durch den Einbau der Drucksensoren in die Wand des Tubus wird insbesondere erreicht, dass das Sensor-System keine Totzeit hat. Durch die Verwendung schnell anzeigender Mikro-Drucksensoren mit einer oberen Grenzfrequenz von vorzugsweise mindestens 1000 Hz wird erreicht, dass die 90%-Einstellzeit des Sensor-Systems kleiner als 1 ms bleibt.

Abb. 1 gibt den Längsschnitt des Sensor-Tubus schematisch wider.

Der Grundkörper des Tubus entspricht dem eines normalen Tubus (1), der nahe an der Spitze (5) im Falle eines Erwachsenen-Tubus mit einer Abdichtmanschette (2) versehen ist. In der Innenwand nahe der Spitze befindet sich der eine Differenz- Drucksensor (3), der andere (4) in der Innenwand nahe der Basis (6) des Tubus, jedoch soweit davon entfernt, dass dort noch ein Konnektor eingesteckt werden kann. Beide Drucksensoren (3, 4) sind zum Lumen des Tubus flüssigkeitsdicht angebracht. Über einen Luftkanal (7), der in der Wand des Tubus (1) verläuft, sind die "Rückseiten" beider Drucksensoren miteinander pneumatisch verbunden; dieser Kanal hat auch eine Öffnung (8) zur Atmosphäre, sodass beide Drucksensoren an ihrer Rückseite pneumatisch gleichsam geerdet sind. Dies ist nur erforderlich für den Fall, dass Differenzdruck-Sensoren verwendet werden; bei Verwendung von Absolutdrucksensoren entfällt der pneumatische Kanal (7) mit der Öffnung (8). Der pneumatische Kanal enthält auch die Kabelverbindungen (11) der Drucksensoren zur Meßvorrichtung (9). Diese befindet sich am Basisende des Sensor-Tubus. Sie enthält vorzugsweise auch einen Sender (10), über den die Signalgrößen telemetrisch an ein (nicht gezeigtes) benachbartes Empfängergerät abgegeben werden können.

Bei den übermittelten Signalgrößen handelt es sich um 3 Signale: je eines von jedem der beiden Sensoren sowie die Differenz beider.

Als Anwendungsbeispiel zeigt Abb. 2 die respiratorischen (a) wie auch die mechanischen kardio-respiratorischen (b) Signale einer Normalperson mit einem Tubus der Größe 7,5 mm Innendurchmesser. In Teilbild a bedeutet ein Signal nach unten Inspiration. In der Mitte der Registrierung b hat die Person willkürlich die Glottis verschlossen; man sieht dann keine mechanischen kardio-respiratorischen Signale mehr.

Claims (8)

1. Tubus mit Vorrichtung zur Erfassung des endotrachealen Drucks und des Atemstroms, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tubuswand (1) nahe deren Spitze (5) und nahe der Basis (6) flüssigkeitsdicht je ein Differenzdruck-Sensor (3, 4) angeordnet ist und beide Sensoren (3, 4) pneumatisch über einen Kanal (7) in der Tubuswand, der über eine Öffnung (8) mit der Atmosphäre verbunden ist, gekoppelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoren eine obere Grenzfrequenz von wenigstens 1000 Hz haben.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (3, 4) Absolutdruck-Sensoren sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (3, 4) Differenzdruck-Sensoren sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Meßsignale der Drucksensoren über im Kanal (7) geführte Kabelverbindungen (11) einer Meßvorrichtung (9) zugeleitet werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßvorrichtung einen Sender (10) zur telemetrischen Übermittlung der Meßdaten umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Signale der beiden Drucksensoren als auch ihre Differenz telemetrisch übertragen wird.

8. Vorrichtung nach Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Tubusse für Frühgeborene, Säuglinge und Kinder implementiert ist.