DE2926747C2 - Beatmungsanlage mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät - Google Patents

Beatmungsanlage mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät

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DE2926747C2 DE2926747A DE2926747A DE2926747C2 DE 2926747 C2 DE2926747 C2 DE 2926747C2 DE 2926747 A DE2926747 A DE 2926747A DE 2926747 A DE2926747 A DE 2926747A DE 2926747 C2 DE2926747 C2 DE 2926747C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Beatmungsanlage mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
Die Beatmung mit Beatmungsgeräten soll eine genügende Sauerstoffversorgung des Körpergewebes sichern. Angestrebt wird eine optimale Sättigung des Blutes. Erfolgt die Sauerstoffzufuhr jedoch unter einer zu hohen Inspirationskonzentration O2(FiO2) im zugeführten Atemgas, so kann es, insbesondere bei Langzeitbeatmung, zu Veränderungen des Lungengewebes, des Blutkreislaufes sowie toxischen Wirkungen kommen. Auch werden sich anbahnende Insuffizienzen durch das reichliche Angebot überdeckt und einer frühzeitigen Diagnose entzogen. Deshalb sollte FiO2 so klein wie möglich gehalten werden.
Eine bekannte Beatmungsanlage besitzt eine Einrichtung zum Steuern und Regeln der Ausgangsgrößen eines Beatmungsgerätes. Das Beatmungsgerät wird in Abhängigkeit von physiologischen Parametern eines Patienten sowie der Analysenwerte der gasförmigen Komponenten des Blutes gesteuert.
Hierzu gelangen die am Patienten in einem Lungenfunktions-Meßgerät und Analysator gewonnenen Meßwerte sowohl an einen Rechner als auch an eine Hauptsteuereinheit Die Hauptsteuereinheit beeinflußt über den zum Beatmungsgerät gehörenden Gasmischer die Zusammensetzung des Gasgemisches und über eine Steuer- und Regeleinrichtung die anderen Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes. Ein Steuerteil löst über die Hauptsteuereinheit in bestimmten Zeitintervallen für eine kurze Zeitdauer eine Änderung der Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes aus. Aus den Signalen, die im Verlauf der Änderung vom Patienten erhalten werden, werden von dem Rechner Steuersignale für die Hauptsteuereinheit gebildet Die Hauptsteuereinheit steuert dann die Ausgangsgrößen des Beatmungsgerätes. Möglichkeiten zur Optimierung bestimmter Werte wie z. B. PaO2 oder FiO2 ergeben sich aus dieser bekannten Beatmungsanlage nicht Sie stellt lediglich Faktoren fest, die für die Durchführung eines noch anzugebenden Programmes von Nutzen sind (DE-OS 27 44 327).
Ein bekanntes Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der künstlichen Beatmung umfaßt Meßgeräte für die arteriellen Teildrücke von Sauerstoff (PaO2) und Kohlensäure (PaCO2) des Patienten, ein Beatmungsgerät mit Einstellmöglichkeit der Beatmungsparameter wie Sauerstoffkonzentration FiO2, Atemfrequenz, Beatmungsvolumen, Kohlensäurekonzentration FiCO2 und einen Rechner, der aufgrund der Signale der Meßgeräte und des Beatmungsgerätes eine Steuerung des Beatmungsgerätes zur automatischen Regelung und Optimierung der Beatmung vornimmt Hierzu wird unter kontinuierlicher oder periodisch in Intervallen von wenigen Minuten durchgeführter Messung von PaO2 und PaCO2 in einem 1. Schritt als erster Einstellparameter die FiO2 in vorgegebenen Grenzen variiert, bis eine empirische Beziehung E zwischen PaO2, PaCO2 und FiO2 einen Minimalwert annimmt. In einem 2. Schritt werden nacheinander weitere Einstellparameter wie Beatmungsvolumen, Atemfrequenz, FiCO2 variiert, derart, daß eine weitere Beziehung F zwischen PaO2 und PaCO2 einen Minimalwert annimmt
Das Verfahren kann aber auch in einer in Abhängigkeit von dem am Ende des 1. Schrittes erreichten Wert PaO2 differenzierten Weise durchgeführt werden. Wird beim Erreichen des minimalen Wertes E\ der PaO2 < 110 mm Hg (136 mbar), so wird die Verstellung von FiO2 beendet und der erreichte Wert FiO2 beibehalten. Dann schließt sich der beschriebene 2. Schritt zur Minimierung des Wertes Fan.
Wird aber beim Erreichen des minimalen Wertes E\ der PaO2 > 110 mm Hg (146 mbar), wird die FiO2 weiter verringert, bis PaO2 = 90... 100mm Hg (120... 133 mbar) erreicht Ist der jetzige Wert E2 kleiner als der zunächst erreichte Minimalwert E], so wird a) bei PaO2 £ 90 min Hg (120 mbar) die FiO2 um 5% verringert oder b) bei PaO2 < 90 mm Hg (120 mbar) die FiO2 um 5% erhöht, ehe der 2. Schritt zur Minimierung des Wertes F erfolgt Ist dagegen Ei größer als der zunächst erreichte Minimalwert E\, so werden c) die bei Erreichen von E\ herrschenden Einstellungen wiederhergestellt ehe der 2. Schritt zur Minimierung des Wertes Ferfolgt
Nach Durchführung der Minimierung des Wertes F unter Veränderung weiterer Einstellparameter wird der dann erreichte Wert E3 errechnet Ist E3 kleiner als E2, wird erneut entsprechend a) oder b) verfahren. Ist dagegen £3 wiederum größer als E2, so hat sich der Zustand des Patienten geändert, und das Verfahren muß von Anbeginn wiederholt werden.
Nachteilig ist daß der Wert für PaO2, der einen Fundamentalwert darstellt dabei nicht festgelegt ist und
sich während der Veränderung der Einstellparameter von seinem Optimalwert entfernen kann, ehe eine Korrektur erfolgt Dies kann für den Patienten ungünstig sein. Da die empirischen Beziehungen jeweils mehrere Variable umfassen, ist mit der Minimierung des Gesamtwertes der Beziehung nicht gesichert, daß beim Patienten stets die optimale O^Sättigung des Blutes unter Anwendung der dafür geringstmöglichen F1O2 eingehalten wird (DE-OS 27 28 779).
Aufgabe der Erfindung ist eine Beatmungsanlage, die eine größtmögliche Schonung des Patienten durch Aufrechterhaltung seines günstigsten arteriellen Partialdruckes O2 (PaO2) durch Zufuhr der dafür geringstmöglichen Inspirationskonzentration O2 (F1O2) erreicht
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.
Durch die Minimierungseinrichtung wird die F1O2 unter Verstellung von Beatmungsparametern zu einem Minimum geführt, wobei der PaC>2 durch den Regler ständig auf dem gewünschten Wert gehalten wird. Dies war bisher nichf möglich und ist vorteilhaft für den Patienten. Der selbsttätige Ablauf macht die Minimierung unabhängig von ständiger menschlicher Lenkung und damit überhaupt erst anwendbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2—5. Die Heranziehung weiterer Patientendaten als zusätzliches Kriterium für die Beibehaltung von Parameteränderungen führt zu besonderer Schonung des Patienten, weil damit gesichert ist, daß im Verlauf der Minimierung der F1O2 diese weiteren μ Patientendaten bestimmte günstige Bereiche nicht verlassen. Auch die Ausstattung mit Warngeräten und dem Alarmgerät dient der Schonung und Sicherheit des Patienten sowie der Erleichterung für das Bedienungspersonal, indem das Auftreten und die Art von Abweichungen sowie eine nicht durch die Beatmungsanlage zu bewältigende Änderung des Patientenzustandes sofort erkennbar werden, Korrekturen können dann unverzüglich vorgenommen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in schematischer Darstellung gezeigt und im folgenden beschriebea Es zeigt
F i g. 1 eine Grundausführung der Beatmungsanlage,
F i g. 2 eine erweiterte Ausführung der Beatmungsanlage.
In F i g. 1 ist das Beatmungsgerät 1 über die Atemgasleitung 2 mit den Atemorganen des Patienten 3 verbunden. Der PaOrFühler 4 liegt dem Patienten 3 an und mißt dessen PaO2. Sein Signal gibt er an den Ist-Eingang des Reglers 5 weiter. Dessen Soll-Eingang erhält durch den Sollwertgeber 6 ein Sollsignal entsprechend einem gewünschten PaO2. Das Ausgangssignal steuert den Mischer 7. Dieser wird aus der Druckluftquelle 8 und der Sauerstoffquelie 9 versorgt Das Atemgas gelangt über die Verbindungsleitung 10 zum Beatmungsgerät 1 und dann über die Atemgasleitung 2 zum Patienten 3. Der Regler 5 sorgt über die von ihm bestimmte FiO2 des Atemgases für die ständige Einhaltung des gewünschten PaO2 des Patienten 3. Der Mischer 7 gibt an dem Signalausgang 11 ein der augenblicklichen F1O2 entsprechendes Signal gleichzeitig an den Minimierungskomparator 13 und den Speicher 14 der Minimierungseinrichtung 12. Der Speicher 14 ist als Schwellwertgeber für den oberen Schwellwert So mit dem Minimierungskomparator 13 «,5 verbunden. Der untere Schwellwert Su des Minimierungskomparators 13 ist an einem nicht dargestellten Schwellwertgeber eingestellt Der Ausgang des Minimierungskomparators 13 ist mit der Steuereinrichtung
15 und diese mit dem Speicher 14 und der Stellanordnung 18 verbunden.
Die Steuereinrichtung 15 umfaßt einen Flip-Flop 16, einen Mikroprozessor 17 für die Steuerung der Abläufe und einen Zeitgeber 18. Sie veranlaßt an der Stellanordnung 19 in vorgegebener Folge die Verstellung je eines Beatmungsparameters des Beatmungsgerätes 1, wie Tidalvolumen, Atemfreqaenz, Minutenvolumen, zeitliches Strömungsmuster, endinspiratorische Pause, Amplitude der Atemgasströmung, endinspiratorischer Plateau-Druck, Spitzendruck, PEEP-Druck, Geräte-Totraum, Geräte-Compliance oder inspiratorische CO2-Konzentration. Der jeweilige Beatmungsparameter wird dabei um einen Bruchteil, z. B. jeweils um Vio, seines Verstellbereiches verstellt Je nach Art des betreffenden Beatmungsparameters wird der Zeitgeber 18 durch den Mikroprozessor 17 auf eine bestimmte Taktzeit eingestellt
Dabei ergibt sich der folgende Ablauf: Auf Taktung durch ihren Zeitgeber 18 setzt die Steuereinrichtung 15 ihren Flip-Fiop 16 auf Ausgangssignal 0. Gleichzeitig veranlaßt sie den Speicher 14, die augenblickliche F1O2 des Mischers 7 zu speichern und als So auf den Minimierungskomparator 13 zu geben. Ferner löst sie an der Stellanordnung 19 die Verstellung eines 1. Beatmungsparameters aus. Als Folge tritt eine Änderung der F1O2 ein, um den gewünschten PaÜ2 festzuhalten. Wenn während der durch den Zeitgeber 18 bestimmten Taktzeit das Signal des Mischers 7 im Bereich zwischen den Schwellwerten Su und So des Minimierungskomparators 13 liegt gibt der Minimierungskomparator 13 ein O-Signal ab und der Flip-Flop
16 bleibt auf Ausgangssignal 0. Nach Ablauf der Taktzeit wird die Richtung der erfolgreichen Verstellung des 1. Beatmungsparanieters in dem Mikroprozessor 17 gespeichert Dann wiederholt sich der beschriebene Ablauf unter Verstellung eines 2. Beatmungsparameters, wobei die gerade erreichte F1O2 als neuer Schweilwert So für den Minimierungskomparator 13 dient.
Führt eine Verstellung sofort oder innerhalb der Taktzeit zu der Überschreitung des So bzw. Unterschreitung des Su, so gibt der Minimierungskomparator 13 ein L-Signal ab und schaltet den Flip-Flop 16 auf Ausgangssignal L. Dies erfolgt auch bei einer nur vorübergehenden Über- bzw. Unterschreitung. Mit dem Flip-Flop 16 wird so ein stabiles Verhalten der Beatmungsanlage gesichert Durch das Ausgangssignal L des Flip-Flops 16 wird die Steuereinrichtung 15 veranlaßt, die Verstellung an der Stellanordnung 19 wieder rückgängig zu machen, während die ursprüngliche F1O2 im Speicher 14 erhalten bleibt. Ergibt sich nach Ablauf einer weiteren Taktzeit keine Überschreitung des So bzw. Unterschreitung des Su, weil der Patient 3 seinen Ausgangszustand wieder erreicht hat, setzt die Steuereinrichtung 15 den Flip-Flop 16 wieder auf Ausgangssignal 0. Dann verstellt die Steuereinrichtung 15 den Beatmungsparameter, dessen Verstellung hatte rückgängig gemacht werden müssen, in der der ursprünglichen Verstellung entgegengesetzten Richtung. Der Ablauf vollzieht sich erneut.
Danach geht die Steuereinrichtung 15 zum nächsten Beatmungsparameter über, bis deren Reihe durchlaufen ist. Dann beginnt ein neuer Zyklus, wobei jeder beatmungsparameter in der Richtung verstellt wird, in der er beim vorhergehenden Zyklus zu einer Verringerung der F1O2 beitragen konnte.
In dieser Weise werden Parameteränderungen mit
einer FiO2 größer als vorher automatisch rückgängig gemacht. Lediglich Parameteränderungen mit einer FiC>2 kleiner als vorher bleiben erhalten und bilden mit ihrer FiO2 den neuen oberen Schwellwert. Damit wird die FiO2 bei konstantem PaO2 zu einem Minimum geführt.
In der Ausführung nach Fig.2 sind Fühler 20 zur Messung von weiteren Patientendaten an die Minimierungseinrichtung 12 angeschlossen. Der Fühler 20 für das Herzzeitminutenvolumen (HZV) und der weitere Fühler 20 für den arteriellen Partialdruck CO2 (PaCO2) liegen dem Patienten 3 an. Der weitere Fühler 20 für den Atemwegsdruck (Ρ,,Γ) ist in die Atemgasleitung 2 eingefügt. Die Signale der Fühler 20 gehen jeweils an die Fensterkomparatoren 21, an denen obere und untere Schwellwerte über nicht dargestellte Schwellwertgeber vorgegeben sind. Liegt das Signal des jeweiligen Fühlers 20 zwischen diesen Schwellwerten, dann gibt der zugehörige Fensterkomparator 21 ein O-Signal ab. Verläßt das Signal des Fühlers den Bereich zwischen den Schwellwerten, gibt der Fensterkomparator 21 ein L-Signal ab und löst an dem jeweils angeschlossenen Warngerät 22 eine Warnung aus. Die Signale der Fensterkomparatoren 21 und des Minimierungskomparators 13 sind parallel an das ODER-Gatter 23 geführt. Dieses gibt das Ausgangssignal 0, wenn alle Eingänge Signal 0 führen; andernfalls ist das Ausgangssignal L. Das ODER-Gatter 23 ist mit dem Flip-Flop 16 der Steuereinrichtung 15 verbunden. Die Steuereinrichtung 15 ist mit der Stellanordnung 19, dem Speicher 14 und dem Alarmgerät 24 verbunden.
Zusätzlich ist mit dem Eingang des Minimierungskomparators 13 ein FiO2-Fensterkomparator 25 mit angeschlossenem Warngerät 26 verbunden, dessen unterer (Su) und oberer (So) Schwellwert durch nicht dargestellte Schwellwertgeber dem Zustand des Patienten 3 entsprechend eingestellt sind. Verläßt das Signal des Mischers 7 den Bereich zwischen diesen Schwellwerten, so löst der Fi02-Fensterkomparator 25 an dem Warngerät 26 eine Warnung aus.
Der Ablauf erfolgt sinngemäß wie bereits beschrieben: Auf Taktung durch ihren Zeitgeber 18 setzt die Steuereinrichtung 15 den Flip-Flop 16 auf Ausgangssignal 0. Gleichzeitig veranlaßt sie den Speicher 14, die augenblickliche FiO2 des Mischers 7 zu speichern und als So auf den Minimierungskomparator 13 zu geben. Ferner löst sie an der Stellanordnung 19 die Verstellung eines 1. Beatmungsparameters aus. Wenn während der Taktzeit keine Überschreitung des So bzw. Unterschreitung des Su des Minimierungskomparators 13 und der Fensterkomparatoren 21 erfolgt und der Ausgang des ODER-Gatters 23 auf O-Signal bleibt, verbleibt auch der Flip-Flop 16 auf Ausgangssignal 0. Nach Ablauf der Taktzeit wird die Richtung der erfolgreichen Verstellung des 1. Beatmungsparameters in der Steuereinrichtung 15 gespeichert Dann wiederholt sich der beschriebene Ablauf unter Verstellung eines 2. Beatmungsparameters, wobei die gerade erreichte FiO2 als neuer Schwellwert So für den Minimierungskomparator 13 dient.
Führt eine Verstellung sofort oder innerhalb der Taktzeit zu der Überschreitung des So bzw. Unterschreitung des Su des Minimierungskomparators 13 oder eines der Fensterkomparatoren 21, so entsteht am Ausgang des ODER-Gatters 23 ein L-Signal und schaltet den Flip-Flop 16 auf Ausgangssignal L Dadurch wird die Steuereinrichtung 15 veranlaßt, die Verstellung wieder rückgängig zu machen, während die ursprüngli ehe FiO2 im Speicher 14 erhalten bleibt. Ergibt sich nach Ablauf einer weiteren Taktzeit keine Überschreitung oberer bzw. Unterschreitung unterer Schwellwerte, weil der Patient 3 seinen Ausgangszustand wieder erreicht hat, setzt die Steuereinrichtung 15 den Flip-Flop 16 wieder auf Ausgangssignal 0. Dann verstellt die Steuereinrichtung 15 den Beatmungsparameter, dessen Verstellung hatte rückgängig gemacht werden müssen, in der der ursprünglichen Verstellung entgegengesetzten Richtung. Der Ablauf vollzieht sich erneut
Falls nach obiger Rückgängigmachung der erfolglosen Verstellung der Patient 3 seinen Ausgangszustand während der Taktzeit nicht wieder erreichen sollte, d. h, am Ausgang des ODER-Gatters 23 bleibt L-Signal stehen, muß angenommen werden, daß den Maßnahmen des Gerätes ein davon unabhängiger Trend des Patienten zur Veränderung seiner Daten überlagert ist In diesem Fall stellt die Steuereinrichtung 15 die gesamte Automatik ab und gibt über das Alarmgerät 24 optischen und akustischen Alarm.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Beatmungsanlage mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät, wobei dem Beatmungsgerät aus einem Mischer, der seine Stellwerte aus einem über einen PaOrFühler am Patienten und mit eingegebenem Sollwert gesteuerten Regler erhält, das Atemgas mit darin bestimmter FiO2 zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß a) die FiO2-Werte gleichzeitig einem Speicher (14) und einem Minimierungskomparator (13) einer Minimierungseinrichtung (12) anliegen, wobei der obere Schwellwert So des Minimierungskomparators (13) die vom Speicher (14) gehaltene bisherige '5 FiO2 ist, und b) eine Steuereinrichtung (15) der Minimierungseinrichtung (12), die einen Flip-Flop (16), eintn Mikroprozessor (17) und einen Zeitgeber \18) enthält, an der Stellanordnung (19) des Beatmungsgerätes (1), um dort nacheinander Beatmungsparameter zu verstellen, angeschlossen ist.
2. Beatmungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Flip-Flop (16) über ein ODER-Gatter (23) parallel zueinander Fühler (20) zur Messung von weiteren Patientendaten über Fensterkomparatoren (21) und der Minimierungskomparator (13) angeschlossen sind.
3. Beatmungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterkomparatoren (21) mit je einem Warngerät (22) verbunden sind.
4. Beatmungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eingang des Minimierungskomparators (13) ein FiO2-Fensterkomparator (25) mit einem Warngerät (26) verbun- den ist
5. Beatmungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuereinrichtung (15) ein Alarmgerät (24) angeschlossen ist.
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