DE10041005C1 - Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät - Google Patents
Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem AnästhesiegerätInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit einer Frischgasdosiereinheit (14) und einem Drucksensor (17) im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung (1) im Inspirationszweig und einem PEEP/P¶MAX¶-Ventil (7) im Exspirationszweig, wobei die Frischgasdosiereinheit (14), der Drucksensor (17), die Volumenverschiebeeinrichtung (1) und das PEEP/P¶MAX¶-Ventil (7) mit einer Auswerte- und Steuereinmheit (15) verbunden sind. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnelle Konzentrationsänderung des zugeführten Anästhesiemittels oder Frischgases im Atemkreislauf ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand am Anästhesiegerät herbeizuführen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung (1), entweder unter Steuerung der Frischgaszufuhr oder unter Steuerung der Rückfahrgeschwindigkeit der Volumenverschiebeeinrichtung (1). Die Spülung erfolgt simultan zum regulären Beatmungsbetrieb des Anästhesiegeräts, der volumenkontrolliert oder druckkontrolliert erfolgen kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem
Anästhesiegerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und 2.
Bei Anästhesiegeräten, die eine Volumenverschiebeeinrichtung als
Atemgasfördereinheit für das beim Patienten zu applizierende Tidalvolumen
besitzen, tritt das Problem auf, dass insbesondere bei kleinen
Atemminutenvolumina, das heißt bei kleinen Volumenverschiebungen pro
Minute, abgekürzt AMV, eine Änderung der Anästhesiemittel- oder
Frischgaskonzentration nur sehr langsam zum Patienten gelangt. Ursache
dafür ist, dass sich das neu zugeführte Anästhesiemittel oder Frischgas
nicht sofort gleichmäßig im gesamten Atemkreislauf des Anästhesiegeräts
verteilt, sondern sich Gassegmente mit der neuen Konzentration,
bestehend aus Anästhesiemittel, Frischgas und einem gewissen Anteil an
ausgeatmeten Gas, allmählich mit jedem Inspirationshub durch den
Inspirationszweig des Atemkreislaufs zum Patienten bewegen. Die
Gassegmente mit der neuen Konzentration bewegen sich dabei mit einer
zum Atemminutenvolumen proportionalen Geschwindigkeit zum Patienten.
Bei sehr kleinen zu applizierenden Tidalvolumina, wie sie etwa bei der
Neonatenbeatmung auftreten, und auch bei fangen Schläuchen kann es
mehrere Minuten dauern, bevor die Konzentrationsänderung im
Atemkreislauf am Mundstück zum Patienten festgestellt werden kann.
Durch eine Erhöhung der Frischgaszufuhr, worunter im folgenden auch
Anästhesiemittel enthaltendes Frischgas verstanden werden soll, lässt sich
dieser Vorgang nicht beschleunigen, da Anästhesiegeräte mit
Volumenverschiebeeinrichtung in der Regel frischgasentkoppelt arbeiten.
Wird die Frischgaszufuhr erhöht, so fließt der das Atemminutenvolumen
übersteigende Teil der Frischgaszufuhr ungenutzt über die
Narkosegasfortleitung ab, ohne dass es zu einer schnellen
Konzentrationsänderung am Mundstück zum Patienten kommt.
In der DE 40 04 034 C2 wird ein Anästhesiebeatmungsgerät mit einem
Ventilator als Atemgasfördereinheit beschrieben, mit dem eine geänderte
Sollwertvorgabe eines Anästhesiegasbestandteils zeitoptimiert einstellbar
ist. Dabei wird der Regelkreis für die Systemparameter des Atemkreislaufs
für eine bestimmte Zeitspanne aufgetrennt, während der Atemkreislauf mit
dem zu ändernden Anästhesiegas geflutet werden kann. Erst bei Erreichen
eines Konzentrationswertes nahe dem einzustellenden neuen Sollwert wird
der Regelkreis wieder geschlossen, wodurch der Regler die Dosiereinheit
des betreffenden Anästhesiegases zur Einstellung des neuen Sollwerts
beeinflusst.
Als Nachteil bei dem bekannten Anästhesiebeatmungsgerät erweist sich,
dass eine aufwendige Regelschaltung erforderlich ist, mit deren Hilfe eine
geänderte Anästhesiegaskonzentration im Atemkreislauf herbeigeführt
werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand eine schnelle
Konzentrationsänderung des zugeführten Anästhesiemittels oder
Frischgases im Atemkreislauf eines Anästhesiegeräts herbeigeführt werden
kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den in den
unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass eine
Konzentrationsänderung bei der Frischgaszufuhr sehr schnell, das heißt
innerhalb von einem bis drei Beatmungszyklen, beim Patienten angelangt,
und zwar durch einen Spülvorgang während des regulären Betriebs des
Anästhesiegeräts, an das der Patient angeschlossen ist.
Wahlweise kann die Spülung einer Volumenverschiebeeinrichtung, die das
zu applizierende Tidalvolumen zum Patienten verschiebt, durch vollständige
Frischgasbefüllung entweder unter Steuerung der Frischgaszufuhr gemäß
Schritt b) des Patentanspruchs 1 oder unter Steuerung der Geschwindigkeit
gemäß Schritt b) des Patentanspruchs 2, mit der die
Volumenverschiebeeinrichtung für die Frischgasbefüllung zurückgefahren
wird, vorgenommen werden. In beiden Fällen werden Frischgaszufuhr und
Rückfahrgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt, dass die
Volumenverschiebeeinrichtung vollständig mit Frischgas befüllt wird, wobei
möglichst wenig Frischgas über die Narkosegasfortleitung ungenutzt
verlorengeht.
Neben der Volumenverschiebeeinrichtung kann auch der Absorber gespült
werden. Je nachdem, ob er sich wie die Volumenverschiebeeinrichtung im
Inspirationszweig des Atemkreislaufs oder an anderer Stelle im
Atemkreislauf befindet, muss er im ersten Fall anschließend nach der
Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung gespült werden oder kann im
zweiten Fall bereits simultan gespült werden, wodurch das gesamte
Verfahren zeitlich verkürzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus vielfältig einsetzbar,
nämlich sowohl bei druckkontrollierter als auch bei volumenkontrollierter
Beatmung, bei letzterer ist lediglich ein zusätzlicher Verfahrensschritt
voranzustellen, in dem der endinspiratorische Druck im Atemkreislauf
gemessen und gespeichert wird, damit im letzten Schritt ein Maximaldruck
vorgegeben ist, unter dem die Volumenverschiebeeinrichtung vorgefahren
wird. Die Verwendungsmöglichkeit erstreckt sich auf Volumenverschiebe
einrichtungen, die das Volumen sowohl in ihrem vorderen Verfahrbereich
als auch in ihrem hinteren Verfahrbereich verschieben.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Figur zeigt ein Anästhesiegerät, das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben werden kann. Eine Volumenverschiebeeinrichtung 1
verschiebt das zu applizierende Tidalvolumen in einen Atemkreislauf mit
einem ersten Rückschlagventil 2 zur Frischgasentkopplung und zweiten
und dritten Rückschlagventilen 3 und 8 zur Richtungsvorgabe im
Atemkreislauf. Das zu einem Patienten 5 verschobene Tidalvolumen wird
mit einem ersten Volumenstromsensor 4 gemessen, und das vom Patienten
5 ausgeatmete Volumen an Atemgas wird mit einem zweiten
Volumenstromsensor 6 gemessen. Um während der Inspirationsphase den
Atemkreislauf nach außen abzudichten und den für die Applikation des
Tidalvolumens notwendigen Aufbau des Atemgasdrucks zu erzielen, wird
ein PEEP/PMAX Ventil 7 (PEEP als Abkürzung für positive endexpiratory
pressure) verwendet, das inspiratorisch einen Stelldruck in Höhe eines
vorgegebenen Drucks PMAX und exspiratorisch einen Steildruck in Höhe des
PEEP besitzt und somit geschlossen ist, solange der Druck des Atemgases
im Atemkreislauf unterhalb des Stelldrucks liegt. PMAX ist dabei ein vom
Anwender eingestellter Sicherheitsdruck, der im Nomalbetrieb nicht erreicht
wird. Der Atemwegsdruck wird mit einem Drucksensor 17 gemessen. Das
Kohlendioxid in dem vom Patienten 5 ausgeatmeten Volumen an Atemgas
wird von einem Absorber 12 aus dem Atemkreislauf entfernt, und Frischgas
wird über die Frischgasdosiereinheit 14 zugeführt. Die
Frischgasdosiereinheit 14, die Volumenverschiebeeinrichtung 1, der
Drucksensor 17, das PEEP/PMAX-Ventil 7, die Volumenstromsensoren 4
und 6 und ein Umschaltventil 9 sind mit einer Auswerte- und Steuereinheit
15 verbunden. Das Umschaltventil 9 dient der Umschaltung zwischen
automatischer Beatmung einerseits und manueller oder spontaner
Beatmung andererseits. Bei der manuellen Beatmung wird der erforderliche
Atemgasdruck im Atemkreislauf über einen Handbeatmungsbeutel 13
erzeugt und über ein Druckbegrenzungsventil 10
nach oben beschränkt. Das Druckbegrenzungsventil 10 verfügt über einen
integrierten Umschalter, mit dem eine Bypassleitung für die Spontanatmung
geschlossen werden kann. Ein viertes Rückschlagventil 11 verhindert, dass
bei mangelnder Frischgaszufuhr bei Beatmung über den
Handbeatmungsbeutel 13 ober bei Spontanatmung und daraus
resultierendem Unterdruck im Atemkreislauf ausgeatmetes Atemgas aus
einer Narkosegasfortleitung 16 vom Patienten 5 zurückgesaugt werden
kann. Als Volumenverschiebeeinrichtung 1 sind beispielsweise denkbar
eine Kolbenpumpe, ein Faltenbalg, ein Beutel oder eine Membrankammer.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird für einen volumenkontrollierten
Beatmungszyklus erklärt. Die Anwendung auf druckkontrollierte Beatmung
erfolgt analog mit dem einzigen Unterschied, dass ein maximaler
Beatmungsdruck bei der druckkontrollierten Beatmung automatisch
vorgegeben ist, während er bei der volumenkontrollierten Beatmung in
einem gesonderten ersten Schritt eingestellt werden muß.
In einem ersten Schritt wird vom Drucksensor 17 der endinspiratorische
Druck im Atemkreislauf gemessen, auch Plateaudruck genannt, den die
Auswerte- und Steuereinheit 15 als den oben erwähnten maximalen
Beatmungsdruck speichert.
Daraufhin wird der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1 während
der Exspirationsphase von seiner normalen Beatmungsposition, die das zu
applizierende Tidalvolumen am oberen Ende des Verfahrbereichs der
Volumenverschiebeeinrichtung 1 dosiert, vollständig zurückgefahren.
Gleichzeitig wird die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit 14
über die Auswerte- und Steuereinheit 15 so erhöht, dass eine vollständige
Befüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 mit dem von der
Frischgasdosiereinheit 14 zugeführten Frischgas gewährleistet ist. Bei
diesem zweiten Schritt handelt es sich um die vollständige
Frischgasbefüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 unter Steuerung
der Frischgaszufuhr.
Alternativ dazu erfolgt die vollständige Frischgasbefüllung der
Volumenverschiebeeinrichtung 1 unter Steuerung der
Kolbenrückfahrgeschwindigkeit. Dabei wird die Frischgaszufuhr von der
Frischgasdosiereinheit 14 auf die maximale dosierbare Menge eingestellt
und gleichzeitig der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1, gesteuert
von der Auswerte- und Steuereinheit 15, mit der sich aus der
Frischgaszufuhr ergebenden Geschwindigkeit zurückgefahren. Das
bedeutet, dass der Kolben so schnell zurückfährt, dass das gesamte, von
der Frischgasdosiereinheit 14 zugeführte Frischgas von der
Volumenverschiebeeinrichtung 1 aufgenommen wird, ohne dass Frischgas
über die Narkosegasfortleitung 16 ungenutzt abgeht.
In einem dritten Schritt, mit Beginn der Inspirationsphase, wird das
PEEP/PMAX-Ventil 7 von der Auswerte- und Steuereinheit 15 auf den im
ersten Schritt vom Drucksensor 17 gemessenen und von der Auswerte- und
Steuereinheit 15 gespeicherten maximalen Beatmungsdruck (Plateaudruck)
eingestellt, und der Kolben der Volumenverschiebeeinrichtung 1 wird von
seiner unteren Endposition, in der die Volumenverschiebeeinrichtung 1
vollständig mit Frischgas gefüllt ist, auf die obere Endposition vorgefahren,
in der das gesamte Frischgas aus der Volumenverschiebeeinrichtung 1
herausgeschoben wurde. Dabei wird genau das Volumen an Frischgas zum
Patienten 5 verschoben, das dem zu applizierenden Tidalvolumen
entspricht. Der Atemwegsdruck im Atemkreislauf wird dabei durch den am
PEEP/PMAX-Ventil 7 eingestellten Plateaudruck nach oben begrenzt. Das
überschüssige Frischgasvolumen wird über das PEEP/PMAX-Ventil 7 in die
Narkosegasfortleitung 16 gedrückt und von dort weggeleitet.
Gleichzeitig wird im dritten Schritt die Frischgaszufuhr von der
Frischgasdosiereinheit 14, gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit
15, zur Spülung des Absorbers 12, der in etwa ein Gasvolumen von 1,5
Litern aufnehmen kann, gewährleistet. Gegebenenfalls muss die
Zeitspanne für den dritten Schritt verlängert werden, damit der Absorber 12
mit dem zugeführten Frischgas vollständig gespült wird.
Wird dieses, aus den drei erläuterten Schritten bestehende Verfahren auf
eine Volumenverschiebeeinrichtung 1 angewendet, bei der das
Frischgasvolumen nicht im vorderen, sondern im hinteren Verfahrbereich
der Volumenverschiebeeinrichtung 1 verschoben wird, so muss vor der
Befüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 mit Frischgas diese einmal
komplett nach der im dritten Schritt beschriebenen Vorgehensweise geleert
werden.
In diesem Fall hat das erfindungsgemäße Verfahren nicht die Dauer von
einem Beatmungszyklus, sondern von eineinhalb Beatmungszyklen.
Desweiteren muss bei einem Anästhesiegerät mit einem Atemkreislauf, bei
dem sich sowohl die Volumenverschiebeeinrichtung 1 als auch der
Absorber 12 im Inspirationszweig befinden, das oben beschriebene
Verfahren, zeitlich aufeinanderfolgend, zweimal durchgeführt werden:
einmal zur Spülung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 und einmal zur
Spülung des Absorbers 12. Denn im Gegensatz zum oben beschriebenen
dritten Schritt des Verfahrens kann der Absorber 12 nicht zeitlich simultan
zur Entleerung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 gespült werden, wenn
er sich ebenfalls im Inspirationszweig befindet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, innerhalb von einem
oder zwei, gegebenenfalls verlängerten Beatmungszyklen den
Atemkreislauf, umfassend die Volumenverschiebeeinrichtung 1, den
Absorber 12 und die Schläuche des Atemkreislaufs, zu spülen, so dass
eine Konzentrationsänderung bei den Bestandteilen des Frischgases über
das zu applizierende Tidalvolumen sehr schnell zum Patienten 5 gelangt.
Darüber hinaus ist die Menge an Frischgas, die man bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zum Spülen des Atemkreislaufs benötigt,
minimal.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgendem Zahlenbeispiel
veranschaulicht:
Bei Betrieb eines Anästhesiegeräts mit einem (vergleichsweise geringen)
Atemminutenvolumen von 3,75 Litern pro Minute und einer Frischgaszufuhr
von der Frischgasdosiereinheit 14 in Höhe von 4 Litern pro Minute dauert
es in etwa 250 Sekunden, bis ein Wechsel der Sauerstoffkonzentration von
21% auf 100% im Frischgas zum Patienten 5 gelangt. Wendet man das
erfindungsgemäße Verfahren an, wobei die Frischgasdosiereinheit 14 im
zweiten Schritt auf die maximal dosierbare Menge von 18 Litern pro Minute
eingestellt wird und die Kolbenrückfahrgeschwindigkeit der
Volumenverschiebeeinrichtung 1 entsprechend gesteuert wird, so benötigt
man für die Frischgasbefüllung der Volumenverschiebeeinrichtung 1 im
zweiten Schritt 4,7 Sekunden und für das "Ausdrücken" der
Volumenverschiebeeinrichtung 1 im sich anschließenden dritten Schritt in
etwa 3 Sekunden, für die Durchführung des gesamten Verfahrens also in
etwa 8 Sekunden. Selbst wenn man davon ausgeht, dass ein
Beatmungszyklus nicht ausreicht, um den Atemkreislauf komplett zu spülen
und man sicherheitshalber in drei Beatmungszyklen spült, erreicht man die
gewünschte Konzentrationsänderung in ungefähr 24 Sekunden, in weniger
als einem Zehntel der herkömmlich benötigten Zeit von 250 Sekunden.
Claims (7)
1. Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit
einem Atemkreislauf, bestehend aus einem Inspirationszweig und
einem Exspirationszweig, mit einer Frischgasdosiereinheit und einem
Drucksensor im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung
im Inspirationszweig und einem PEEP/PMAX-Ventil im
Exspirationszweig, wobei die Frischgasdosiereinheit, der Drucksensor,
die Volumenverschiebeeinrichtung und das PEEP/PMAX-Ventil mit einer
Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind, gekennzeichnet durch die
Schritte:
- a) Die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig zurückgefahren, und gleichzeitig wird die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit (14) über die Auswerte- und Steuereinheit (15) so erhöht, dass die Volumenverschiebeeinrichtung (1) vollständig mit dem zugeführten Frischgas befüllt wird,
- b) die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig vorgefahren, wobei im Atemkreislauf ein am PEEP/PMAX-Ventil (7) vorgegebener, eingestellter Druck nicht überschritten wird.
2. Verfahren zur Konzentrationsänderung bei einem Anästhesiegerät mit
einem Atemkreislauf, bestehend aus einem Inspirationszweig und
einem Exspirationszweig, mit einer Frischgasdosiereinheit und einem
Drucksensor im Atemkreislauf, mit einer Volumenverschiebeeinrichtung
im Inspirationszweig und einem PEEP/PMAX-Ventil im Exspirations
zweig,
wobei die Frischgasdosiereinheit, der Drucksensor, die Volumenverschiebeeinrichtung und das PEEP/PMAX-Ventil mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
wobei die Frischgasdosiereinheit, der Drucksensor, die Volumenverschiebeeinrichtung und das PEEP/PMAX-Ventil mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
- a) Die Frischgaszufuhr von der Frischgasdosiereinheit (14) wird auf die maximal dosierbare Menge eingestellt, und gleichzeitig wird die Volumenverschiebeeinrichtung (1), gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit (15), mit einer Geschwindigkeit zurückgefahren, so dass das gesamte, von der Frischgasdosiereinheit (14) zugeführte Frischgas von der Volumenverschiebeeinrichtung (1) aufgenommen wird,
- b) die Volumenverschiebeeinrichtung (1) wird vollständig vorgefahren, wobei im Atemkreislauf ein am PEEP/PMAX-Ventil (7) vorgegebener, eingestellter Druck nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
am PEEP/PMAX-Ventil (7) eingestellte vorgegebene Druck der zuvor
vom Drucksensor (17) im Atemkreislauf gemessene und von der
Auswerte- und Steuereinheit (15) gespeicherte endinspiratorische
Druck ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass ein im Atemkreislauf, aber nicht im Inspirationszweig befindlicher
Absorber (12) im zweiten Schritt b) gleichzeitig mit Frischgas von der
Frischgasdosiereinheit (14) gespült wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass ein im Inspirationszweig befindlicher Absorber (12) in einem
zusätzlichen Schritt im Anschluss an den zweiten Schritt b) mit
Frischgas von der Frischgasdosiereinheit (14) gespült wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Volumenverschiebeeinrichtung (1) in einem zusätzlichen, vor
dem ersten Schritt a) durchzuführenden Schritt vollständig vorgefahren
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass als Volumenverschiebeeinrichtung (1) eine Kolbenpumpe, ein
Faltenbalg, ein Beutel oder eine Membrankammer verwendet wird.
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