DE2744327C2 - Beatmungssytem - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Mit Hilfe des mit einem derartigen Beatmungssystems zusätzlich wirkenden Beatmungsgerätes hält man
den Atemumsatz eines Patienten in Sauerstoff und Kohlendioxyd aufrecht, und zwar entweder den
vorausberechneten Umsatz oder einen aus anderen Gründen gewünschten. Zu diesem Zweck ist eine
optimale Anpassung an den Patienten von außerordentlicher Bedeutung.
Bekannt ist ein Beatmungsgerät, welches mittels elektronisch gesteuerter Ventile erlaubt, die Ausgangsgrößen
des Beatmungsgerätes nach den erhaltenen Meßgrößen des Patienten während der Beatmung zu
steuern und zu regeln. Man benutzt also als Zustandsvariable zur Steuerung und Regelung (geregelte Größe)
den Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut des Patienten. Die vom Meßverstärker des Sauerstoffpartialdruckes
kontinuierlich aufgenommenen Spannungswerte werden an einen Verstärker weitergeleitet, der
die momentanen Spannungswerte mit einem vorgegebenen Wert mit Hilfe eines Potentiometers vergleicht.
Der Verstärker steuert mittels eines Verzögerungselementes in Abhängigkeit von den Abweichungen der
aktuell gemessenen Spannung von dem vorgegebenen Spannungswert eine vorbestimmte Ausgangsgröße des
Beatmungsgerätes (Regelgroße). Diese vorbekannte
Ausführungsform besitzt den Nachteil, daß die Abweichung des aktuellen Wertes von dem vorgegebenen
Wert nicht diagnostiziert wird, so daß die Steuerung der Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes gegebenenfalls
auf eine nicht physiologische Art stattfinden würde (Methodik der Beatmung von V. Schulz. Intensivmedizin,
13, Seiten 133 bis 147,1976).
Bekannt ist eine weitere Beatmungsanlage mit einem Beatmungsgerät, das von den von dem Patienten
ίο abgenommenen Größen gesteuert und geregelt wird und ein Meßinstrument für die Lungenfunktionswerte
aufweist, das mindestens die Compliance und den Atemwegwiderstand mehr als einmal pro Ein- und
Ausatmungsphase mißt, und die eine Steuereinrichtung aus einem Rechenteil und einem Steuerteil enthält, die
die entscheidenden Meßwerte auswählt und im nächsten Teil der Ein- bzw. Ausatmungsphase eine
Atemgasmenge liefert, wie sie das Rechenteil aus den Veränderungen des gerade zurückliegenden Teils der
Ein- bzw. Ausatmungsphase ermittelt hat.
Das Beatmungsgerät kann noch einen Analysator für die gasförmigen Komponenten des Blutes enthalten.
Die Steuer- und Regeleinheit regelt die Atemgasmenge wie auch ihre Zusammensetzung. Allerdings erlaubt
dieses bekannte Beatmungsgerät nicht die Erfassung aller Parameter, die notwendig sind, um eine optimale
Anpassung an den Patienten sicherzustellen (DE-OS 25 05 670.5).
Aus einer Veröffentlichung im Rahmen einer wissenschaftlichen Untersuchung ist bekannt, daß man
zusätzliche Informationen, die wichtige physiologische Parameter betreffen, zu diagnostischen Zwecken
erhalten kann, indem man absichtlich und für eine kurze Zeit die Zusammensetzung des eingeatmeten Gasgemisches
stört und die Antwort auf diese Störung in dem ausgeatmeten Gasgemisch mißt. Diese physiologischen
Parameter sind durch direkte »passive« Meßverfahren nicht beobachtbar. Diese theoretischen Studien lieferten
keine Anweisungen für die Verifizierung einer zuverläs-"0
sigen Steuer- und Regelanlage für ein derartiges Beatmungsgerät (a method to estimate pulmonary gas
volume, distribution of ventilation and pulmonary capillary blood-flow in intensive care — von M. Demeester
et crs. — Auszug aus »computers in cardiology«, copyright 1975 by the Institute of Electrical and
Electronics Engineers Inc.).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Beatmungsgerät der eingangs beschriebenen
Art so zu verbessern, daß man durch absichtliche Änderung der Zusammensetzung des vom Patienten
eingeatmeten Gasgemisches zusätzliche Informationen für den Zustand des Patienten erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
gelöst.
Das erfindungsgemäße Beatmungssystem bietet den Vorteil, daß außer der Regelung des Beatmungsgerätes
durch die passiven Änderungen der physiologischen' Parameter, d. h. ohne daß der Patient irgend einer
Wirkung oder Tätigkeit unterzogen wäre, eine Regelung gleichfalls durch die aufgezwunge-<;n Veränderungen
der physiologischen Werte erfolgt, die aus gewollten wiederholbaren Störungen der Ausgangsgrößen
des Beatmungsgerätes resultieren. Dies gibt die Möglichkeit, sich bezüglich der Regelung nicht auf eine
der Ausgangsgrößen festlegen zu müssen, die man systematisch an einen der physiologischen Parameter
hätte binden müssen, sondern mit Hilfe des erfindungs-
gemäßen Systems kann man individuell unter den Ausgangsgrößen eine oder eine Kombination von ihnen
auswählen und sie auf für den Patienten optimale Weise verändern.
Alle Ausgangsgrößen, die im Verlaufe der Störungsperioden (auch Funktionsprüfungen genannt) verändert
werden könnten, bieten sich beispielsweise das Umlaufvolumen, die Atmungsfrequenz, die ausgeatmete oder
eingeatmete Atemmenge, die Art des Atemausstoßes, das Verhältnis der Dauer der Einatmungsphase zu
derjenigen der Ausatmungsphase, die Dauer der Atempausen und der Einatmungs- oder Ausatmungsdruck an.
Besonders zweckmäßig ist es, als störende Ausgangsgröße die Zusammensetzung des gasförmigen Gemisches
zu wählen, die von dem Beatmungsgerät geliefert wird. Ein wichtiger physiologischer Parameter des
Patienten, den man leicht ableiten kann, ist die funktionell Restkapazität, die man im Hinblick auf eine
optimale Regelung des Ausatmungsrestdi jckes kennen muß.
Der Zeitablauf der vorbestimmten Änderung einer Ausgangsgröße kann im Prinzip beliebig gestaltet
werden, beispielsweise sinusförmig, treppenförmig, sägezahnförmig oder dreiecksförmig.
Besonders zweckmäßig ist es auch, daß die Störung stoßweise erfolgt, d. h. durch plötzliche und relativ kurz
andauernde Änderungen. Dies gewährt außerdem Zugang zu physiologischen Variablen, die mit einer
kurzen Zeitkonstante auf die Störung reagieren. Einer dieser physiologischen Parameter mit schneller Reaktion
ist der Gasaustausch im Inneren der Lunge.
Wenn man die Zusammensetzung der Atemgasmischung als störbare Größe benutzt, kann jede
Komponente dieses Atemgasgemisches wie beispielsweise Stickstoff, Helium, Kohlenstoffoxyd, Xenon,
Krypton oder auch Deuterium für diesen Zweck benutzt werden. Besonders zweckmäßig ist es, hierfür die
Komponenten Sauerstoff und Kohlendioxyd zu verwenden, da beide Gase keine physiologischen Nachteile
darstellen und leicht nachgewiesen werden können. In diesem Fall können beide gasförmigen Komponenten
separat oder gleichzeitig verändert werden.
Die Störung oder die einstellbare Änderung der Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes soll in Zeitintervallen
stattfinden, die gemessen an der Dauer der Steuerung beträchtlich sind. Es ist vorteilhaft, daß die
Zeitintervalle der Störungen von vornherein festgelegt sind, beispielsweise alle 40 Minuten.
Man kann die Steuerung des Beatmungsgerätes bei Änderungen des Zustandes des Patienten also rasch
regeln. Eine derartige Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, weil die kontinuierliche Messung einer
physiologischen Größe in Kombination mit ihren Änderungen, die durch einstellbare Störung ausgelöst
sind, eine physiologisch optimale Steuerung der Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes gestattet. So
kann beispielsweise der positive Ausatmungsdruck im Hinblick auf die funküonelle Restkapazität, den
Atemaustausch und die Perfusion der Lungen gesteuert und geregelt werden. Das erfindungsgemäße Beatmungssystem
erlaubt außerdem eine Steuerung der einzuatmenden Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit
von dem tatsächlichen Bedarf des Patienten in jedem Augenblick, indem es gestörte Faktoren wie eine
fehlerhafte Perfusion und eine ungleichmäßige Verteilungberücksichtigt.
Das Beatmungssystem weist ein Steuerteil zur Durchfühiting der Funktionsprüfung von ausgewählten
Werten, die die Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes in einstellbarer Weise ändert, und ein Rechenteil auf, in
welchem die wesentlichen Meßdaten, die aus den Änderungen resultieren, registriert, ausgewertet und in
das Regelgerät übertragen werden.
Weitere Einzelheiten werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das ein
Blockschaltbild einer Beatmungsanlage zeigt, erläutert
ίο Das Beatmungssystem weist ein Beatmungsgerät 7
auf, das durch einen regelbaren Gasmischer 8 und eine Steuer- und Regeleinrichtung 9 gebildet wird. Beide
werden durch eine Hauptsteuereinheit 10 gesteuert, die ihre Signale von einem Steuerteil 1 zur Durchführung
der Funktionsprüfung, einem Lungenfunktionsmeßgerät 4 und einem Analysator 5 zur Analyse der
gasförmigen Komponenten des Blutes erhält Die Anfangsmeßwerte des Lungenfunktionsmeßgerätes 4
und des Analysators 5 werden an ein Rechenteil 2 übertragen, dessen Ausgangssignal sowohl an die
Hauptsteuereinheit to als auch an eine Anzeigeeinheit 3 geleitet wird. Das Lungenfunktionsmeßgerät 4 mißt die
mechanischen Lungenparameter des Patienten 6, während der Analysator 5 das Blut auf Kohlenstoffdioxyd
und Sauerstoff prüft.
Das Bea.tmungssystem arbeitet folgendermaßen: Das Beatmungsgerät 7 versorgt den Patienten 6 mit
Atemgas. Die Zusammensetzung des Gases ist eine Funktion der Eingangsgrößen, die die Hauptsteuereinheit
10 an den regelbaren Gasmischer 8 schickt Die anderen Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes 7 sind
eine Funktion der Eingangsgrößen, die die Steuer- und Regeleinrichtung 9 von der Hauptsteuereinheit 10
erhält. Die Werte der gasförmigen Komponenten des Blutes des Patienten 6 werden von dem Analysator 5
gemessen und als Steuersignal sowohl an die Hauptsteuereinheit 10 ais auch an das Rechenteil 2 übertragen.
Die mechanischen Lungenparameter des Patienten 6 werden durch das Lungenfunktionsmeßgerät bestimmt
und gleichfalls als Steuersignal an die Hauptsteuereinheit 10 und das Rechenteil 2 übertragen. Das Steuerteil 1
zur Durchführung der Funktionsprüfung löst in bestimmten Zeitintervallen im Ausführungsbeispiel alle
40 Minuten, mit Hilfe der Steuereinheit 10, des regelbaren Gasmischers 8 und des Beatmungsgerätes 7
für eine kurze Zeitdauer, im vorliegenden Fall ungefähr zehn Aternphasen, eine Änderung der Zusammensetzung
des Atemgases und/oder jeder anderen Ausgangsgröße des Beatmungsgerätes aus. Diese Änderung hat
für den Patienten 6 eine charakteristische Änderung der Werte seiner gasförmigen Komponenten im Blut zur
Folge, welche der Analysator 5 mißt und die als Signal für das Rechenteil 2 verfügbar sind. Dies bewirkt bei
dem beatmeten Patienten 6 gleichfalls charakteristische Änderungen des ausgeatmeten Gases, die von dem
Lungenfun ktions-Meßgerät 4 gemessen und in analoger Weise durch das Rechenteil 2 verwertet werden.
Ausgehend von diesen Signalen die im Verlauf einer kurzen Änderung erhalten werden, arbeitet das
Rechenteil 2 unabhängig von den Steuer- und Regelsignalen, die während des Beatmungsverfahrens
vorliegen und von dem Lungenfunktionsmeßgerät 4 und dem Analysator 5 kommen, seine eigenen Steuersignale
für die Ha.uptsteuereinheit 10 aus. Diese Hauptsteuereinheit
10 steuert dann mit Hilfe des regelbaren Gasmischers 8 oder nach dem Zustand des Patienten 6
gleichzeitig mit Hilfe der Steuer- und Regeleinrichtung 9 die physiologischen Ausgangsparameter des Beat-
mungsgerätes 7.
Wenn beträchtliche Änderungen im Zustand des Patienten 6 auftreten, erscheinen diese an der
Anzeigeeinheit 3 und das Überwachungspersonal kann sodann von Hand mittels des Steuerteils 1 zeitliche
Änderungen für das Beatmungsgerät 7 auslösen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Beatmungssystem mit einem Beatmungsgerät, das über eine Rechen- und Steuervorrichtung in
Abhängigkeit von Daten von physiologischen Parametern eines Patienten, die sich aus dem
Zustand des Patienten passiv ergeben, steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil
(1) wenigstens einen der eingeregelten Beatmungsparameter wiederholt in vorbestimmter Weise
ändert und daß die sich daraus ergebenden Änderungen der physiologischen Parameter als
zusätzliche Größen im Rechenteil (2) zur Berechnung der Beatmungsparameter verwendet sind.
2. Beatmungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerteil (1) bewirkte
Änderung der Beatmungsparameter durch die Zusammensetzung der Atemg^smischung, die vom
Beatmungsgerät (7) geliefert wird, erfolgt
3. Beatmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerteil (1)
bewirkte Änderung stoßweise in plötzlichen und relativ kurz andauernden Störungen erfolgt.
4. Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in vorbestimmter
Weise geänderte Beatmungsparameter durch die (^-Komponente der Atemgasmischung gebildet
wird.
5. Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in vorbestimmter
Weise geänderte Beatmungsparameter durch die CCVKomponente der Atemgasmischung gebildet
wird.
6. Beatmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitintervalle der vom Steuerteil (1) bewirkten Änderungen von vornherein festgelegt sind.
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