DE69624773T2

DE69624773T2 - Gerät zur Unterstützung der Atmung

Info

Publication number: DE69624773T2
Application number: DE69624773T
Authority: DE
Inventors: Burkhard Lachmann; Govinda Rajan
Original assignee: Siemens Elema AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: DE69624773D1; JPH09173454A; EP0776671A1; EP0776671B1; US5720278A; SE9504311D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Lebewesen mit einer Abgabeeinheit zum Zuführen von Inspirationsimpulsen von Atemgas zu dem Lebewesen, einer Abfühleinheit zum Abfühlen spontaner Einatmungsanstrengungen des Lebewesens und einer Steuereinheit zum Steuern der Abgabeeinheit, um als Antwort auf die abgefühlte Einatmungsanstrengung einen unterstützenden Inspirationsimpuls zu erzeugen.
Normalerweise kann ein Beatmungsgerät in einer Anzahl verschiedener Ventilationmoden wie z. B. volumengesteuert, druckgesteuert, volumenunterstützt, druckunterstützt usw. arbeiten. Diese Ventilationsmoden erlauben normalerweise einem an das Gerät angeschlossenen Patienten, eine Inspiration und/oder Exspiration zu triggern. Diese Möglichkeiten sind zum Beispiel in der Bedienungsanleitung zu dem Servo Ventilator 300, Seiten 78-93, AG 0593 3.5, Schweden, 1993 beschrieben. Ein System für die Flusstriggerung bei unterstützender Ventilation ist durch Gardner u. a. in EP 0,459,647 offenbart, bei der ein kontinuierlicher vorinspiratorischer Gasfluss mit einem atmungsunterstützenden Fluss ergänzt wird, wenn eine Einatmungsanstrengung detektiert wird.
Ein Behandlungsmodus und System mit obligatorischen Minutenvolumen (MMV) ist durch Gedeon u. a. in der US 4,421,113 offenbart. Hier wird ein intermittierender, unterstützender Atemgasimpuls einem Patienten von einer Abgabeeinheit als Antwort auf ein Steuersignal von einer Steuereinheit zugeführt, um sicherzustellen, dass ein spontan atmender Patient eine adäquate Ventilation erhält. Das Steuersignal wird abhängig von einem durch die Steuereinheit vorgenommenen Vergleich eines Wertes, der das kontinuierliche Integral der Differenz zwischen einem Referenzfluss und einem Fluss zu dem Patienten, wie er durch einen Flussmesser gemessen wird, und einem eingestellten Grenzwert erzeugt.
In einem Artikel mit dem Titel "Proportioal assist ventilation, a new approch to ventilatory support", Younes, American Review Respiratory Disease, 145 (1): 114-120, Jan. 1992 ist eine spezifische Ventilation des druckunterstützenden Modus beschrieben. In dem beschriebenen Modus, proportionale unterstützende Ventilation (PAV), wird das Gerät so gesteuert, das der an die Atemwege abgegebene Druck im Verhältnis zu der unmittelbaren Anstrengung des Patienten ansteigt. In anderen Worten wird die eigene Anstrengung des Patienten einzuatmen verstärkt. Der Zweck des PAV-Modus ist es, den Komfort für den Patienten zu steigern, den Spitzenluftwegsdruck zu reduzieren und den Eigenreflex des Patienten beizubehalten und zu fördern.
Es gibt jedoch auch einige negative Effekte mit dem PAV- Modus. Ein wichtiger Nachteil ist es, dass dieser Modus den Patienten abhängiger von dem Gerät in dem unterstützenden Modus machen kann. Andere Nachteile (erwähnt in dem Artikel) sind Abhängigkeit von spontaner Anstrengung, Druck- "Ausreißer" und Problem mit PAV und Beatmungsmustern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Ventilationsmodus zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass die Steuereinheit angepasst ist, ein Steuersignal zu erzeugen, um die Abgabeeinheit zu steuern, um einen unterstützenden Inspirationsimpuls von Atemgas zu erzeugen, der eine Amplitude hat, die ein inverses Verhältnis zu der Größe der durch die Abfühleinheit abgefühlten Einatmungsanstrengung zeigt.
Durch ein inverses Verhältnis, das linear oder nichtlinear sein kann, wird die unterstützende Antwort des Geräts abnehmen, wenn die eigene Anstrengung des Patienten zunimmt. In der Praxis wird das einen Patienten, der eine niedrige inspiratorische Treibkraft hat, damit versehen, dass er eine ausreichende ventilatorische Unterstützung erhält, und wenn die inspiratorische Treibkraft des Patienten ansteigt, wird die unterstützende Antwort abnehmen, so dass der Patient dazu veranlasst wird, die respiratorischen Muskeln noch stärker zu aktivieren.
Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter unter Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Beatmungsgerätes gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 2 ein erstes Verhältnis zwischen Einatmungsanstrengung und unterstützender Antwort zeigt, und
Fig. 3 ein zweites Verhältnis zwischen Einatmungsanstrengung und unterstützender Antwort zeigt.
Ein Beatmungsgerät 2 gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Das Beatmungsgerät 2 ist an einen Patienten 4 zur Zufuhr von Atemgas während der Inspiration und zum Entfernen ausgeatmeten Gases während der Exspiration angeschlossen. Das Beatmungsgerät 2 weist einen Ventilator 6 auf, der die Gaskomponenten des Atemgases über Einlässe 8A, 8B und 8C erhält. Die Gase könnten zum Beispiel komprimierte Luft und Sauerstoff sein. Andere Gasmischungen sind auch denkbar.
Das Atemgas wird dem Patienten 4 über eine Inspirationsleitung 10 zugeführt. Ausgeatmetes Gas wird von dem Patienten 4 wegüber eine Exspirationsleitung 12 zurück zu dem Ventilator 6 geleitet. Das ausgeatmete Gas wird dann von dem Ventilator 6 über einen Auslass 14 in die umgebend Luft oder ein Evakuierungssystem (nicht dargestellt) abgeführt. Die Erzeugung von Inspirationsimpulsen wird durch eine Abgabeeinheit 16 in dem Ventilator 6 gesteuert. In Erwiderung auf ein Steuersignal von einer Steuereinheit 18 wird die Abgabeeinheit 16 einen Inspirationsimpuls erzeugen, der eine definierte Druck und/oder Flussamplitude hat. Die Dauer des Inspirationsimpulses kann auch durch die Steuereinheit 18 gesteuert werden, aber sie kann auch durch Abfühlen der Ausatmungsanstrengungen des Patienten 4 gesteuert werden.
Um einen unterstützenden Inspirationsimpuls als Antwort auf eine Einatmungsanstrengung des Patienten 4 abzugeben, ist ein Flusssensor 20 nahe dem Patienten 4 angeordnet, um die Einatmungsanstrengung des Patienten 4 abzufühlen. Das Flusssignal von dem Flusssensor 20 wird zu einer Sensoreinheit 22 zum Bestimmen der Größe der Einatmungsanstrengung gesendet. Diese Information wird dann auf die Steuereinheit 18 übertragen, die die unterstützende Antwort, die in Abhängigkeit von der abgefühlten Einatmungsanstrengung abzugeben ist, bestimmt, woraufhin die Abgabeeinheit 16 den unterstützenden Inspirationsimpuls erzeugt und über die Inspirationsleitung 10 an den Patienten 4 abgibt.
Um zu starke Schwankungen in der unterstützenden Antwort zu vermeiden, könnte ein fließender Mittelwert für die Einatmungsanstrengung während zweier oder mehrerer Atemzüge verwendet werden anstelle der unmittelbaren Einatmungsanstrengung in jedem Atemzug.
In Fig. 2 ist die Beziehung zwischen der abgefühlten Anstrengung und der unterstützenden Antwort in einem Diagramm dargestellt, wobei die Linie 26 andeutet, dass die Beziehung invertiert ist. Die unterstützende Antwortachse zeigt die Amplitude des Inspirationsimpulses an, d. h. Druckamplitude im Drucksteuer- und Druckunterstützungsmodus, Flussamplitude im Volumensteuermodus usw. Das bedeutet, dass eine niedrige Einatmungsanstrengung von dem Patienten 4 in einer relativ höheren unterstützenden Antwort von dem Ventilator resultieren wird als für eine hohe Einatmungsanstrengung. Die höhere Unterstützung für niedrige Anstrengungen stellt sicher, dass der Patient 4 eine ausreichende Menge von Atemgas erhält.
Wenn sich der Zustand des Patienten 4 bessert und eine stärkere Einatmungsanstrengung gemacht wird, wird die unterstützende Antwort verringert. Diese Verringerung wird einen zusätzlichen Widerstand für den Patienten 4 verursachen, wodurch der Patient 4 gezwungen wird, seine Atemmuskeln aktiver einzusetzen. Dieses Atemtraining kann die Genesungszeit für den Patienten verkürzen.
Eine Verbesserung dieses Verhaltens wird mit dem Beatmungsgerät 2 (Fig. 1) auch dadurch erzielt, dass ein Druckmesser 24 angeordnet ist, um den Druck in oder nahe am Mund des Patienten 4 abzufühlen. Der gemessene Druck wird dann in die Steuereinheit 18 eingespeist, die den Druck im Mund des Patienten 4 zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Start einer Inspiration bestimmt, vorzugsweise 0.1 Sekunde nach dem Start der Inspiration. Dieser Druck, üblicherweise als P0,1 bezeichnet, gibt eine Indikation, wie der Patient 4 seine Atemmuskeln ausnutzt. Es ist auch ein Indikator für den Zustand der Lungen. Wenn der Druck P0,1 während einer Serie von Einatmungen ansteigt, können die Lungen steif sein und die unterstützende Antwort wird daher vermindert, wie mit der Linie 28 in Fig. 2 gezeigt. Für eine spezifische abgefühlte Anstrengung wird die unterstützende Antwort daher vermindert. Das erfolgt, um zu hohe Drücke in der Lunge zu vermeiden, was die Lunge beschädigen könnte. Wenn auf der anderen Seite der Druck P0,1 über eine Anzahl von Inspirationsimpulsen abnimmt, kann die unterstützende Antwort auf eine spezifische Anstrengung, wie durch die Linie 30 gezeigt, vergrößert werden.
In Fig. 2 wurde das inverse Verhältnis als eine lineare Funktion gezeigt, aber, wie in Fig. 3 gesehen werden kann, muss das Verhältnis nicht linear sein. In Fig. 3 korrespondieren die nichtlinearen Linien 32, 34 und 36 funktionsmäßig mit den linearen Linien 26, 28 beziehungsweise 30 in Fig. 2.
Mehrere Variationen des oben beschriebenen Geräts können einfach durch den Fachmann realisiert werden. Zum Beispiel könnte der Flusssensor 20 durch einen Drucksensor (oder durch den Druckmesser 24) zum Bestimmen der abgefühlten Einatmungsanstrengung ersetzt werden. Die Einatmungsanstrengung kann auch durch Sensoren innerhalb des Ventilators abgefühlt werden und auch der Druck im oder nahe an dem Mund des Patienten kann durch Messen des Druckes innerhalb des Ventilators und Berechnen des Druckes im Mund des Patienten bestimmt werden.
Die hier beschriebene inverse proportionale Unterstützungsventilation kann für alle Ventilationsmoden und insbesondere für den Druckunterstützungsmodus verwendet werden. Ein kontinuierlicher Basisfluss von Atemgas kann von dem Ventilator 6 geliefert werden und die unterstützenden Inspirationsimpulse würden dann diesem Basisfluss überlagert. Solch ein kontinuierlicher Basisfluss sorgt für eine unmittelbare Zufuhr von Atemgas bei Start jeder Einatmung. Das reduziert den Widerstand, den der Patient überwinden muss, um Atemgas zu erhalten. Ohne den Basisfluss müsste das Gerät beim ersten Anzeichen einer Einatmung reagieren, um das Atemgas ohne Verzögerung für den Patienten zu liefern. Wie bei anderen Ventilationsmoden könnte eine Sicherheitsanordnung vorgesehen sein, bei der gesteuerte Beatmung bereitgestellt wird, wenn der Patient keine ausreichende spontane Beatmung innerhalb einer spezifischen Zeit erhalten kann.
Es ist auch möglich, die Unterstützung automatisch so anzupassen, dass die Steuereinheit den besten Arbeitsmodus für den Patienten auswählt, d. h. Steuer- oder Unterstützungsmodus.
Andere Parameter wie die Beziehung zwischen Inspirations- und Exspirationszeiten (I : E Verhältnis) und Atemfrequenz (RR) können auch automatisch abhängig von der Einatmungsanstrengung variiert werden.

Claims

1. Beatmungsgerät (2) zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Lebewesen (4) mit einer Abgabeeinheit (16), die angepasst ist, Inspirationsimpulse von Atemgas dem Lebewesen (4) zuzuführen, einer Abfühleinheit (20, 22), die angepasst ist, spontane Einatmungsanstrengungen des Lebewesens abzufühlen und ein für die Größe derselben (4) repräsentatives Signal abzugeben, und einer Steuereinheit (18), die angepasst ist, das von der Abfühleinheit abgegebene Signal zu empfangen und ein Steuersignal zu erzeugen, um die Abgabeeinheit (16) zu steuern, um einen unterstützenden Inspirationsimpuls zu erzeugen, der eine Druck- und/oder Flussamplitude hat, die von dem empfangenen Signal abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) angepasst ist, ein Steuersignal zu erzeugen, um die Abgabeeinheit (16) zu steuern, um einen unterstützenden Inspirationsimpuls von Atemgas zu erzeugen, der eine Amplitude hat, die ein inverses Verhältnis zu der Größe der durch die Abfühleinheit (20, 22) abgefühlten Einatmungsanstrengung zeigt.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabeeinheit (16) gesteuert wird, um einen kontinuierlichen Atemgasfluss, dem die unterstützenden Inspirationsimpulse überlagert sind, zuzuführen.

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühleinheit (20, 22) einen Flusssensor (20) aufweist.

4. Beatmungsgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühleinheit (20, 22) einen Drucksensor aufweist.

5. Beatmungsgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) angepasst ist, einen fließenden Mittelwert für die Größe der Einatmungsanstrengung für zwei oder mehrere Atemzüge zu bestimmen und die Erzeugung des unterstützenden Inspirationsimpulses durch die Abgabeeinheit basierend auf dem bestimmten fließenden Mittelt Wert zu steuern.

6. Beatmungsgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspirationsimpuls ein Druckimpuls von Atemgas ist.

7. Beatmungsgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckmesser (24) angeordnet ist, um den Druck des Atemgases nahe am oder innerhalb des Lebewesen(s) (4) zu messen, und dass die Steuereinheit (18) angepasst ist, um des Druck zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Einsetzen jeder abgefühlten Einatmungsanstrengung zu bestimmen und die Erzeugung des unterstützenden Inspirationsimpulses durch die Abgabeeinheit (16) in Abhängigkeit von sowohl der Größe der abgefühlten Einatmungsanstrengung als auch des gemessenen Druckes zu steuern.

6. Beatmungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) angepasst ist zu bestimmen, ob sich der gemessene Druck bei jeder abgefühlten Einatmungsanstrengung ändert und um die inverse Beziehung basierend auf derartigen Änderungen anzupassen.

9. Beatmungsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) angepasst ist, den Druck ungefähr 0.1 Sekunden nach dem Beginn jeder abgefühlten Einatmungsanstrengung zu bestimmen.

10. Beatmungsgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inverse Beziehung eine lineare Funktion darstellt.