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WO2008052534A1 - Verfahren und beatmungseinrichtung zur druckunterstützten spontanatmung - Google Patents

Verfahren und beatmungseinrichtung zur druckunterstützten spontanatmung Download PDF

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Publication number
WO2008052534A1
WO2008052534A1 PCT/DE2007/001964 DE2007001964W WO2008052534A1 WO 2008052534 A1 WO2008052534 A1 WO 2008052534A1 DE 2007001964 W DE2007001964 W DE 2007001964W WO 2008052534 A1 WO2008052534 A1 WO 2008052534A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
ventilation
computer
airway
airway pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2007/001964
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcelo Gama De Abreu
Thea Koch
Peter Markus Spieth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE112007003234T priority Critical patent/DE112007003234A5/de
Publication of WO2008052534A1 publication Critical patent/WO2008052534A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. ventilators; Tracheal tubes
    • A61M16/021—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. ventilators; Tracheal tubes operated by electrical means
    • A61M16/022—Control means therefor
    • A61M16/024—Control means therefor including calculation means, e.g. using a processor

Definitions

  • the invention relates to a method and a ventilation device for pressure-assisted spontaneous breathing on the basis of a pressure assisted ventilation, wherein the ventilation by means of a breathing connection and a computer-integrated ventilation device connected thereto and wherein a pressure-supporting gas transmission over the breathing port at two different airway pressure levels with an upper level - an atrial peak pressure - and a lower level - corresponding to a end-expiratory airway pressure - is performed.
  • the spontaneously breathing assisting forms of ventilation can be carried out with different methods and differ from controlled forms of ventilation, which do not support spontaneous breathing.
  • Ventilation methods in the specification Putensen C, Hering R., Muders T., Wrigge H .: Assisted breathing is better in acute respiratory failure, Curr. Opin Crit Care Med. 2005; 11; 63-8 which describe two different forms of ventilation, Airway Pressure Release Ventilation (APRV) and Biphasic Intermittent Positive Airway Pressure (BIPAP), the latter being in the form of airway pressure.
  • APRV Airway Pressure Release Ventilation
  • BIPAP Biphasic Intermittent Positive Airway Pressure
  • p) time (t) curve is shown in Fig. 1a are used.
  • the two ventilation methods are characterized by two different, constantly spaced airway pressure levels (CPAPs): an upper CPAP Level High (CPAP Level 1) and a lower CPAP Level Low (CPAP) 2 level. between which spontaneous breathing can take place without restriction.
  • CPAPs constantly spaced airway pressure levels
  • the degree of pressure assistance results from the duration of the existence of the two airway pressure levels 1, 2 and the tidal volume (English tidal volume) V ⁇ during the two ventilation methods.
  • the tidal volume VT in turn depends on respiratory physiological conditions and the constant difference between the two airway pressure levels.
  • BIPAP two-phase positive airway pressure ventilation
  • airway pressure is varied between two levels - the CPAP Level High and the CPAP Level Low.
  • the tidal volume is also varied, with the two pressure levels 1, 2 exhibiting fluctuations 3 at their set level.
  • Tidal volume per se depends on the pressure variation and mechanical properties of the respiratory system. Spontaneous breathing can be unrestricted in this mode but is not systematically supported by the ventilator in a breath-synchronous manner.
  • FIG. 1b an airway pressure (p) time (t) curve for constant pressure assist ventilation PSV with two prior art airway pressure levels is shown, with the two pressure levels 1,2 as level constant and equidistant values 5, 7 and the peak airway pressure values 5 are formed equidistantly in chronological order.
  • Spontaneous breathing can be unrestricted in this mode, but it is systematically supported breath-synchronously by the ventilator when the patient's inspiratory effort, called trigger 4, is detected by the ventilator.
  • the sighs 6 may be generated by generating a peak airway pressure level 6 above the upper pressure level 1, called sigh, at a regular interval.
  • a problem of the methods which are characterized at the same time by a comprehensive, beyond a simple respiratory recognition outgoing feedback system, is the adaptation of the ventilator in the actual state using predefined time variables, resulting in a constancy in the desired state. After the adaptation of the ventilator and the achievement of the desired state, therefore, a rigid support of the respiration takes place, i. The result is a monotonous form of ventilation.
  • computer-aided feedback algorithms used are complex, difficult to implement, and associated with increased costs.
  • a device for assessing the applied air pressure in automated ventilation by positive airway pressure is described in the publication WO 00/24446, whereby the applied airway pressure varies by means of the device is set so that at least three different pressure values are set. For these pressure values, the corresponding respiratory gas flow is measured. It is judged from the relation of the measured respiratory gas flow value to one another whether the applied airway pressure is below or above an optimal pressure level or whether the applied airway pressure corresponds to the optimum pressure level.
  • the device can be used in setting the optimal airway pressure in respiratory devices for CPAP therapy.
  • the invention has for its object to provide a method and a ventilation device for pressure-assisted spontaneous breathing, which are designed so suitable that an improved pressure support is realized without taking into account extensive feedback between pressure or flow changes and the ventilation device. So a rigid support of breathing should be avoided.
  • a random order can be used as a given variation pattern via a random pressure value generator.
  • the predetermined variation pattern can be formed fractally.
  • the predetermined variation pattern can be formed according to an arbitrary distribution or a sequence of absolute values.
  • variable pressure assist ventilation a different airway pressure Dv n can be generated with each breath.
  • variable pressure assist ventilation with an internal computer alone
  • variable pressure assist ventilation with an external control of the variation pattern with respect to the respirator
  • internal sensors of the ventilator may measure flow and airway pressure monitor, wherein based on trigger criteria within programmable means a detection is performed, when an inspiration in the form of a pressure change and / or a flow is present, to which the respirator responds with the variable pressure support ventilation.
  • variable print support has the following steps:
  • a pressure / flow monitoring is performed by the ventilation device, in the triggering step at least one pressure change signal and / or flow signal - an inspiration - the pressure and / or flow trigger is activated, whose / the signals are supplied to the internal or external computer, in the case of trigger stop, the monitoring of pressure and flow changes in the region of the respiratory connection is continued latently; in the query step triggering the trigger, queries are made about the next pressure assistance, from the sequence in the ventilation pattern output step the respiration variation pattern is released from an appropriate memory;
  • the signaling of the pressure support is output with the adopted ventilation variation pattern
  • variable pressure assistance is generated and the variable pressure assist ventilation is performed via the breathing port, the last three steps being executed in a module for providing pressure support levels, which may be assigned to either the internal computer or the external computer.
  • variation patterns of the support pressure can also be contained in one of its external memories, with which a second externally prepared variant of the variable pressure support ventilation can be carried out.
  • this can be used as a so-called main computer, which constantly polls the internal computer of the ventilator after the start of a breath - a flow or a pressure difference - and delivers the heights of the airway pressure levels Pv n to be generated.
  • the pressure or flow generator is responsible for generating the predetermined airway pressure p Vn , and the pressure or flow sensors constantly monitor the variable pressure assist ventilation. Furthermore, there is at least one module for providing pressure support levels for variable pressure assist ventilation associated with either the internal or external computer.
  • the invention makes it possible, without extensive feedback system, i. without adjusting the ventilation pattern to the measured respiration of a patient or to a particular measurement variable or measurement parameter, to control the variation of pressure support in the ventilator, the variation being established prior to the start of the ventilation process, and the mean of the pressure support values being freely selectable ,
  • variable pressure assist ventilation not only an improvement in lung function, but also a faster weaning of the patient from the mechanical ventilation can be achieved, resulting in shorter ventilation times.
  • Uneven spontaneous breathing by means of variable assist pressure values may result in an improvement in venous return and cardiac output.
  • Excessively pressure-assisted breaths can eventually contribute to the opening of collapsed lung areas.
  • 1a shows an airway pressure (p) time (t) curve with two fixed breathing pressure levels for a two-phase positive airway pressure ventilation and spontaneous breathing according to the prior art
  • FIG. 2 shows an airway pressure (p) time (t) curve for a constant pressure support ventilation PSV and involved sighs with two fixed set
  • FIG. 3 shows an airway pressure (p) time (t) curve for the method according to the invention with a variable pressure assist ventilation with multiple respiratory peak pressure levels, a fixed end expiratory airway pressure value and time-variable adjustable assist pressure values,
  • FIG. 4 shows an airway pressure (p) -time (t) curve during the constant pressure-assisted breathing PSV and lung function parameters in the case of a respiratory insufficiency according to FIG.
  • FIG. 5 shows an airway pressure (p) -time (t) curve during ventilation with variable pressure assist ventilation and lung function parameters in the case of a respiratory insufficiency according to FIG.
  • Fig. 6 is a schematic representation of the ventilation device according to the invention.
  • FIG. 7 shows a flow chart about the method in the ventilation device.
  • FIGS. 3 and 6 are considered together.
  • the respiration takes place according to FIG. 6 by means of a respiratory connection 21 and a computer-integrated respiration device 20 connected thereto, wherein a pressure-supporting gas transmission via the respiratory connection 21 to two different airway pressure levels with an upper respiratory Level 1 - corresponding to a peak airway pressure - and a lower level 2 - corresponding to a end-expiratory airway pressure - is performed.
  • a random sequence can be used as a given variation pattern via a random pressure value generator.
  • the predetermined variation pattern can be formed fractally.
  • the pattern of the airway support variation according to the invention can thus also be arbitrarily set, so that three or more support pressure levels are generated.
  • the airway pressure values p Vn on three or more pressure levels of support are pvi varies Pv2, Pv3, Pvm in the pressure level, whereby the respective pressure level of support structure is in chronological order not equidistant, but depends on the trigger 4, raised and formed.
  • Both sigh pv m 6 with maximum support, eg with a pressure increase of, for example, 35 cmH 2 O column, and free spontaneous breathing at the respiratory travel pressure value pv3 can be generated with largely avoided support at different time intervals from the previous pressure support level the airway pressure 2 represents the end-expiratory pressure level p 0 .
  • the form of the associated respiratory gas flow may be different for generating the airway pressure values. In this case, a different form of the airway pressure values, as shown in Fig. 3, train, the respective peak values pvm remain at the same level, so that therefore also different A temgashneformen can be used.
  • FIG. 4 shows the airway pressure (p) time (t) curve during the prior art constant assistive pressure ventilation PSV and the pulmonary function parameters in respiratory insufficiency, where spontaneous breathing with the same pressure p K is supported for each breath Comparison with the following FIG. 5.
  • FIG. 5 shows an airway pressure (p) time (t) curve during respiration with the variable pressure assist ventilation of the present invention and pulmonary function parameters in respiratory failure.
  • p time
  • t variable pressure assist ventilation
  • FIG. 4 shows the course of the almost constant airway pressure pK recorded over approximately 35 seconds. It differs from the course of the airway pressure p Vn during the variable pressure support ventilation according to the invention on the same model according to FIG. 5.
  • the mean value 8 of the support pressure in FIG. 5 and the mean support pressure 8 'in FIG. 4 are almost identical in the two ventilation methods, but the variable pressure support ventilation in FIG. 5 leads to better gas exchange and better lung mechanics Comparison between the parameters extensibility (narrow elastance) in mbar / l and resistance (engl, resistance) in mbar / l / s in the lungs of a test person shows.
  • the respiration device 20 shown in FIG. 6 for pressure-assisted spontaneous breathing on the basis of a pressure assisted ventilation contains a respiratory connection 21, wherein the respiration takes place by means of the respiratory connection 21 and a computer-integrated ventilation device 20 connected thereto and wherein a pressure-assisting gas transmission via the respiration connection 21 at two different airway pressure levels with an upper level 1 - corresponding to the peak airway pressure - and a lower level 2 - according to the end-expiratory airway pressure - is performed at a support pressure.
  • the variation patterns of the support pressure may also be contained in one of its external memories 27, with which the second variant of the variable pressure support ventilation can be performed.
  • Variant 2 in the variant with the external computer 26 - Variant 2 - this can be designed as a so-called main computer, which constantly polls the internal computer 24 of the ventilator 20 after the start of a breath and provides the amount of support pressure.
  • the pressure generator 22 is responsible for generating the predetermined airway pressure Pv, and the pressure sensor (s) 23 is constantly monitoring / monitoring the breathing pattern.
  • the flowchart with step sequence shown in FIG. 7 shows the sequence of events in the context of the variable pressure assist ventilation according to the invention with an external control of the variation pattern with respect to the respiration device 20.
  • the internal sensors 23 of the ventilation device 20 monitor the flow and airway pressure. Based on trigger criteria, it is recognized when the patient begins to inhale, that is, if there are already or still pressure change and / or flow signals, whereupon the respirator 20 responds with computer-supplied variable pressure assistance.
  • the level of the variable pressure support can be transmitted to the internal computer 24 of the ventilation device 20 with the external computer 26 and, according to variant 1, generated by the internal computer 24 or retrieved from the memory 25.
  • the step sequence consists in the following: In the monitoring step 30, a pressure / flow monitoring by the ventilation device 20.
  • the triggering step 31 the breathing effort in the form of pressure change and / or flow signals is detected by the pressure or flow sensor and after exceeding the trigger threshold, a signal internal or external computer 24,26 supplied. If the trigger threshold is not exceeded, the monitoring is continued latently.
  • queries are made about the next pressure assistance, from the sequence in the ventilation pattern output step 33, the ventilation pattern is released from an appropriate memory 25,27.
  • the setting step 34 the signaling of the variable pressure assistance with the adopted ventilation pattern is output so that the variable pressure support is generated in the generation step 35 and the variable pressure support ventilation is performed via the ventilation connection 21.
  • the Three steps 33, 34, 35 are executed in a print support level delivery module 36, which is part of either the internal computer 24 or the external computer 26.
  • a reduction in mortality can be achieved by improving the respiratory function, faster weaning of the patients from mechanical ventilation, and shorter residence times of patients in the intensive care unit.
  • the lung function with respect to the gas exchange ie the arterial oxygenation or CO 2 -Elimination of the mechanical properties of the lungs, for example, the resistance and the elasticity and the reduction of the work of breathing can be improved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung, wobei die Beatmung mittels eines Beatmungsanschlusses und einer daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Beatmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau-entsprechend einem Atemwegsspitzendruck- und einem unteren Niveau-entsprechend einem endexspiratorischen Atemwegsdruck- durchgeführt wird. Die Aufgabe besteht darin, dass eine verbesserte Druckunterstützung realisiert wird, ohne eine umfangreiche Rückkopplung zwischen Druck- oder Strömungsänderungen und der Beatmungseinrichtung zu berücksichtigen und um eine starre Unterstützung der Atmung zu vermeiden. Die Lösung besteht darin, dass während der Spontanatmung eine variable Druckunterstützungsbeatmung mittels eines Variationsmusters des Atemwegsdrucks pV<SUB>n</SUB> mit n = 1, 2, 3,...,m von Atemzug zu Atemzug in der Beatmungseinrichtung (20) durchgeführt wird, wobei das Variationsmuster des Atemwegsdruckes p<SUB>Vn</SUB> nach einer vorgegebenen Verteilung festgelegt und mittels eines Computers (24, 26) gesteuert wird und wobei die Werte des Atemwegsdrucks pvn einen zeitabhängigen, vorgegebenen Mittelwert (8) bilden.

Description

Verfahren und Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung, wobei die Beatmung mittels eines Beatmungsanschlusses und einer daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunter- stützende Gasübertragung über den Beatmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau - entsprechend einem A- temwegsspitzendruck - und einem unteren Niveau - entsprechend einem endexspi- ratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird. Die Spontanatmung assistierende Beatmungsformen können mit unterschiedlichen Verfahren durchgeführt werden und unterscheiden sich von kontrollierten Beatmungsformen, welche die Spontanatmung nicht unterstützen.
Die meisten der herkömmlichen Verfahren unterstützen die Spontanatmung des am Beatmungsgerät angeschlossenen Patienten durch Erzeugung eines konstanten Atemwegsdruckes bzw. Atemgasflusses. Daraus resultiert ein Atemmuster, das sich monoton verhält. Andere Verfahren zur Unterstützung der Spontanatmung bei beatmeten Patienten können sich an den Bedarf des Patienten bzw. an definierten Zielvariablen anpassen. Dabei können Atemwegsdruck bzw. Atemgasfluss kontinuierlich gemessen werden. Über einen integrierten Controller mit entsprechenden programmtechnischen Mitteln kann das Minutenvolumen konstant gehalten, Komponenten der Lungenmechanik optimiert oder der Gasaustausch durch umfangreiche Rückkopplungssysteme verbessert werden. Charakteristisch an den bekannten Formen der druckunterstützten Spontanatmung ist die Tatsache, dass nach einer Anpassungsphase das Atemmuster konstant bleibt.
Es sind Beatmungsverfahren in der Druckschrift Putensen C, Hering R., Muders T., Wrigge H.: Assisted breathing is better in acute respiratory failure, Curr. Opin Crit Care Med. 2005; 11; 63-8 beschrieben, in denen zwei unterschiedliche Beatmungsformen, nämlich einer Atemwegsdrucknachlassbeatmung (engl. Airway Pressure Release Ventilation - APRV) und eine Zweiphasen positive Atemwegs- druckbeatmung (engl. Biphasic Intermittent Positive Airway Pressure - BIPAP), wobei Letztere in Form einer Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve in Fig. 1a gezeigt ist, eingesetzt werden. Die beiden Beatmungsverfahren zeichnen sich durch zwei unterschiedliche konstant beabstandete Atemwegsdruckniveaus (engl. Continuous Positive Airway Pressure Level - CPAP): einem oberen Niveau 1 des Atemwegsdrucks (engl. CPAP Level High) und einem unteren Niveau 2 des Atemwegsdrucks (engl. CPAP Level Low) aus, zwischen denen die Spontanatmung uneingeschränkt stattfinden kann. Das Maß der Druckunterstützung ergibt sich aus der Zeitdauer des Bestehens der beiden Atemwegsdruckniveaus 1 ,2 und dem Atemzugvolumen (engl. tidal volume) Vτ während der beiden Beatmungsverfahren. Das Atemzugvolumen VT hängt wiederum von respirationsphysiologischen Gegebenheiten und der konstanten Differenz zwischen den beiden Atemwegsdruckniveaus ab.
Bei der Zweiphasen positiven Atemwegsdruckbeatmung BIPAP wird der Atemwegsdruck zwischen zwei Niveaus - dem oberen Druckniveau (engl. CPAP Level High) und dem unteren Druckniveau (engl. CPAP Level Low) - variiert. Durch die Änderungen des Atemwegsdruckes wird auch das Atemzugvolumen variiert, wobei die beiden Druckniveaus 1 ,2 auf ihrem eingestellten Niveau Schwankungen 3 auf- weisen. Das Atemzugvolumen hängt per se von der Druckvariation und den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems ab. Die Spontanatmung kann in diesem Modus uneingeschränkt stattfinden, wird aber vom Beatmungsgerät nicht systematisch atemzugssynchron unterstützt.
In Fig. 1 b ist eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve für eine konstante Druckunterstützungsbeatmung PSV (engl. Pressure Support Ventilation) mit zwei Atemwegsdruckniveaus nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei die beiden Druckniveaus 1,2 als niveaukonstante und voneinander gleichabständige Werte 5,7 und die Atemwegsspitzendruckwerte 5 in zeitlicher Reihenfolge gleichabständig ausge- bildet sind. Die Spontanatmung kann in diesem Modus uneingeschränkt stattfinden, wird aber vom Beatmungsgerät systematisch atemzugssynchron unterstützt, wenn eine Einatmungsbemühung des Patienten, sogenannte Trigger 4, vom Beatmungsgerät detektiert wird.
Es ist in der Druckschrift Putensen C, Mutz N., Putensen-Himmer G., Zinseriing J.: Spontaneous breathing during ventilatory support improves ventilation-perfusion distributes in patients with acute respiratory distress Syndrome, Am. J. Respir. Crit. Care med 1999; 159; 1241-1248 ein Vergleich zwischen den Beatmungsverfahren: der Atemwegsdrucknachlassbeatmung APRV beziehungsweise der Zweiphasen positive Atemwegsdruckbeatmung BIPAP einerseits und andererseits der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV beschrieben, wobei bei Letzterer, wie in - A -
Fig. 1b gezeigt ist, nur ein unteres Atemwegsdruckniveau verwendet wird und bei jeder spontanen Inspiration ein höheres Atemwegsdruckniveau von begrenzter Dauer generiert wird und dabei bei jeder vom Beatmungsgerät gemessenen Inspiration die Spontanatmung unterstützt wird, was eine Synchronie zwischen Patient und Beatmungsgerät voraussetzt. Es wird beschrieben, dass zum Einen die Atem- wegsdrucknachlassbeatmung APRV beziehungsweise Zweiphasen positive Atem- wegsdruckbeatmung BIPAP gegenüber der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV hinsichtlich des Gasaustausches zu besseren Ergebnissen führen und zum Anderen die konstante Druckunterstützungsbeatmung PSV keinen wesentli- chen Vorteil im Vergleich zur vollständig kontrollierten Beatmung bringen sollen. Dabei wird die Entkopplung von Spontanatmung und maschinell generierten Atemzügen für ein besseres Ventilation/Perfusion-Verhältnis in der Lunge für notwendig erachtet. Es wird in der Druckschrift eingeschätzt, dass die Erzeugung eines negativen intrathorakalen Druckes erforderlich sei, um den venösen Rückfluss und die Lungenperfusion zu verbessern, was bei der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV nicht möglich wäre, da bei der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV jeder Atemzug mit einem relativ hohen positiven Druck unterstützt wird.
Trotz dieser negativen Bewertung ist in der Druckschrift Patroniti N. et al: Sigh im- proves gas exchange and lung volume in patients with acute respiratory distress Syndrome undergoing pressure Support Ventilation, Anesthesiology 2002;393;788- 794 beschrieben, dass, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die konstante Druckunterstützungsbeatmung PSV in einer Kombination mit fest vorgegebenen Seufzern 6, d.h. mit kurzfristigen Erhöhungen des Atemwegsdruckes über das obere Druckniveau 1 hinaus und mit längerer Zeitdauer, wobei die Seufzer 6 in festen Abständen maschinell erzeugt werden, durchaus zu einer Verbesserung des Gasaustausches in der Lunge bei spontan atmenden Patienten mit akutem Lungenversagen führen kann. Der Mechanismus dieser Verbesserung wird am ehesten durch die Rekrutierung kollabierter Lungenareale erklärt, da eine Steigerung des venösen Rückflus- ses nicht zu erwarten ist. Dabei wird auch unter Anwendung von Seufzern 6 in Kombination mit der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV eine Redukti- on der respiratorischen Frequenz ermöglicht. Da bei niedrigem Atemantrieb die Synchronie zwischen Beatmungsgerät und Patient verbessert wird, könne dieser Umstand den positiven Effekt der Kombination zumindest partiell erklären.
Dazu ist in Fig.2 eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve für die konstante Druckunterstützungsbeatmung PSV mit einem involvierten Seufzer 6 und zwei druckkonstanten Atemwegsdruckniveaus 1,2 dargestellt, wobei bei der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV das Niveau der Unterstützung jedes einzelnen Atemzuges adjustiert wird, um das gewünschte Atemzugsvolumen zu erreichen. Die Seufzer 6 können erzeugt werden, indem ein oberhalb des oberen Druckniveaus 1 , liegendes, als Seufzer bezeichnetes Atemwegsspitzendruckniveau 6 in regelmäßigem Abstand generiert wird.
Ein Problem der genannten Verfahren bestehen darin, dass sie ein Beatmungs- muster generieren, welches monoton erzeugt wird, was bedeutet, dass eine Konstanz des Strömungs- bzw. Druckprofils von Atemzug zu Atemzug resultiert und so ein monotones Atemmuster entstehen kann. Dieses monotone Atemmuster bewirkt jedoch einen Verlust der intrinsischen Variabilität des respiratorischen Systems.
Ein Problem der Verfahren, die sich gleichzeitig durch ein umfangreiches, über eine einfache Atmungserkennung hinausgehendes Rückkopplungssystem auszeichnen, ist die Anpassung des Beatmungsgerätes im Ist-Zustand anhand vordefinierter Zeitvariablen, was zu einer Konstanz im Soll-Zustand führt. Nach der Anpassung des Beatmungsgerätes und dem Erreichen des Soll-Zustandes findet deswegen eine starre Unterstützung der Atmung statt, d.h. es resultiert eine monotone Beatmungsform. Außerdem sind eingesetzte computergestützte Rückkopplungsalgorithmen komplex, schwierig zu implementieren und mit erhöhten Kosten verbunden.
Eine Vorrichtung zur Beurteilung des anliegenden Luftdrucks bei der automatisier- ten Beatmung durch positiven Atemwegsdruck ist in der Druckschrift WO 00/24446 beschrieben, wobei mittels der Vorrichtung der anliegende Atemwegsdruck variiert wird, so dass mindestens drei unterschiedliche Druckwerte eingestellt werden. Für diese Druckwerte wird der entsprechende Atemgasfluss gemessen. Aus der Relation des gemessenen Atemgasflusswertes zueinander wird beurteilt, ob der anliegende Atemwegsdruck unterhalb oder oberhalb eines optimalen Druckniveaus liegt oder ob der anliegende Atemwegsdruck dem optimalen Druckniveau entspricht. Die Vorrichtung kann bei der Einstellung des optimalen Atemwegsdrucks in Beat- mungsgeräten für die CPAP-Therapie verwendet werden.
Ein Problem besteht darin, dass der Atemwegsdruck, der durch dieses System ge- neriert wird, bei gleich bleibenden Bedürfnissen des Patienten konstant bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass eine verbesserte Druckunterstützung realisiert wird, ohne eine umfangreiche Rückkopplung zwischen Druck- oder Strömungsänderungen und der Beatmungseinrichtung zu berücksichtigen. So soll eine starre Unterstützung der Atmung vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. In dem Verfahren zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung, wobei die Beatmung mittels eines Beatmungsanschlusses und einer daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Be- atmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau - entsprechend einem Atemwegsspitzendruck - und einem unteren Niveau - entsprechend einem endexspiratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird, wird gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 während der Spontanatmung eine variable Druckunterstützungsbeatmung mittels eines Variationsmusters des Atemwegsdrucks pVn mit n = 1 ,2,3,...,m von Atemzug zu Atemzug in der Beatmungseinrichtung durchgeführt, wobei das Variationsmuster des Atemwegsdruckes pVn nach einer vorgegebenen Verteilung festgelegt und mittels eines Computers gesteuert wird und wobei die Werte des Atemwegsdrucks pVn einen zeitabhängigen, vorgegebenen Mittelwert bilden.
Der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 der variablen Druckunterstützungsbeatmung kann sowohl mit p0 konstant gehalten als auch während der Beatmung mit Po ≠ const. = pov variiert werden.
Mittels programmtechnischer Mittel im Computer kann als vorgegebenes Variati- onsmuster eine Zufallsreihenfolge über einen Zufallsdruckwertegenerator eingesetzt werden.
Mittels programmtechnischer Mittel im Computer kann das vorgegebene Variationsmuster fraktal ausgebildet werden.
Mittels programmtechnischer Mittel im Computer kann das vorgegebene Variationsmuster nach einer beliebigen Verteilung oder einer Reihenfolge von absoluten Werten ausgebildet werden.
Während der Durchführung einer erfindungsgemäßen variablen Druckunterstützungsbeatmung kann bei jedem Atemzug ein unterschiedlicher Atemwegsdruck Dvn erzeugt werden.
Bei einer ersten zugehörigen Variante der variablen Druckunterstützungsbeatmung mit einem internen Computer allein kann die zu erzeugenden Atemwegsdruckwerte Pvn mit n = 1 ,2,3,...,m aus einem internen Speicher abgefragt bzw. durch den Computer selbst generiert werden.
Bei der variablen Druckunterstützungsbeatmung mit einer in Bezug auf die Beat- mungseinrichtung externen bzw. internen Kontrolle des Variationsmusters können interne Sensoren der Beatmungseinrichtung den Strömungs- und Atemwegsdruck überwachen, wobei anhand von Triggerkriterien innerhalb von programmtechnischen Mitteln eine Erkennung durchgeführt wird, wann eine Inspiration in Form einer Druckänderung und/oder einer Strömung vorhanden ist, worauf die Beatmungseinrichtung mit der variablen Druckunterstützungsbeatmung reagiert.
Die variable Druckunterstützung weist folgende Schritte auf:
- Im ersten Überwachungsschritt erfolgt eine Druck-/Strömungsüberwachung durch die Beatmungseinrichtung, im Triggerungsschritt wird über mindestens ein Druckänderungssignal und/oder Strömungssignal - eine Inspiration - der Druck- und/oder Strömungstrigger aktiviert, dessen/deren Signale dem internen oder externen Computer zugeführt werden, wobei bei Auslösungsstop die Überwachung von Druck- und Strömungsänderungen im Bereich des Beatmungsanschlusses latent weitergeführt wird, - im Abfrageschritt, der die Triggerung auslöst, erfolgen Abfragen über die nächste Druckunterstützung, aus deren Folge im Beatmungsmusterausgabe- schritt das Beatmungsvariationsmuster aus einem zutreffenden Speicher freigegeben wird,
- im Festlegungsschritt wird die Signalisierung der Druckunterstützung mit dem übernommenen Beatmungsvariationsmuster ausgegeben,
- im Erzeugungsschritt wird die variable Druckunterstützung erzeugt und über den Beatmungsanschluss die variable Druckunterstützungsbeatmung durchgeführt, wobei die letzten drei Schritte in einem Modul zur Lieferung der Druckunterstüt- zungsniveaus, das entweder dem internen Computer oder dem externen Computer zugeordnet sein kann, abgearbeitet werden.
In der Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung mit einem Beatmungsanschluss, wobei die Beatmung mittels des Beatmungsanschlusses und der daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunterstüt- zende Gasübertragung über den Beatmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau - entsprechend einem Atem- wegsspitzendruck - und einem unteren Niveau - entsprechend einem endexspiratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird, nach dem Verfahren nach Anspruch 1 , enthält gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 10 die Beatmungseinrichtung einen Druck-/Strömungs-Generator, mindestens einen Druck-/Strömungssensor sowie einen Computer mit mindestens einem Speicher, wobei in dem Speicher des Computers mindestens ein Variationsmuster des Unter- Stützungsdruckes nach einer vorgegebenen Verteilung gespeichert ist, und/oder programmtechnische Mittel im Computer vorhanden sind, die während des Betriebes der Beatmungseinrichtung das Variationsmuster für eine variable Druckunterstützungsbeatmung generieren, wobei die zugehörigen Atemwegsdruckwerte pvn mit n = 1 ,2,3,...,m einen zeitabhängigen, definierten Mittelwert bilden und wobei der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 auf einem unteren Niveau mit p0 ≠ const. = Pov variabel oder mit po = const. konstant einstellbar ist.
Wahlweise können in einem in die Beatmungseinrichtung integrierbaren externen Computer auch Variationsmuster des Unterstützungsdruckes in einem seiner ex- ternen Speicher enthalten sein, mit dem eine zweite extern vorbereitete Variante der variablen Druckunterstützungsbeatmung durchführbar ist.
Bei der zweiten Variante mit dem externen Computer kann dieser als so genannter Hauptcomputer eingesetzt werden, der den internen Computer der Beatmungsein- richtung ständig nach dem Beginn eines Atemzugs - einer Strömung oder eines Druckunterschiedes - abfragt und die Höhen der zu erzeugenden Atemwegsdruckniveaus Pvn liefert.
Der Druck- bzw. Strömungs-Generator ist für die Erzeugung des vorgegebenen Atemwegsdrucks pVn verantwortlich, und die Druck- bzw. Strömungssensoren ü- berwachen ständig die variable Druckunterstützungsbeatmung. Des Weiteren ist zumindest ein Modul zur Lieferung der Druckunterstützungsniveaus für die variable Druckunterstützungsbeatmung vorhanden, das entweder dem internen oder dem externen Computer zugeordnet ist.
Die Erfindung ermöglicht es, ohne umfangreiches Rückkopplungssystem, d.h. ohne eine Anpassung des Beatmungsmusters an die gemessene Atmung eines Patienten bzw. zu einer bestimmten Messvariable oder zu einem Messparameter, die Variation der Druckunterstützung in der Beatmungseinrichtung zu steuern, wobei die Variation vor Beginn des Beatmungsprozesses festgelegt wird und der Mittelwert der Druckunterstützungswerte frei gewählt werden kann.
Dabei wird die Spontanatmung mit unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus unterstützt, jedoch nicht mittels eines umfangreichen Rückkopplungsmechanismus, was die Wiederherstellung und Aufrechterhaltung der Variabilität des Atemmusters in jeder Situation ermöglicht. Dabei kann die Spontanatmung wie beschrieben mit der Veränderung des Unterstützungsdrucks sowohl ohne Druckunterstützung stattfinden als auch maximal unterstützt werden.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass durch die Wiederherstellung und Auf- rechterhaltung der Variation des Atemmusters bei der variablen Druckunterstützungsbeatmung nicht nur eine Verbesserung der Lungenfunktion, sondern auch eine schnellere Entwöhnung des Patienten von der maschinellen Beatmung erreicht werden kann, so dass kürzere Beatmungszeiten resultieren. Die ungleichmäßige Spontanatmung mittels variabler Unterstützungsdruckwerte kann zu einer Verbesserung des venösen Rückflusses und der Herzleistung führen. Überproportional druckunterstützte Atemzüge können schließlich zu der Eröffnung kollabierter Lungenareale beitragen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnun- gen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1a eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve mit zwei fest eingestellten Atem- wegsdruckniveaus für eine Zweiphasen positive Atemwegsdruckbeatmung und Spontanatmung nach dem Stand der Technik,
Fig. 1 b eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve für eine konstante Druckunterstützungsbeatmung PSV und mit zwei fest eingestellten Atemwegsdruckni- veaus nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve für eine konstante Druckunterstüt- zungsbeatmung PSV und involvierten Seufzern mit zwei fest eingestellten
Atemwegsdruckniveaus nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve für das erfindungsgemäße Verfahren mit einer variablen Druckunterstützungsbeatmung mit mehreren Atem- wegsspitzendruckniveaus, einem fest eingestellten endexspiratorischen A- temwegsdruckwert und zeitvariabel einstellbaren Unterstützungsdruckwerten,
Fig.4 eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve während der konstanten Druckunter- Stützungsbeatmung PSV und Lungenfunktionsparameter bei respiratorischer Insuffizenz nach Fig.2,
Fig. 5 eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve während der Beatmung mit variabler Druckunterstützungsbeatmung und Lungenfunktionsparameter bei respira- torischer Insuffizenz nach Fig.3,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung und
Fig. 7 einen Flussdiagramm über das Verfahren in der Beatmungseinrichtung. Im Folgenden werden die Fig. 3 und Fig. 6 gemeinsam betrachtet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung erfolgt die Beatmung gemäß Fig. 6 mittels eines Beatmungsanschlusses 21 und einer daran angeschlossenen compu- terintegrierten Beatmungseinrichtung 20, wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Beatmungsanschluss 21 auf zwei unterschiedlichen Atemwegs- druckniveaus mit einem oberen Niveau 1 - entsprechend einem Atemwegsspitzen- druck - und einem unteren Niveau 2 - entsprechend einem endexspiratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird gemäß Fig. 3 während der Spontanatmung eine variable Druckunterstützungsbeatmung mittels eines Variationsmusters des Atemwegsdrucks Pvn mit n = 1,2,3,...,m von Atemzug zu Atemzug in der Beatmungseinrichtung 20 durchgeführt, wobei das Variationsmuster des Atemwegsdruckes pvn nach einer vorgegebenen Verteilung festgelegt und mittels eines Computers 24,26 gemäß Fig. 6 gesteuert wird und wobei die Werte des Atemwegsdrucks pvn einen zeitabhängigen, vorgegebenen Mittelwert 8 bilden.
Der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 2 kann sowohl mit Po = const. konstant gehalten als auch während der Beatmung mit p0 ≠ const. = pOv variiert werden.
Mittels programmtechnischer Mittel in einem der Computer 24,26 kann als vorgegebenes Variationsmuster eine Zufallsreihenfolge über einen Zufallsdruckwertege- nerator eingesetzt werden.
Auch kann mittels programmtechnischer Mittel im Computer 24,26 das vorgegebene Variationsmuster fraktal ausgebildet werden.
Es kann des Weiteren mittels programmtechnischer Mittel im Computer 24,26 das vorgegebene Variationsmuster nach einer beliebigen Verteilung oder einer Reihenfolge von absoluten Werten ausgebildet werden. Das Muster der erfindungsgemäßen Atemwegsunterstützungsvariation kann somit auch beliebig festgelegt werden, so dass drei oder mehrere Unterstützungsdruckniveaus erzeugt werden.
In Fig. 3 werden die Atemwegsdruckwerte pVn auf drei oder mehreren Druckunterstützungsniveaus pvi,Pv2,Pv3,Pvm in der Druckhöhe variiert, wobei deren jeweiliger Druckunterstützungsniveauaufbau in zeitlicher Reihenfolge nicht gleichabständig, sondern vom Trigger 4 abhängig, ausgelöst und ausgebildet wird. Dabei können sowohl Seufzer pvm 6 mit einer maximalen Unterstützung, z.B. mit einem Druckan- stieg von z.B. 35cmH2O-Säule als auch eine freie Spontanatmung bei dem Atem- wegsdruckwert pv3 bei weitgehend vermiedener Unterstützung in unterschiedlichem Zeitabstand zum vorhergehenden Druckunterstützungsniveau erzeugt werden, wobei der Atemwegsdruck 2 das endexspiratorische Druckniveau p0 darstellt. Die Form des zugehörigen Atemgasflusses kann zur Erzeugung der Atemwegsdruck- werte unterschiedlich sein. Dabei kann sich eine andere Form der Atemwegsdruckwerte, als in Fig. 3 dargestellt ist, ausbilden, wobei die jeweiligen Spitzenwerte pvm auf gleichem Niveau bleiben, so dass demzufolge auch unterschiedliche A- temgasflussformen einsetzbar sind.
Die Fig.4 zeigt die Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve während der konstanten Druckunterstützungsbeatmung PSV nach dem Stand der Technik und die Lungenfunktionsparameter bei respiratorischer Insuffizienz, wobei bei jedem Atemzug die Spontanatmung mit gleichem Druck pκ unterstützt wird, zu einem Vergleich zur nachfolgenden Fig. 5.
In Fig. 5 werden eine Atemwegsdruck(p)-Zeit(t)-Kurve während der Beatmung mit der erfindungsgemäßen variablen Druckunterstützungsbeatmung und Lungenfunktionsparameter bei respiratorischer Insuffizienz gezeigt. Bei jedem Atemzug wird ein unterschiedlicher Atemwegsdruck pvn erzeugt, wobei der Mittelwert 8 der Un- terstützungsdruckwerte pvn mit den Atemwegsspitzendruckwerten von herkömmlichen Beatmungsverfahren verglichen werden kann. Um den Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren zur variablen Druckunterstützungsbeatmung und den herkömmlichen Beatmungsverfahren zu verdeutlichen, wird in der Fig. 4 der Verlauf des nahezu konstanten Atemweg- drucks pK, der über ca. 35 Sekunden aufgezeichnet ist, gezeigt. Er unterscheidet sich vom Verlauf des Atemwegsdrucks pVn während der erfindungsgemäßen variablen Druckunterstützungsbeatmung am gleichen Modell nach Fig. 5.
Der Mittelwert 8 des Unterstützungsdrucks in Fig. 5 und der mittlere Unterstüt- zungsdruck 8' in Fig. 4 sind bei den beiden Beatmungsverfahren nahezu identisch, jedoch führt die variable Druckunterstützungsbeatmung in Fig.5 zu einem besseren Gasaustausch und zu einer besseren Lungenmechanik, was ein Vergleich zwischen den Parametern Dehnbarkeit (eng. elastance) in mbar/l und Widerstand (engl, resistance) in mbar/l/s in der Lunge eines Probanden zeigt. Bei gleich hoch eingestellten mittlerem Unterstützungsdrücken 8' in Fig.4 und Mittelwert 8 in Fig.5 sind in Fig.5 bei erfindungsgemäßer variabler Druckunterstützungsbeatmung wesentlich höhere Atemzugsvolumen Vτ (250ml), wesentlich niedrigere Parameter der Lungendehnbarkeit (Elastance = 75mbar/l) und Atemwegswiderstände (Resistance = 9mbar/l/s) möglich. PaO2 und PaCO2 sowie der pH-Wert sind Blutgaswerte des Probanden, die in Fig. 4 und Fig. 5 gleiche Werte aufweisen, wobei PaO2 der arterielle Sauerstoff-Partialdruck und PaCO2 der arterielle Kohlendioxid-Partikeldruck ist.
Die in Fig. 6 dargestellte Beatmungseinrichtung 20 zur druckunterstützten Spon- tanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung enthält einen Beat- mungsanschluss 21 , wobei die Beatmung mittels des Beatmungsanschlusses 21 und einer daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung 20 erfolgt und wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Beatmungs- anschluss 21 auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau 1 - entsprechend dem Atemwegsspitzendruck - und einem unteren Niveau 2 - entsprechend dem endexspiratorischen Atemwegsdruck - bei einem Unterstützungsdruck durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß enthält die Beatmungseinrichtung 20 einen Druck-/Strömungs- Generator 22, einen Druck-/Strömungssensor 23 sowie einen Computer 24 mit mindestens einem Speicher 25, wobei in dem Speicher 25 des Computers 24 mindestens ein Variationsmuster des Unterstützungsdruckes nach einer vorgegebenen Verteilung gespeichert ist, und/oder programmtechnische Mittel im Computer 24 vorhanden sind, die während des Betriebes der Beatmungseinrichtung 20 das Va- riationsmuster für eine variable Druckunterstützungsbeatmung generieren, wobei die zugehörigen Atemwegsdruckwerte Pvn mit n = 1,2,3,... ,m einen zeitabhängigen, definierten Mittelwert bilden und wobei der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 auf einem unteren Niveau mit p0 = const. konstant gehalten als auch während der Beatmung mit p0 ≠ const. = pov variabel einstellbar ist.
Bei einer zugehörigen Variante - der Variante 1 - mit dem internen Computer 24 allein werden z.B. die erfindungsgemäßen, zu erzeugenden Unterstützungsdruckwerte aus dem internen Speicher 25 abgefragt bzw. durch den Computer 24 selbst generiert.
Ebenso können in einem zweiten in die Beatmungseinrichtung 20 integrierbaren externen Computer 26 auch die Variationsmuster des Unterstützungsdruckes in einem seiner externen Speicher 27 enthalten sein, mit dem die zweite Variante der variablen Druckunterstützungsbeatmung durchgeführt werden kann.
Bei der Variante mit dem externen Computer 26 - Variante 2 - kann dieser als so genannter Hauptcomputer, der den internen Computer 24 der Beatmungseinrichtung 20 ständig nach dem Beginn eines Atemzuges abfragt und die Höhe des Unterstützungsdrucks liefert, ausgebildet sein. Der Druck- bzw. Strömungs-Generator 22 ist für die Erzeugung des vorgegebenen Atemwegsdrucks Pv verantwortlich, und der/die Druck- bzw. Strömungssensor/en 23 überwacht/überwachen das Atemmuster ständig.
Das in Fig. 7 dargestellte Flussdiagramm mit Schrittfolge zeigt die Abfolge von Ereignissen im Rahmen der erfindungsgemäßen variablen Druckunterstützungsbeatmung mit einer in Bezug auf die Beatmungseinrichtung 20 externen bzw. internen Kontrolle des Variationsmusters. Die internen Sensoren 23 der Beatmungseinrichtung 20 überwachen den Strö- mungs- und Atemwegsdruck. Anhand von Triggerkriterien wird erkannt, wann der Patient mit der Einatmung beginnt, d.h. wenn bereits oder noch Druckänderungs- und/oder Strömungssignale vorhanden sind, woraufhin die Beatmungseinrichtung 20 mit einer computervorgegebenen variablen Druckunterstützung reagiert. Das Niveau der variablen Druckunterstützung kann nach Variante 2 mit dem externen Computer 26 dem internen Computer 24 der Beatmungseinrichtung 20 übertragen und nach Variante 1 durch den eigenen internen Computer 24 generiert bzw. aus dem Speicher 25 abgerufen werden. Die Schrittfolge besteht in Folgendem: Im Überwachungsschritt 30 erfolgt eine Druck-/Strömungsüberwachung durch die Beatmungseinrichtung 20. Im Triggerungsschritt 31 wird über den Druck- oder Strömungssensor die Atembemühung in Form von Druckänderungs- und/oder Strömungssignalen erkannt und nach Überschreiten der Triggerschwelle ein Signal dem internen oder externen Computer 24,26 zugeführt. Sollte die Triggerschwelle nicht überschritten werden, so wird die Überwachung latent weitergeführt. Im Ab- frageschritt 32, der von der Triggerung ausgelöst wird, erfolgen Abfragen über die nächste Druckunterstützung, aus deren Folge im Beatmungsmusterausgabeschritt 33 das Beatmungsmuster aus einem zutreffenden Speicher 25,27 freigegeben wird. Im Festlegungsschritt 34 wird die Signalisierung der variablen Druckunterstützung mit dem übernommenen Beatmungsmuster ausgegeben, so dass im Erzeugungs- schritt 35 die variable Druckunterstützung erzeugt wird und über den Beatmungs- anschluss 21 die variable Druckunterstützungsbeatmung durchgeführt wird. Die drei Schritte 33,34,35 werden in einem Modul 36 zur Lieferung der Druckunterstützungsniveaus abgearbeitet, das ein Teil entweder des internen Computers 24 oder des externen Computers 26 ist.
Mit der Erfindung können als deren Folge eine Senkung der Mortalität durch eine Verbesserung der respiratorischen Funktion, eine schnellere Entwöhnung der Patienten von der mechanischen Beatmung sowie kürzere Aufenthaltszeiten von Patienten auf der Intensivstation erreicht werden.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Lungenfunktion in Bezug auf den Gasaustausch, d.h. der arteriellen Oxygenierung bzw. Cθ2-Elimination der mechanischen Eigenschaften der Lungen, z.B. des Widerstandes und der Dehnbarkeit sowie der Reduktion der Atemarbeit verbessert werden.
Bezugszeichen liste
1 oberes Druckniveau
2 unteres Druckniveau
3 Druckschwankungen durch Spontanatmung 4 Trigger
5 konstanter oberer Druckwert
6 Seufzer
7 konstanter unterer Druckwert
8 Mittelwert 8' mittlerer Unterstützungsdruckwert
20 Beatmungseinrichtung
21 Beatmungsanschluss
22 Druck- bzw. Strömungs-Generator
23 Druck- bzw. Strömungssensor/en 24 Interner Computer
25 Interner Speicher
26 Externer Computer
27 Externer Speicher 30 Überwachungsschritt 31 Triggerungsschritt
32 Abfrageschritt
33 Beatmungsmusterausgabeschritt
34 Festlegungsschritt
35 Erzeugungsschritt 36 Modul zur Lieferung der Druckunterstützungsniveaus
Pv Atemwegsdruck po endexspiratorischer Atemwegsdruck pov variabler endexspiratorischer Atemwegsdruck
Vτ Atemzugvolumen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung, wobei die Beatmung mittels eines Beatmungsanschlus- ses und einer daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Be- atmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau - entsprechend einem Atemwegsspitzendruck - und einem unteren Niveau - entsprechend einem endexspiratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Spontanatmung eine variable Druckunterstützungsbeatmung mittels eines Variationsmusters des Atemwegsdrucks pvn mit n = 1,2,3,...,m von Atemzug zu Atemzug in der Beatmungseinrichtung (20) durch- geführt wird, wobei das Variationsmuster des Atemwegsdruckes pvn nach einer vorgegebenen Verteilung festgelegt und mittels eines Computers (24,26) gesteuert wird und wobei die Werte des Atemwegsdrucks pvn einen zeitabhängigen, vorgegebenen Mittelwert (8) bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 (2) der variablen Druckunterstützungsbeatmung sowohl mit p0 = const. konstant gehalten als auch während der Beatmung mit p0 ≠ const. = pov variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels programmtechnischer Mittel im Computer (24,26) als vorgegebenes Variationsmuster eine Zufallsreihenfolge über einen Zufallsdruckwertegene- rator eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels programmtechnischer Mittel im Computer (24,26) das vorgegebene Variationsmuster fraktal ausgebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels programmtechnischer Mittel im Computer (24,26) das vorgegebene Variationsmuster nach einer beliebigen Verteilung oder einer Reihenfolge von absoluten Werten ausgebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung einer variablen Druckunterstützungsbeatmung bei jedem Atemzug ein unterschiedlicher Atemwegsdruck erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten zugehörigen Variante der variablen Druckunterstützungsbeatmung mit einem internen Computer (24) allein die zu erzeugenden Atemwegsdruckwerte pVn mit n = 1,2,3,...,m aus einem internen Speicher (25) abgefragt oder durch den Computer (24) selbst generiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der variablen Druckunterstützungsbeatmung mit einer in Bezug auf die Beatmungseinrichtung (20) externen bzw. internen Kontrolle des Variationsmusters interne Sensoren (23) der Beatmungseinrichtung (20) die Atemwegsströmung und/oder der Atemwegsdruck überwachen, wobei anhand von Trig- gerkriterien innerhalb von programmtechnischen Mitteln eine Erkennung durchgeführt wird, wann eine Inspiration in Form mindestens eines Druckänderungs- und/oder Strömungssignals vorhanden ist, worauf die Beatmungseinrichtung (20) mit einer computervorgegebenen variablen Druckunterstützungsbeatmung reagiert.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Druckunterstützung folgende Schritte aufweist:
- Im ersten Überwachungsschritt (30) erfolgt eine Druck-/Strömungsüberwa- chung durch die Beatmungseinrichtung (20), - im Triggerungsschritt (31) wird mittels mindestens eines Druckänderungs- und/oder Strömungssignals der Druck- oder Strömungstrigger aktiviert, dessen Signale dem internen oder externen Computer (24,26) zugeführt werden, wobei bei fehlender Auslösung des Triggers, die Überwachung von Druck- und Strömungsänderungen im Bereich des Beatmungsanschlusses (21) latent weitergeführt wird,
- im Abfrageschritt (32), der die Triggerung auslöst, erfolgen Abfragen über die nächste Druckunterstützung, aus deren Folge im Beatmungsmusterausgabe- schritt (33) das Beatmungsvariationsmuster aus einem zutreffenden Speicher (25,27) freigegeben wird, - im Festlegungsschritt (34) wird die Signalisierung der Druckunterstützung mit dem übernommenen Beatmungsvariationsmuster ausgegeben,
- im Erzeugungsschritt (35) wird die variable Druckunterstützung erzeugt und über den Beatmungsanschluss (21) die variable Druckunterstützungsbeatmung durchgeführt, wobei die letzten drei Schritte (33,34,35) in einem Modul (36) zur Lieferung der
Druckunterstützungsniveaus, das entweder dem internen Computer (24) oder dem externen Computer (26) zugeordnet ist, abgearbeitet werden.
10. Beatmungseinrichtung zur druckunterstützten Spontanatmung auf der Basis einer Druckunterstützungsbeatmung mit einem Beatmungsanschluss, wobei die
Beatmung mittels des Beatmungsanschlusses und der daran angeschlossenen computerintegrierten Beatmungseinrichtung erfolgt und wobei eine druckunterstützende Gasübertragung über den Beatmungsanschluss auf zwei unterschiedlichen Atemwegsdruckniveaus mit einem oberen Niveau - entsprechend einem Atemwegsspitzendruck - und einem unteren Niveau - entsprechend ei- nem endexspiratorischen Atemwegsdruck - durchgeführt wird, nach dem Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beatmungseinrichtung (20) einen Druck-/Strömungs-Generator (22), mindestens einen Druck-/Strömungssensor (23) sowie mindestens einen Com- puter (24,26) mit mindestens einem Speicher (25,27) enthält, wobei in dem
Speicher (25,27) des Computers (24,26) mindestens ein Variationsmuster des Unterstützungsdruckes nach einer vorgegebenen Verteilung gespeichert ist, und/oder programmtechnische Mittel im Computer (24,26) vorhanden sind, die während des Betriebes der Beatmungseinrichtung (20) das Variationsmuster für eine variable Druckunterstützungsbeatmung generieren, wobei die zugehörigen Atemwegsdruckwerte pvn mit n = 1,2,3,...,m einen zeitabhängigen, definierten Mittelwert bilden und wobei der endexspiratorische Atemwegsdruck p0 auf einem unteren Niveau mit p0 ≠ const. = pov variabel oder mit p0 = const. konstant einstellbar ist.
11. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise in einem in die Beatmungseinrichtung (20) integrierbaren externen Computer (26) auch Variationsmuster des Unterstützungsdruckes in ei- nem seiner externen Speicher (27) enthalten sind, mit dem eine zweite extern vorbereitete Variante der variablen Druckunterstützungsbeatmung durchführbar ist.
12. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten Variante mit dem externen Computer (26) dieser als Hauptcomputer eingesetzt ist, der den internen Computer (24) der Beatmungseinrichtung (20) ständig nach dem Beginn eines Atemzuges abfragt und die Höhen der zu erzeugenden Atemwegsdruckniveaus pvn des Unterstützungs- drucks liefert.
13. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Druck- bzw. Strömungs-Generator (22), der für die Erzeugung des vorgegebenen Atemwegsdrucks pvn verantwortlich ist, und Druck- bzw.
Strömungssensoren (23) enthält, welche die variable Druckunterstützungsbeatmung ständig überwachen.
14. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (36) zur Lieferung der Druckunterstützungsniveaus für die variable Druckunterstützungsbeatmung vorhanden ist, das entweder dem internen Computer (24) oder dem externen Computer (26) zugeordnet ist.
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