DE69926686T2

DE69926686T2 - Vorrichtung zur Verabreichung von hochkonzentrierten NO Pulsen

Info

Publication number: DE69926686T2
Application number: DE69926686T
Authority: DE
Inventors: Duncan P.L. Bathe; Federick J. Sun Prairie Montgomery
Original assignee: INO Therapeutics LLC
Current assignee: INO Therapeutics LLC
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: EP0960629A2; CA2272002A1; ES2245076T3; DE69926686D1; CA2272002C; US6089229A; EP0960629A3; EP0960629B1

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verabreichung eines Therapiegases, wie zum Beispiel Stickstoffmonoxid (NO) an Patienten zur Erzielung eines therapeutischen Effekts. Insbesondere bezieht sie sich auf ein System, bei dem mit jeder Einatmung eines Patienten ein kontrolliertes, vorbestimmtes Ergänzungsvolumen einer Dosis von NO an den Patienten geliefert wird.
Die Funktion der Verabreichung von NO wurde in einer großen Anzahl von Veröffentlichungen erwähnt, und typische Artikel erschienen in The Lancet, Band 340, Oktober 1992, Seiten 818–820, unter dem Titel "Inhaled Nitric Oxide in Persistent Pulmonary Hypertension of the Newborn" ("Einatmung von Stickstoffmonoxid bei persistentem pulmonalem Hochdruck bei Neugeborenen") und "Low-dose Inhalational Nitric Oxide in Persistent Pulmonary Hypertension of the Newborn" ("Niedrig dosierte Einatmung von Stickstoffmonoxid bei persistentem pulmonalem Hochdruck bei Neugeborenen") und in Anesthesiology, Band 78, Seiten 413–416 (1993), mit dem Titel "Inhaled NO – the past, the present and the future" ("Eingeatmetes NO – Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft").
Das tatsächliche Verabreichen von NO wird allgemein durch sein Einführen in den Patienten als ein Gas durchgeführt, und im Handel erhältliche Vorräte werden in unter Druck gesetzten Zylindern geliefert und können Drücke von ungefähr 138 bar (2000 psi) aufweisen und bestehen aus einer vorbestimmten Mischung von NO in einem Trägergas, wie zum Beispiel Stickstoff. Daher wird ein Druckregler verwendet, um den Druck des Versorgungszylinders auf Betriebsdrücke zur Einführung in einen Patienten zu verringern.
Die an einen Patienten verabreichte Konzentration variiert je nach dem Patienten und den Bedürfnissen der Therapie, allgemein handelt es sich jedoch um Konzentrationen bei oder unter 100 ppm. Es besteht natürlich ein Bedarf danach, dass die Konzentration präzise abgemessen an den Patienten abgegeben wird, da eine Überdosierung mit NO für den Patienten schädlich sein kann.
Es wurden die verschiedensten Verabreichungsvorrichtungen benutzt oder vorgeschlagen, die darauf reagieren, dass der Patient einzuatmen versucht, um eine gepulste Dosis von NO an den Patienten zu liefern, und derartige Impuls-Vorrichtungen haben erwiesenermaßen einen therapeutischen Effekt auf den Patienten, zum Beispiel wie das in der PCT-Patentanmeldung WO 95/10315 von Higenboitam und der Veröffentlichung von Channick et al "Pulsed delivery of inhaled nitric oxide to patients with primary pulmonary hypertension" ("Gepulste Verabreichung eingeatmeten Stickstoffmonoxids für Patienten mit primärem pulmonalem Hochdruck"), Chest/109/Juni 1996, beschrieben. Bei solchen pulsierend arbeitenden Dosierungsvorrichtungen wird dem Patienten dann ein Impuls von NO verabreicht, wenn der Patient spontan einatmet.
Eine Schwierigkeit bei den derzeitigen gepulsten NO-Vorrichtungen besteht darin, dass die Konzentration des von den Systemen verwendeten NO, das mit Stickstoff vermischt in Druckbehältern im Handel erhältlich ist, relativ niedrig ist, da hohe Konzentrationen von NO für Patienten schädlich sind. Daher verwenden die Vorrichtungen NO-Gas, gemischt mit Stickstoff, mit einer Konzentration von NO von ungefähr 100 ppm. Daher werden große Vorräte NO enthaltender Therapiegaszylinder benötigt, um den Patienten zu behandeln, und nicht eine geringere Quantität einer hohen Konzentration von NO in Stickstoff von ungefähr 800 ppm, die dann auf ungefähr 100 ppm verdünnt werden kann, damit die entsprechende Dosierung dem Patienten verabreicht werden kann. Wenn zusätzlich das gesamte andere Gas außer NO Stickstoff ist, wird dadurch die Menge nicht Sauerstoff enthaltenden Gases, die der Patient pro Atemzug erhält, erhöht, weshalb die Möglichkeit besteht, dass dem Patienten ein hypoxischer Atemzug zugeführt wird.
Es gibt daher verschiedene Vorrichtungen, die das Mischen des NO enthaltenden Gases mit einer Verdünnung oder einem Mischgas vermischen, und ein derartiges System ist in Wessel et al., Delivery and Monitoring of Inhaled NO in patients with pulmonary hypertension (Verabreichung und Überwachung eingeatmeten NO bei Patienten mit pulmonalem Hochdruck) (Critical Care Medicine, Band 22, Nr. 6, 1995) gezeigt und beschrieben. Bei dem System von Wessel et al. wird das medizinische NO jedoch durch die Verwendung medizinischer Mischvorrichtungen mit Stickstoff vermischt, die durchgehende Ströme aller Gase benötigen, damit die Gase vor der Abgabe an den Patienten oder an ein Beatmungsgerät entsprechend richtig vermischt werden.
In einem anderen System, demjenigen von Briend et al., US-Patent Nr. 5,651,358, werden gepulste Injektionen von NO unter der Verwendung einer Verabreichungsvorrichtung in einem Beatmungsgerätkreislauf verabreicht, die durch ein Signal vom Beatmungsgerät ausgelöst wird.
Eine weitere Vorrichtung für das gepulste Verabreichen von NO wurde entwickelt und im US-Patent Nr. 6,164,276 beschrieben. In diesem weiteren System wird der tatsächliche Impuls von NO hinsichtlich der Umgebungsbedingungen korrigiert, um sicherzustellen, dass die Dosierung des NO-Impulses präzise ist und nicht je nach den unterschiedlichen Umgebungsbedingungen variiert.
EP 0 659 445 offenbart eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die ein Stickstoffmonoxid-Verarbreichungssystem umfasst, bei dem Stickstoffmonoxid in gemessener Dosierung an einen Strom von Atmungsgas abgegeben wird, um eine im Voraus eingestellte Stichstoffmonoxidkonzentration zu liefern.
Es wäre demnach wünschenswert, eine gepulste Vorrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, einen vom Patienten initiierten Atemzug zu verwenden, die dann während des Einatmens des Patienten eine sichere, verdünnte Therapiemischung von NO verabreicht, bei der jedoch als Versorgung von NO eine relativ hohe Konzentration von NO in einem Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, möglich wäre, und das NO für jeden Impuls einzeln mit einem Verdünnungsgas vermischt würde.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Therapiegas-Impuls-Verabreichungsvorrichtung (z.B. zur Verabreichung von Stickstoffmonoxid) nach den Ansprüchen 1 bis 9 der beiliegenden Ansprüche vorgesehen. Ein Vorrat reiativ hochkonzentrierten NO in einem Trägergas, wie zum Beispiel Stickstoff, kann als die Quelle des NO verwendet werden, um schließlich dem Patienten verabreicht zu werden. In der Erfindung wird der hochkonzentrierte Vorrat von NO durch einen separaten Vorrat von Verdünnungsgas, wie zum Beispiel Stickstoff oder Sauerstoff enthaltendes Gas, mittels eines unter Druck stehenden Versorgungszylinders oder eines Konzentrators geliefert, der Stickstoff oder Sauerstoff enthaltendes Gas aus der Atmosphäre zieht.
Bei der vorliegenden gepulsten Vorrichtung kann das System dadurch aktiviert werden, dass der Patient einzuatmen versucht, und diese erfasst Einatmung löst die gepulste Vorrichtung aus, die dann ein präzises Volumen NO enthaltenden Therapiegases an den Patienten abgibt. Das NO in einer hohen Konzentration enthaltende Gas kann über einen unter Druck stehenden Gaszylinder geliefert werden und dann mit einem Verdünnungsgas vermischt werden, um das NO auf einen akzeptablen, sicheren Pegel zur Verabreichung an den Patienten zu verringern. Das System agiert von Impuls zu Impuls, um dem Patienten bei jeder Inhalation des Patienten eine präzise Dosis eines NO enthaltenden Gases zu verabreichen, das eine sichere Konzentration sowie eine präzise, bekannte Dosis aufweist.
Wenn das Verdünnungsgas ein Sauerstoff enthaltendes Gas ist, wird es über ein Mittel, wie zum Beispiel eine geteilte Nasenkanüle verabreicht, bei der das Vermischen des NO enthaltenden Gases und des Sauerstoff enthaltenden Gases in der Kanüle stattfindet, jedenfalls unmittelbar vor der Einführung in den Patienten.
Eine Zentraleinheit (CPU) steuert die Öffnungszeit eines Steuerventils, der den Strom des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases durch das System auf eine präzise bekannte Dosis dieses Gases steuert. Gleichzeitig liefert ein ähnliches, paralleles System unter der Steuerung derselben CPU eine eigene präzise Dosis eines Verdünnungsgases. Die hochkonzentrierte Versorgung des NO-Gases und des Verdünnungsgases werden dann zusammengemischt, um eine präzise Dosis eines gemischten Gases zu bilden, dessen NO-Konzentration auf ein zur Verabreichung an den Patienten sicheres Niveau verringert ist. Die CPU öffnet die Steuerventile zum Einlassen des hochkonzentrierten Vorrates des NO enthaltenden Gases und der Versorgung des Verdünnungsgases aus ihren normal geschlossenen Positionen über einen berechneten Zeitraum, nachdem das System erfasst hat, dass der Patient einzuatmen versucht. Die Gase von den jeweiligen Steuerventilen werden dann gemischt und dem Patienten zugeführt.
Am Ende eines vorbestimmen Zeitraums schaltet die CPU die Steuerventile von ihren eingeschalteten, offenen Positionen auf ihre ausgeschalteten, geschlossenen Positionen zurück. Der Strom sowohl des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases als auch des Verdünnungsgases strömt durch unverstellbare Durchflussbegrenzer, die zwischen den Steuerventilen und dem Patienten angeordnet sind. Die Zeit, während der die Steuerventile offen sind, wird von der CPU auf der Grundlage der durch die Steuerventile fließenden Masse, die unter der Verwendung des Drucks und der Temperatur der Gase gemessen wird, welche durch die Durchflussbegrenzer abgegeben werden, sowie der Charakteristiken der unverstellbaren Durchflussbegrenzer berechnet. Der Massestrom kann unter der Verwendung der Umgebungstemperatur und des Drucks in ein Volumen umgerechnet werden, wenn die erforderliche Dosis ein Volumen ist. Die Zeit, während der die Steuerventile offen sind, kann auf die vorbestimmten gewünschten Dosen der Gase auf der Grundlage der gemessenen Werte und der Konzentration des NO enthaltenden Therapiegases, das an den Patienten zu liefern ist, korrigiert werden. Das Verdünnungs-Steuerventil wird über eine Zeit geöffnet, die mindestens gleich der Zeit ist, während der das NO-Steuerventil offen ist. Der Grad der Verdünnung wird durch das Verhältnis der Ströme durch die unverstellbaren Durchflussbegrenzer bestimmt. Wenn zum Beispiel das hochkonzentrierte NO-Gas eine Konzent ration von 800 ppm NO aufweist und die gewünschte Konzentration für den Patienten 100 ppm NO ist, dann wird der Strom durch die unverstellbaren Durchflussbegrenzer in einem Verhältnis von mindestens 7:1 eingestellt. Die Vorrichtung liefert dann ein Volumen von 800 ppm NO Gas, das zum Ergeben einer äquivalenten Dosis von 100 ppm NO an den Patienten verdünnt wird.
Das System bestimmt das Volumen des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases und das Volumen des Verdünnungsgases. Wie zu sehen ist, können unter der Voraussetzung der so bestimmten Volumina die gelieferten Volumina mit den vorbestimmten gewünschten Dosen verglichen werden, die vom Benutzer eingestellt oder vom Verabreichungssystem ermittelt werden, und die Steuerventilöffnungszeiten können von der CPU variiert werden, um gegebenenfalls Differenzen zu korrigieren.
Da das System außerdem die Dosen des NO und des Verdünnungsgases kennt, die abgegeben werden, kann es den Benutzer auf potentiell gefährliche Situationen im Zusammenhang mit der NO-Verabreichung aufmerksam machen, zum Beispiel darauf, dass zuviel oder zuwenig NO verabreicht wird.
Das System kann den Benutzer auch auf die potentielle Gefahr aufmerksam machen, die von hohen Pegeln von NO₂ ausgeht, einer toxischen Substanz, die gebildet wird, wenn NO mit Sauerstoff reagiert. Die Menge von NO₂, die gebildet wird, hängt von der Konzentration von NO, der Konzentration von Sauerstoff und dem Zeitraum ab, den die Gase zusammen sind, bevor die Mischung dem Patienten verabreicht wird. Da jeder dieser Parameter dem System bekannt sein kann, kann ein entsprechender Alarm gegeben werden, wenn gefährliche Mengen von NO₂ vorhanden sind.
Daher wird ein Versorgungszylinder NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases verwendet und wird präzise verdünnt, um eine vorbestimmte, genaue, gepulste Dosis verdünnten NO enthaltenden Gases zu bilden, die an den Patienten jedes Mal dann als ein Impuls geliefert wird, wenn der Patient einatmet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines NO-Verabreichungssystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei die Verdünnung Stickstoff ist;
2 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung, wobei die Verdünnung ein Sauerstoff enthaltendes Gas ist;
3 ist eine perspektivische Darstellung einer gespaltenen Nasenkanüle, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wenn wir uns nun 1 zuwenden, dann ist dort eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß konstruierten gepulsten Dosierungs-NO-Verabreichungsvorrichtung gezeigt, bei der das Verdünnungsmittel Stickstoff ist. Ein Gaszylinder 10 ist vorgesehen, der das Stickstoffmonoxid, gemischt mit einem Ausgleichs- bzw. Trägergas, wie zum Beispiel Stickstoff, enthält, und die NO-Konzentration ist dabei eine relativ hohe Konzentration von ungefähr 800 ppm NO im Trägergas. Wenn dem Patienten eine solche Konzentration direkt verabreicht würde, wäre das ein toxischer Pegel. Das NO kann in unter Druck stehenden Zylindern des Gases bei Drücken von ungefähr 2000 psig (14 MPa) geliefert werden.
Dem Gasstrom durch das Verabreichungssystems folgend verringert daher ein Druckregler 12 den Zylinderdruck auf einen Arbeitsdruck zur Verwendung mit dem vorliegenden System, und dieser Druck kann in der Größenordnung von ungefähr 340 kPa (50 psig) sein. Ein Druckmesser 14 ist allgemein am Druckregler 12 vorgesehen, um den Druck im Gaszylinder 10 zu überwachen.
Das NO in einer hohen Konzentration enthaltende Therapiegas gelangt durch einen Schlauch 16, der das Gas durch das NO-Impuls-Verabreichungssystem kanalisiert, wo es dann schließlich mittels zum Beispiel einer Nasenkanüle dem Patienten 18 verabreicht wird.
Ein Steuerventil 20 steuert den Strom des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Therapiegases vom Gaszylinder 10 zum Patienten 18, und hierbei handelt es sich um ein solenoidgesteuertes Ventil, das durch ein Signal von der CPU 22 betrieben wird. Wiederum aus Sicherheitsgründen ist das Steuerventil 20 normal geschlossen und wird in seine offene Position bewegt, wenn ein von der CPU 22 kommendes Signal das Ventil einschaltet. Wie noch erläutert werden wird, steuert der Zeitraum, während dessen das Steuerventil 20 in der offenen Position ist, die an den Patienten 18 abzugebende Dosis des NO enthaltenden Therapiegases.
Ein unverstellbarer Durchflussbegrenzer 24 ist ebenfalls im Schlauch 16 vorgesehen und kann ein im Handel erhältlicher Durchflussbegrenzer sein, der vom Hersteller mit den entsprechenden Druck/Strömungs-Charakteristiken geliefert wird. Dem unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 unmittelbar vorgeschaltet ist ein absoluter Druckwandler 26, der den absoluten Druck im Schlauch 16 als P₀ erfasst. Dieser Druck wird auch der CPU 22 mitgeteilt, wie noch erläutert wird. Der absolute Druckwandler 26 ist derart, dass er auf einer Basis null, dem absoluten Druck, arbeitet, weshalb er den absoluten Druck innerhalb des Schlauches 16 an dem Punkt unmittelbar vor dem unverstellbaren Durchflussbegrenzer 14 abliest. Typische Druckwandler des absoluten Drucktyps sind von Sensyn, Inc. erhältlich. Ein Temperatursensor 28 ist auch unmittelbar vor dem unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 angeordnet und liefert eine Temperatur T₀. Dem gemäß gibt es Signale, die für den Druck und die Temperatur des Gases an einem Punkt unmittelbar vor dem unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 repräsentativ sind und die als Eingaben an die CPU 22 geliefert werden.
Ein ähnlicher Strömungspfad ist für das Verdünnungsgas vorgesehen, das im Verdünnungsgaszylinder 30 geliefert wird. Wie schon festgestellt, kann dieses Verdünnungsgas Stickstoff oder verschiedene andere Gase sein, die für einen Patienten nicht schädlich sind und die als ein Mittel zum Verdünnen der hohen Konzentration des NO-Therapiegases aus dem Gaszylinder 10 verwendet werden können. Die Zufuhr von Stickstoff kann mittels des Gaszylinders 30 oder über einen Stickstoffkonzentrator geschehen, bei dem Stickstoff aus der umgebenden Atmosphäre gezogen wird.
Weiter auf dem Strömungspfad des Verdünnungsgases können dieselben Komponenten im Gasstrom eingesetzt werden, wie im Strom des NO enthaltenden Gases, und enthalten einen Druckregler 32 und einen Druckmesser 34. Wieder ist ein Steuerventil 36 vorhanden, das von der CPU 22 zum Öffnen und Schließen gesteuert wird, was auf der Grundlage von Signalen von dieser CPU 22 geschieht. Im Schlauch 40 ist ein unverstellbarer Durchflussbegrenzer 38 angeordnet, und ein Druckwandler 42 bestimmt den Druck P₀ und der Temperatursensor 44 erfasst die Temperatur T₀ im Schlauch 40 unmittelbar vor dem unverstellbaren Durchflussbegrenzer 38.
Weitere Druck- und Temperatursensoren werden zum Bestimmen von Umgebungsdruck und -temperatur verwendet, und diese Sensoren werden durch den Block 46 repräsentiert. Diese Umgebungsbedingungen werden an die CPU 22 geliefert, um diese bestimmten Umgebungsbedingungen an dem Standort auszugleichen, an dem das System eingesetzt wird, damit die Dosis als Volumen berechnet werden kann.
Demnach erhält, wie nun zu sehen sein wird, die CPU 22 alle Information, die zum Bestimmen des exakten Stroms NO enthaltenden Therapiegases und Verdünnungsgases durch die unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 bzw. 38 zu bestimmen. Da der Strompfad des NO enthaltenden Gases und des Verdünnungsgases derselbe ist, wird nur der Strömungspfad beschrieben, der das NO enthaltende Gas steuert. Die Charakteristiken des bestimmen unverstellbaren Durchflussbegrenzers 24 sind, wie schon erwähnt, vom Hersteller als eine Kurve oder andere Daten erhältlich, die als Referenztabelle oder dergleichen in die CPU 22 eingegeben werden können. Da der Massestrom durch den unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 direkt proportional zum absoluten Druck des Gases und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Temperatur des in den unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 eintretenden Gases ist, ist die CPU 22 in Kenntnis des Wertes von P₀ vom absoluten Druckwandler 26 und des Werts von T₀ vom Temperatursensor 28 und kann daher den durch den Schlauch 16 gelangenden Massestrom, d.h. den Massestrom des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases, leicht berechnen. Dieser Massestrom kann unter der Verwendung der Umgebungsdruck- und Temperaturwandler 46 hinsichtlich der Umgebungsbedingungen korrigiert werden und einen Volumensstrom repräsentieren.
Deshalb sind der Strom und daher auch das Volumen des Durch den Schlauch 16 und in gleicher Weise auch des durch den Schlauch 40 gelieferten Gases durch dieselbe Berechnung bekannt, und die entsprechenden bekannten Volumina werden in einem Zusammenfluss 48 vermischt, um das bekannte Volumen des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases und das bekannte Volumen des Verdünnungsgases, wie zum Beispiel Stickstoff, zu kombinieren, um eine äquivalente Dosis von NO bei einer sicheren Konzentration zu erhalten. Auf diese Weise kanalisiert dann eine Rohrleitung 50 das vermischte Gas vom Zusammenschluss 48 zum Patienten 18. Dieses vermischte Gas hat eine bekannte Dosierung und natürlich auch eine bekannte Konzentration von NO. Wie schon gesagt, ist diese Konzentration an den Patienten ungefähr 100 ppm oder weniger und ist wesentlich geringer als die die 800 ppm NO, die bei dem Gas möglich sind, das ursprünglich im Gaszylinder 10 vorhanden ist.
Ein Patientenauslöser 52 ist mittels eines Durchgangs 54 in Kommunikation mit dem Patienten 18 und kann eine herkömmliche Konstruktion aufweisen. Der Patientenauslöser 52 erfasst einen negativen Druck P_T vom Patienten 18, der anzeigt, dass der Patient 18 die Einatmung einleitet, und liefert ein Signal an die CPU 22, um die CPU 22 darauf aufmerksam zu machen, dass der Patient einen Einatmungsvorgang einleitet. Nach Empfang dieses Signals kann die CPU 22 dann die entsprechenden Schritte einleiten, um die Steuerungsventile 20 und 36 zu öffnen und einen Impuls an NO enthaltenden Therapiegases während der Einatmung an den Patienten 18 zu liefern.
Eine Benutzereingabevorrichtung 56 ermöglicht es dem Benutzer, die spezifische Dosis des NO enthaltenden Therapiegases in die CPU 22 einzugeben, und zwar bei einer sicheren Konzentration, die wünschenswerter Weise während jedes Einatmens an den Patienten 18 zu liefern ist, und eine derartige Vorrichtung kann ein Drehschalter oder dergleichen sein. Alternativ dazu kann die zu liefernde Dosis vom Hersteller des Verabreichungssystems vorbestimmt und schon im System vorhanden sein und wird dann nicht im Feld individuell von einem Benutzer ausgewählt. Außerdem kann auch ein Audioalarm 58 und eine Sichtanzeige 60 ein Teil des Systems sein, die auch sichtbare Alarmzeichen enthalten sowie dem Benutzer verschiedene überwachte Zustände der Vorrichtung anzeigen kann.
Nun kann der gesamte Betrieb der NO-Dosierungsvorrichtung erläutert werden, und es wird auf die Ausführungsform des Verabreichungssystems Bezug genommen, bei der der Benutzer die gewünschte Auswahl der dem Patienten verabreichten Dosis vornimmt. Wie schon angemerkt, wird beim Start des Systems der das NO-Therapiegas mit der hohen Konzentration enthaltende Gaszylinder 10 geöffnet, und das NO enthaltende Therapiegas gelangt in den Druckregler 12 und den Schlauch 16. In ähnlicher Weise wird der Verdünnungsgaszylinder 30 geöffnet, wodurch das Gas in den Schlauch 40 gelangt.
Der Benutzer gibt mittels der Benutzereingabevorrichtung 56 eine Dosis des NO enthaltenden Therapiegases mit einer sicheren Konzentration ein, die dem Patienten 18 wunschgemäß zu verabreichen ist. Wenn der Patient dann die Einatmung einleitet, erfasst der Patientenauslöser 52 den negativen Druck und signalisiert der CPU 22, die Injektion einer Dosis NO enthaltenden Therapiegases an den Patienten 18 einzuleiten. Anfänglich öffnet die CPU 22 die Steuerventile 20 und 36 über einen auf der Grundlage der vom Benutzer eingegebenen Dosis, Vset, von der CPU 22 berechneten Zeitraum. Diese Öffnungszeit, T_INITIAL, beruht auf den Kurven, die unter Kalibrierungsbedingungen in der Fabrik bei der ursprünglichen Einrichtung des Systems ermittelt wurden. Das System wird von Seiten des Herstellers so kalibriert, dass die Volumina bestimmt werden, die für die Zeiten geliefert werden, über welche die Steuerventile 20 und 36 geöffnet sind, und wird zu diesen Bedingungen beim Hersteller während der Kalibrierung betrieben, das heißt T_CAL und P_CAL sowie ein Satz von Kurven, die für das System generiert wurden.
Daher verfügt die CPU 22 im Betrieb, wenn der Patient einzuatmen versucht, über Information vom Block 46 bezüglich des Umgebungsdrucks P_A und der Umgebungstemperatur T_A und kann für die vom Benutzer eingegebene Dosis, Vset, auf der Grundlage der beim Patienten tatsächlich existierenden Umgebungsbedingungen V_CAL berechnen. Daher kann die CPU durch die Verwendung der folgenden Gleichung: VCAL = (PA/PCAL)·(TCAL/TA)·VSET
V_CAL bestimmen und sich auf die Umgebungsbedingungen einrichten, um die Zeit zu bestimmen, während der die Steuerventile 20 und 36 geöffnet werden müssen, um unter diesen Umgebungsbedingungen V_SET an den Patienten abzugeben.
Wiederum kann die tatsächlich vom System gelieferte Dosis durch die Messungen der Temperatur des durch die unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 und 38 gelangenden Gases, den absoluten Druck des Gases vor den unverstellbaren Durchflussbegrenzer 24 und 38 und die bekannten Druckströmungscharakteristiken des Durchflussbegrenzers oder der Öffnung zur Überprüfung gegenüber V_SET bestimmt werden. Daher kann unter der Verwendung der folgenden Gleichung: VDEL = k2·{(P0/PA)·TA/(T0)0,5}·dtwobei V_DEL = das Volumen des Impulses, wobei der Strom durch die Öffnung mit Schallgeschwindigkeit erfolgte
k2 = Konstante für die Öffnungsgeometrie und die Gascharakteristiken
P₀ = Öffnungsgasdruck
T₀ = Öffnungsgastemperatur
P_AB = Umgebungsdruck
T_A = Umgebungstemperatur
der tatsächlich ausgelieferte Strom bestimmt werden und über die Zeit integriert werden, während der das Steuerventil in der offenen Position ist, um daraus das V_del an den Patienten zu bestimmen. Das gelieferte Volumen kann dann mit dem vom Benutzer aufgestellten Volumen V_SET verglichen werden, und ein Fehler zwischen den Werten kann zum Modifizieren von T_INITIAL ver wendet werden, um dann daraus T_CCNTROL zu bekommen, das gegebenenfalls Differenzen korrigiert.
Als ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Alarmstrategie verwendet, um sicherzustellen, dass die Verabreichungsvorrichtung die Dosis entsprechend verabreicht, die gewünscht und vom Benutzer eingegeben ist. Bei der Implementierung des Alarmsystems wird diese tatsächlich vom System abgegebene Dosis Vdel mit V_SET verglichen, was dann einen Alarm auslösen kann, wenn sich die Werte um einen vorbestimmten Prozentsatz unterscheiden. Das heißt, wenn die tatsächlich gelieferte Dosis der sicheren Konzentration mehr als ein bestimmter Prozentsatz, zum Beispiel dreißig Prozent (30%) höher oder die Konzentration von NO höher als der sichere Pegel, z.B. 100 ppm, ist, kann die CPU 22 erkennen, dass die Differenz ein Problem im gesamten Impulsverabreichungssystem anzeigt und den hörbaren Alarm 58 auslösen und/oder auf der Sichtanzeige 60 einen visuellen Alarm anzeigen.
Wenn wir uns nun 2 zuwenden, dann ist dort eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der das Verdünnungsgas ein Sauerstoff enthaltendes Gas und der Zusammenflusspunkt 48 bei oder unmittelbar vor der Einführung des NO enthaltenden Therapiegases in den Patienten angeordnet ist. Dies ist wichtig, da hierdurch die Zeit verringert wird, in der das NO oxidieren und NO₂, eine toxische Verbindung, bilden kann. In 2 ist daher der Zusammenflusspunkt 48 unmittelbar vor der tatsächlichen Einführung in den Patienten angeordnet, und der Patientenauslöser 52 ist in Strömungsrichtung vor dem Zusammenflusspunkt 48 angeordnet.
Der gesamte Betrieb der Vorrichtung ist ähnlich demjenigen, der oben für die Vorrichtung beschrieben wurde, bei der das Verdünnungsgas Stickstoff ist. Zusätzlich dazu, dass der Benutzer die gewünschte NO-Dosierung eingibt, kann der Benutzer eine gewünschte Sauerstoffdosierung eingeben. Wenn diese Dosierung das Mindestvolumen übersteigt, die zum Verdünnen der NO-Dosierung auf eine sichere Konzentration benötigt wird, schaltet die CPU 22 das Steuerventil 36 über einen Zeitraum weiter ein, der zum genauen Liefern der vom Benutzer eingegebenen gewünschten Sauerstoffdosierung ausreicht. Die tatsäch lich ausgelieferte Sauerstoffdosierung wird unter der Verwendung derselben Prinzipien als derjenigen gemessen, die für die ausgelieferte NO-Dosierung verwendet wurden.
Als ein weiteres Merkmal dieser Vorrichtung wird eine Alarmstrategie verwendet, um sicherzustellen, dass die Verabreichungsvorrichtung die Dosis NO, die gewünscht wird und vom Benutzer wie oben beschrieben eingegeben wird, entsprechend ausgeliefert wird, und zusätzlich, dass die Sauerstoffdosis, die vom Benutzer gewünscht wird, ebenfalls entsprechend ausgeliefert wird. Das heißt, wenn die tatsächlich gelieferte Dosierung des Sauerstoffs mehr oder weniger als ein bestimmter Prozentsatz, zum Beispiel dreißig Prozent (30%) ist, kann die CPU 22 erkennen, dass die Differenz ein Problem im gesamten Impulsverabreichungssystem für Sauerstoff anzeigt und den hörbaren Alarm 58 auslösen und/oder auf der Sichtanzeige 60 einen sichtbaren Alarm anzeigen.
In 3 ist eine isometrische Darstellung einer gespalteten Nasenkanüle 62 gezeigt, die mit der Ausführungsform von 2 verwendet werden kann. Die gespaltene Nasenkanüle 62 positioniert auf diese Weise den Zusammenflusspunkt so, dass das Mischen des NO enthaltenden Gases und des Sauerstoff enthaltenden Verdünnungsgases in der gespaltenen Nasenkanüle 62 mittels des Schlauchs 16 und des Schlauchs 40 geschieht, welche das NO in einer hohen Konzentration enthaltende Gas bzw. das Sauerstoff enthaltende Verdünnungsgas an die gespaltene Nasenkanüle 62 liefern. Wie zu sehen ist, tritt das NO-Gas in die beiden Nasenröhrchen 64 durch die Öffnungen 66 und 68 und das Sauerstoff enthaltende Verdünnungsgas ebenfalls in die Nasenröhrchen 64 durch die Öffnungen 70 und 72 ein, so dass das Mischen des den Sauerstoff enthaltenden Gases und des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases in der gespaltenen Nasenkanüle 62 stattfindet, um durch die Nasenröhrchen 64 in die Nasenlöcher des Patienten verabreicht zu werden. Dadurch dass der Misch- bzw. Zusammenflusspunkt 48 am Einführungspunkt in den Patienten ist, sind der Sauerstoff und das NO nur über einen minimalen Zeitraum miteinander vermischt, so dass die Möglichkeit einer schädlichen Bildung einer bedeutsamen Menge toxischen NO₂ verhindert wird.
Wenn wir uns schließlich 4 zuwenden, dann ist dort eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ge zeigt, bei der in dem das Verdünnungsgas enthaltenden Schlauch 40 ein Durchflusssensor 74 angeordnet ist. Der Durchflusssensor 74 bestimmt den Durchfluss im Schlauch 40, der vom variablen Durchflussbegrenzer 76 gemessen wird. Bei dieser Ausführungsform wird lediglich ein solenoidaktiviertes Steuerventil 20 verwendet, um einen Impuls des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases abzugeben, und wird von der CPU 22 gesteuert. Der Durchflusssensor 74 bestimmt, dass ein vorbestimmter Mindeststrom durch den variablen Durchflussbegrenzer 76 geliefert wird. Wenn dieser Mindeststrom verfügbar ist, wird der CPU 22 ein Signal zugeleitet, um es einem Impuls des NO in einer hohen Konzentration enthaltenden Gases zu erlauben, mittels eines von der CPU 22 betätigten Steuerventils 20 durch den Schlauch 16 geliefert zu werden. Wenn dieser Mindeststrom nicht durch den Durchflusssensor 74 fließt, wird der CPU 22 mitgeteilt, dass kein Impuls des NO enthaltenden Gases verabreicht werden kann, und das Steuerventil 20 wird am Öffnen gehindert.
Auf diese Weise wird lediglich das Steuerventil 20 von der CPU 22 gesteuert, um eine vorbestimmte Dosis NO enthaltenden Gases an den Patienten abzugeben, während der andere das Verdünnungsgas liefernde Schlauch 40 einen Mindeststrom liefern muss, um sicherzustellen, dass das NO in einer hohen Konzentration enthaltende Gas entsprechend verdünnt wird, um die korrekte dem Patienten zu verabreichende Konzentration von NO zu erzielen.
Zahlreiche weitere Variationen und Kombinationen der oben erörterten Merkmale können verwendet werden, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen unten definiert ist, abgewichen wird. Demnach sollte die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nur als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung der beanspruchten Erfindung verstanden werden.

Claims

Beatmungstherapiegerät zum Liefern eines Therapiegases an einen Patienten durch ein in-vivo-Beatmungssystem, wobei die Vorrichtung umfasst: – einen ersten Schlauch (16), der so ausgelegt ist, dass er mit einer Quelle (10) einer hohen Konzentration eines unter Druck stehenden Therapiegases, z.B. Stickstoffmonoxid, verbunden ist; – einen zweiten Schlauch (40), der so ausgelegt ist, dass er mit einer Quelle eines Verdünnungsgases (30), z.B. Stickstoff oder ein Stickstoff enthaltendes Gas, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter umfasst: – ein erstes Liefermittel (20, 22), das zum Liefern einer vorbestimmten gepulsten Dosis des hochkonzentrierten Therapiegases während des Einatmens des Patienten angeordnet ist, wobei das Liefermittel ein Steuerventil (20), das sowohl eine offene als auch eine geschlossene Position hat, sowie einen Prozessor (22) zum Steuern der Position des Steuerventils umfasst, wobei der Prozessor die Zeit steuert, in der das Ventil in der offenen Position ist, um die vorbestimmte gepulste Dosis des hochkonzentrierten Therapiegases abzugeben; – ein zweites Liefermittel (32, 36) zum Liefern eines Stromes des Verdünnungsgases zur vorbestimmten gepulsten Dosis des hochkonzentrierten Therapiegases, die dazu ausreicht sicherzustellen, dass die hohe Konzentration des Therapiegases auf eine sichere Konzentration verdünnt wird; und – ein Messmittel (22, 38, 42, 44) zum Messen des Stromes des Verdünnungsgases, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Strom des Verdünnungsgases vorhanden ist, um sicherzustellen, dass die hohe Konzentration des Therapiegases auf eine sichere Konzentration verdünnt wird.
Beatmungstherapiegerät nach Anspruch 1, wobei das zweite Liefermittel (36) zum Liefern eines Stromes des Verdünnungsgases ein Ventil ist, das einen gepulsten Strom des Verdünnungsgases liefert.
Beatmungstherapiegerät nach Anspruch 1, das über einen Alarm (58, 60) verfügt, der mit dem Verdünnungsstrom-Messmittel (22, 38, 42, 44) verbunden ist und dann aktiviert wird, wenn der Verdünnungsgasstrom zum Sicherstellen einer sicheren Konzentration des Therapiegases nicht ausreichend ist.
Beatmungstherapiegerät nach Anspruch 1, wobei das Messmittel (22, 38, 42, 44) zum Messen des Stromes des Verdünnungsgases und zum Liefern eines Signals zum Deaktivieren des Therapiegas-Liefermittels (20) ausgelegt ist, wenn der Verdünnungsgasstrom zum Sicherstellen einer sicheren Konzentration des Therapiegases nicht ausreichend ist.
Beatmungstherapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verdünnungsgas-Liefermittel (32, 36) ein Steuerventil (36) ist, das sowohl eine offene als auch eine geschlossene Position hat, und die Position des Verdünnungsgas-Steuerventils vom Prozessor (22) gesteuert wird.
Beatmungstherapiegerät nach Anspruch 5, das ein Mittel (22) zum Vergleichen gemessener Volumina des Therapiegases und des Verdünnungsgases mit einer vorbestimmten gewünschten Dosis aufweist, die von einem Benutzer eingestellt oder von der Vorrichtung ermittelt wird, sowie zum Einstellen des Prozessors (22) zum Variieren der Zeiten, in denen das Therapiegasventil (20) und das Verdünnungsgasventil (36) offen sind, um die Differenzen zwischen den gemessenen Volumina und den erwünschten Dosen zu korrigieren.
Beatmungstherapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und weiter mit einem Mittel (52) zum Erfassen, dass der Patient einzuatmen versucht, zum Liefern eines Signals an den Prozessor, und wobei der Prozessor (22) auf der Grundlage dessen, dass das Signal ein Einatmen des Patienten anzeigt, das Therapiegas-Steuerventil (20) in die offene Position steuert.
Beatmungstherapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und weiter mit einer Nasenkanüle (62), die mit dem ersten und dem zweiten Schlauch (16, 40) verbunden ist, zum Empfangen von Gas von den beiden Schläuchen und mit einer Mischkammer (48) zum Mischen des Gases aus dem ersten Schlauch mit dem Gas aus dem zweiten Schlauch, wobei die Kanüle ein Nasenröhrchenmittel (64) zum unmittelbaren Einleiten des Gasgemischs aus der Mischkammer in den Patienten aufweist.
Beatmungstherapiegerät nach Anspruch 8, wobei das Nasenröhrchenmittel (64) ein Paar Nasenröhrchen (64) aufweist, die jeweils eine Mischkammer (48) aufweisen und die so angeordnet sind, dass sie das Gasgemisch direkt in die Nasenlöcher des Patienten abgeben können.