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Dokumentenidentifikation DE60204336T2 26.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001435836
Titel ATEMFUNKTIONSANALYSE MITTELS KAPNOGRAPHIE
Anmelder MEDTRONIC PHYSIO-CONTROL CORP., Redmond, Wash., US
Erfinder HAMPTON, R., David, Woodinville, US;
KRAUSS, S., Baruch, Brookline, US
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 60204336
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.10.2002
EP-Aktenzeichen 027841006
WO-Anmeldetag 15.10.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/32775
WO-Veröffentlichungsnummer 0003032831
WO-Veröffentlichungsdatum 24.04.2003
EP-Offenlegungsdatum 14.07.2004
EP date of grant 25.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.01.2006
IPC-Hauptklasse A61B 5/083(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft medizinische Vorrichtungen und insbesondere medizinische Vorrichtungen zur Diagnose, Überwachung und/oder Behandlung von Atmungszuständen.

HINTERGRUND

Jeden Tag suchen Patienten mit Atemproblemen medizinische Hilfe. In solchen Fällen können die Patienten über Kurzatmigkeit klagen, sie haben jedoch möglicherweise keine Vorstellung von der Ursache für den Zustand. Viele Fälle von Kurzatmigkeit fallen in zwei allgemeine Kategorien von Atembeschwerden.

Eine Kategorie von Atembeschwerden, die zu Kurzatmigkeit führen können, ist die obstruktive Lungenkrankheit. Ein Patient mit obstruktiver Lungenkrankheit leidet an einer Verengung der Atemwege, die zu den Lungenalveolen führen. Diese Verengung, die häufig durch entzündliche Reaktionen hervorgerufen wird, führt dazu, dass der Patient nur noch in reduziertem Maße die Alveolen ventilieren kann, da durch die verengten Atemwege die Höchstgeschwindigkeit des Luftstroms durch die Atemwege reduziert wird. Chronische obstruktive Lungenkrankheiten, wie z.B. Asthma, Bronchitis und Emphyseme, sind einige der Beschwerden, die zu einer Verengung der Atemwege führen können.

Eine zweite Kategorie von Atembeschwerden, die zu Kurzatmigkeit führen können, ist die restriktive Lungenkrankheit. Die restriktive Lungenkrankheit ist durch eine Reduzierung des Gesamt-Gasaustauschbereichs in den Lungen gekennzeichnet. Eine restriktive Lungenkrankheit kann temporärer Natur sein, wie z.B. ein kurzfristiges Füllen der Alveolen mit Flüssigkeit, oder länger dauern, wie z.B. bei einer Fibrose, die verhindert, dass sich die Alveolen beim Einatmen erweitern. Eine restriktive Lungenkrankheit kann auch durch kongestive Herzinsuffizienz hervorgerufen werden, die zu einem Lungenödem führt.

Wenn ein Patient über Atembeschwerden klagt, ist es für Mediziner schwierig, schnell festzustellen, ob das Problem obstruktive oder restriktive Ursachen hat. Die Symptome sind bei beiden Zuständen im wesentlichen gleich. Die Krankengeschichte des Patienten hilft möglicherweise nicht, oder der Patient ist möglicherweise aufgrund seines Alters aufgrund oder von Sprachbarrieren nicht in der Lage, die Krankengeschichte zu nennen.

Zur Erstellung einer zuverlässigen Diagnose einer obstruktiven Lungenkrankheit oder einer restriktiven Lungenkrankheit verwenden Ärzte häufig ein Spirometer. Ein Spirometer ist eine Vorrichtung zum Messen des Luftstroms und -volumens beim Ein- und Ausatmen. Der Patient atmet auf Anweisung eines Mediziners in eine Vorrichtung. Die in einem Spirogramm aufgezeichneten Messungen können zum Unterscheiden zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit verwendet werden.

Die Spirometrie hat jedoch auch Nachteile. Erstens stehen Spriometer Medizinern, die einen Patienten außerhalb eines Krankenhauses behandeln, selten zur Verfügung. Viele Notärzte sind nicht in der Spirometrie ausgebildet. Häufig dauert es einige Zeit, bis ein Patient zu einem Spirometer und zu einem in der Spirometrie ausgebildeten Mediziner gebracht ist, und die Behandlung des Patienten kann dringend sein. Atemprobleme können lebensbedrohlich sein, wenn sie nicht genau diagnostiziert und unverzüglich behandelt werden.

Zweitens ist es für die Erstellung eines korrekten Spirogramms erforderlich, dass der Patient sich bemüht, den Anweisungen des Mediziners zu folgen, wie z.B. Anweisungen, soviel Luft wie möglich einzuatmen, so stark wie möglich auszuatmen und soviel Atemluft wie möglich auszustoßen. Kurzatmige Patienten sind möglicherweise nicht in der Lage, den Anweisungen zu folgen. Kleine Kinder haben ebenfalls Probleme mit einem System, das von ihren Bemühungen abhängig ist.

Da die obstruktive Lungenkrankheit und die restriktive Lungenkrankheit mit unterschiedlichen Verfahren und unterschiedlichen Medikamenten behandelt werden, ist die Unterscheidung zwischen den Zuständen wichtig. Die Risiken, die bei einer Fehldiagnose auftreten, sind groß. Ein Patient, der beispielsweise an kongestiver Herzinsuffizienz leidet, bei dem jedoch fälschlicherweise eine chronische obstruktive Lungenkrankheit diagnostiziert wird, kann mit einem Beta-Agonist falsch behandelt werden. Die Beta-Agonist-Therapie kann den myokardialen Sauerstoffverbrauch beträchtlich erhöhen und die Ischämie bei diesem Patienten verschlimmern.

ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK

Generell betrifft die Erfindung Techniken zum schnellen und zuverlässigen Unterscheiden zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit. Ferner betrifft die Erfindung Techniken zum Überwachen der Reaktion des Patienten auf die Behandlung des Zustands.

Zum Unterscheiden zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit wird bei der Erfindung die Konzentration an Kohlenstoffdioxid in dem Atem des Patienten gemessen. Eine Vorrichtung, wie z.B. ein Kapnograph, kann für diese Messungen verwendet werden, und die von dem Kapnographen durchgeführten Messungen werden als Kapnogramm bezeichnet. Der Kapnograph erfasst die Konzentration an Kohlenstoffdioxid bei jeder Ausatmung.

Bei einem typischen Kapnogramm steigt die Kohlenstoffdioxidkonzentration mit Beginn der Ausatmung durch den Patienten. Die Kohlenstoffdioxidkonzentration erreicht ein Plateau und fällt dann nach Beendigung der Ausatmung durch den Patienten ab. Die Form der Kurve, die der Kohlenstoffdioxidkonzentration folgt, korreliert mit dem Ventilierungsstatus des Patienten. Insbesondere können die Messungen der Kohlenstoffdioxidkonzentration zum Unterscheiden zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Gassensor zum Messen der Konzentration an Kohlenstoffdioxid in dem ausgestoßenen Atem eines Patienten und einem Prozessor zum Unterscheiden zwischen einer obstruktiven Lungenkrankheit und einer restriktiven Lungenkrankheit anhand der Messung bereit. Die Vorrichtung weist normalerweise eine Ausgabevorrichtung auf, die die Unterscheidung anzeigt.

Die Erfindung kann zahlreiche Vorteile bieten. Beispielsweise liefert die Erfindung schnell Informationen an einen Mediziner bezüglich der Behandlung des Patienten. Bei einem Ausführungsbeispiel unterscheidet die Erfindung schnell und zuverlässig zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit, ohne dass dafür ein Spirometer erforderlich ist. Ferner können anders als ein Spirometer die erfindungsgemäßen Techniken für Patienten von Vorteil sein, die nicht in der Lage sind, den Anweisungen bezüglich des Atmens zu folgen. Ferner kann die Erfindung klein und tragbar ausgeführt sein und kann von einem Notarzt zu dem Patienten gebracht werden. Folglich ist der Ventilierungsstatus des Patienten schnell feststellbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A zeigt eine grafische und eine schematische Darstellung eines Kapnogramms und eines Atmungszustands eines normalen Patienten im Vergleich zu 1B und 1C;

1B zeigt eine grafische und eine schematische Darstellung eines Kapnogramms und eines Atmungszustands eines Patienten mit einer obstruktiven Lungenkrankheit;

1C zeigt eine grafische und eine schematische Darstellung eines Kapnogramms und eines Atmungszustands eines Patienten mit einer restriktiven Lungenkrankheit;

2A zeigt eine grafische Darstellung eines Kapnogramms eines Patienten mit einer obstruktiven Lungenkrankheit;

2B zeigt eine grafische Darstellung eines Kapnogramms eines Patienten mit einer restriktiven Lungenkrankheit;

3 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Techniken zum Anwenden der Kapnographie zum Analysieren der Atmungszustände;

5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Techniken zum Anwenden der Kapnographie zum Überwachen der Atmungszustände nach der Behandlung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

1A, 1B und 1C zeigen eine Reihe von drei grafischen Darstellungen 10, 20 und 30, jeweils mit einer schematischen Darstellung einer Alveole 14. Die grafische Darstellung 20 zeigt ein repräsentatives Kapnogramm eines Patienten mit obstruktiver Lungenkrankheit, und die grafische Darstellung 30 zeigt ein repräsentatives Kapnogramm eines Patienten mit restriktiver Lungenkrankheit. Die Kapnogramme 20 und 30 sind mit Bezug auf ein Kapnogramm 10 eines normalen Patienten, d.h. eines Patienten ohne wesentliche Lungenkrankheit, gezeigt.

Die in Zusammenhang mit den Kapnogrammen 10, 20, 30 dargestellten Alveolen zeigen den Zustand des Patienten. Jede Alveole 14 weist einen dünnwandigen inflatierbaren Beutel 18 und einen Atemweg 16 auf. Die in Zusammenhang mit dem Kapnogramm 20 dargestellte Alveole zeigt Blockierungen 24 in dem Atemweg 16. Der Beutel 18 kann in der Lage sein, sich zu erweitern und einen Gasaustausch durchzuführen, das Ausstoßen von Gas aus dem Beutel 18 wird jedoch von den Blockierungen 24 behindert, durch die sich das Lumen des Atemwegs 16 verengt. Die Blockierungen 24 für die obstruktive Lungenkrankheit kennzeichnend.

Die in Zusammenhang mit dem Kapnogramm 30 dargestellte Alveole zeigt eine Einengung 34 in dem Beutel 18, die für die restriktive Lungenkrankheit kennzeichnend ist. Die Einengung 34 kann verhindern, dass sich der Beutel 18 erweitert oder kann den von dem Beutel 18 durchgeführten Gasaustausch beschränken. Der Atemweg 16 ist frei, wodurch ein ungehindertes Ausstoßen von Atemluft möglich ist, die Einengung 34 beschränkt jedoch das Gasvolumen in der Atemluft.

Die Kapnogramme 10, 20 und 30 zeigten Verläufe 12, 22 und 32, die die gemessene Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atemluft als Funktion der Zeit darstellen. Jeder Verlauf 12, 22 und 32 zeigt, wie die Konzentration an Kohlenstoffdioxid ansteigt, ein Plateau erreicht und abfällt. Die Formen der Verläufe 12, 22 und 32 sind jedoch unterschiedlich. Wie nachstehend genauer dargestellt, kann eine Analyse der Formen der Verläufe 22 und 32 zur Unterscheidung zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit verwendet werden.

Der Verlauf 22 von einem Patienten mit obstruktiver Lungenkrankheit zeigt einen allmählicheren Anstieg der Steigung der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Vergleich zu den Verläufen 12 und 32 von einem normalen Patienten bzw. einem Patienten mit restriktiver Lungenkrankheit. Der allmählichere Anstieg wird dadurch bewirkt, dass der Patient wegen der Blockierungen 24 nicht in der Lage ist, schnell auszuatmen. Der Patient ventiliert in angemessener Weise, da der Beutel 18 frei ist, der Patient ist jedoch nicht in der Lage, den Inhalt des Beutels 18 leicht durch den Atemweg 16 auszustoßen.

Die Steigung des Verlaufs 32 von einem Patienten mit restriktiver Lungenkrankheit zeigt einen steilen Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Vergleich zu dem Verlauf 22, jedoch einen fast normalen Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Vergleich zu dem Verlauf 12. Ein Patient mit restriktiver Lungenkrankheit weist eine Einengung 34 in dem Beutel 18, jedoch keine Blockierungen auf, die das Ausstoßen von Kohlenstoffdioxid behindern, so dass der Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration anfangs normal oder fast normal ist. Die Kohlenstoffdioxidkonzentration des Verlaufs 32 erreicht jedoch sein Plateau bei einer geringeren Konzentration im Vergleich zu den Verläufen 12 und 22, wodurch angezeigt wird, dass der Patient weniger angemessen ventiliert als der normale Patient und der Patient mit obstruktiver Lungenkrankheit.

2A und 2B zeigen eine detailliertere Analyse der Kapnogramme 20 und 30. Wenn ein Patient zunächst auszuatmen beginnt, ist die Kohlenstoffdioxidkonzentration in dem ersten Teil der Atemluft vernachlässigbar. Die ersten ausgeatmeten Gase enthalten im wesentlichen Luft aus einem so genannten "Totraum", d.h. der Luftröhre, den Bronchien und anderen Strukturen in den Lunge, in denen kein Gasaustausch stattfindet. Bei einem typischen Patienten beträgt das Totraumvolumen ungefähr 150 ml. Wenn Gase aus den Alveolen zusammen mit der aus dem Totraum stammenden Luft ausgeatmet werden, steigt die Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atemluft an. Wenn die Totraumgase zum großen Teil ausgeatmet sind, fängt die Konzentration an Kohlenstoffdioxid an, ein Plateau zu erreichen. Das Plateau ist typischerweise nicht eben.

Wenn die Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atemluft anzusteigen beginnt, kann der Konzentrationsanstieg ungefähr durch eine Gerade dargestellt werden. Die Gerade kann die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks bilden. Beim Verlauf 22 bildet der Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration ungefähr die Hypotenuse 42 eines rechtwinkligen Dreiecks 40, und beim Verlauf 32 bildet der Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration ungefähr die Hypotenuse 52 eines rechtwinkligen Dreiecks 50.

Die Basis 46 des Dreiecks 40 stellt die Dauer des Anstiegs der Kohlenstoffdioxidkonzentration dar, d.h. die ungefähre Zeit, die es dauert, bis die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atemluft eines Patienten mit obstruktiver Lungenkrankheit ein Plateau erreicht. Die Höhe 44 des Dreiecks 40 repräsentiert die Kohlenstoffdioxidkonzentration bei Erreichen des Plateaus. Ähnlich repräsentiert bei einem Patienten mit restriktiver Lungenkrankheit die Basis 56 die Dauer des Anstiegs der Kohlenstoffdioxidkonzentration und repräsentiert die Höhe 54 die Kohlenstoffdioxidkonzentration bei Erreichen des Plateaus.

Viele der Größen stehen zueinander in Beziehung und andere Größen können durch Anwendung der Trigonometrie abgeleitet werden. Beispielsweise können die Flächen der Dreiecke 40 und 50 berechnet und die Längen der Hypotenusen 42 und 52 bestimmt werden. Die Anstiegsrate der Kohlenstoffdioxidkonzentration kann ebenfalls mittels der Ableitung des Anfangs der Verläufe 22 und 32 bestimmt werden, wodurch ein Anstieg dargestellt wird.

Ferner können die Anstiegswinkel 48 und 58 festgestellt werden. Die Anstiegswinkel 48 und 58 sind ein Maß für den Anstieg der Hypotenusen 42 und 52 und sind davon abhängig, wie schnell die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atemluft ansteigt. Obwohl die Anstiegswinkel 48 und 58 mittels der Trigonometrie von anderen Messungen abgeleitet werden können, können die Anstiegswinkel 48 und 58 ferner unabhängig von anderen Parametern direkt gemessen werden.

Wie durch den Verlauf 22 gezeigt, benötigt ein Patient mit obstruktiver Lungenkrankheit eine längere Zeit als ein Patient mit restriktiver Lungenkrankheit, um die Totraumluft auszustoßen. Dies ist durch den allmählicheren Anstieg der Hypotenuse 42 gegenüber der Hypotenuse 52 dargestellt. Der allmähliche Anstieg der Hypotenuse 42 ist ein Anzeichen für eine obstruktive Lungenkrankheit, da der allmähliche Anstieg anzeigt, dass der Patient eine längere Zeit benötigt, um Gas mit einem hohen Kohlenstoffdioxidgehalt aus seinen Alveolen herauszubewegen.

Im Gegensatz dazu ist der Anstieg der Hypotenuse 52 wesentlich steiler als der der Hypotenuse 42. Der steile Anstieg der Hypotenuse 52 ist kein Anzeichen für eine obstruktive Lungenkrankheit, da er ein schnelles Ausstoßen von Gas mit hohem Kohlenstoffdioxidgehalt aus den Alveolen anzeigt. Die Erstreckung der Hypotenuse 52, die Höhe 54 und die Basis 56 sind jedoch im Vergleich zu den entsprechenden Teilen des Dreiecks 40 klein. Ein weiteres Maß für den Unterschied ist die Fläche des Dreiecks 50, die wesentlich kleiner ist als die Fläche des Dreiecks 40. Die kleinere Fläche des Dreiecks 50 ist ein Anzeichen für eine restriktive Lungenkrankheit, da der Patient an einem eingeschränkten Gasaustausch leidet und kein so großes Volumen an Gas mit einem hohen Kohlenstoffdioxidgehalt aus den Alveolen ausstoßen kann.

Bei Anwendung von Analysetechniken, wie z.B. der oben genannten, kann die anfängliche Kohlenstoffdioxidkonzentration in der vom Patienten ausgeatmeten Luft zum Unterscheiden zwischen einer obstruktiven Lungenkrankheit und einer restriktiven Lungenkrankheit verwendet werden. Ein Patient mit einer obstruktiven Lungenkrankheit stößt Kohlenstoffdioxid langsamer, jedoch in größerem Volumen aus als ein Patient mit restriktiver Lungenkrankheit.

Wichtig ist, dass die Kapnogramme 20 und 30 nicht von den Bemühungen seitens des Patienten abhängig zu sein brauchen. Anders als Spirogramme, bei denen der Patient einen Befehlssatz befolgen muss, können die Kapnogramme 20 und 30 aufgenommen werden, während der Patient so unbeschwert atmet wie möglich, ohne dass der Patient Atmungsanweisungen befolgen muss. Die Klarheit der Verläufe 22 und 32 kann verbessert werden, wenn der Patient in der Lage ist, einfache Atmungsanweisungen eines Mediziners zu befolgen, das Befolgen von Anweisungen ist jedoch nicht erfindungswesentlich.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 70 zum Durchführen der Erfindung. Das System 70 weist eine Ansaugvorrichtung 72 auf. Der Patient atmet in die Ansaugvorrichtung 72 aus, bei der es sich um eine Nasenkanüle oder eine Maske handeln kann. Die von dem Patienten ausgestoßene Atemluft läuft durch ein Rohr 74 zu einem Gassensor 76, der die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atemluft misst. Der Gassensor 76 kann Teil eines Kapnographen sein. Der Gassensor 76 kann die Kohlenstoffdioxidkonzentration unter Anwendungen von Techniken, wie z.B. der Infrarot-Detektion, bei der Veränderungen der Konzentration in Echtzeit festgestellt werden können, messen.

Der Gassensor 76 leitet die Messdaten 90 an ein Tiefpassfilter 78 weiter, das ein Aliasing verhindert. Das Filter 78 leitet die gefilterten Messdaten 92 an einen Analog-Digital-Konverter 80 weiter, der die gefilterten analogen Messdaten 92 in digitale Messdaten 94 konvertiert. Ein Prozessor 82 empfängt die digitalen Messdaten 94. Die digitalen Messdaten 94 können in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 84 gespeichert werden.

Anhand der digitalen Messdaten 94 bewertet der Prozessor 82 über einen Zeitraum die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atemluft des Patienten. Der Prozessor 82 kann zum Beispiel Verläufe, wie z.B. die in 2A und 2B gezeigten Verläufe 22 oder 32, erstellen und Dreiecke, wie z.B. die Dreiecke 40 oder 50, ableiten. Der Prozessor 82 kann Größen, wie z.B. die Dauer der Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration oder des Anstiegswinkels, feststellen. Anhand solcher Größen kann der Prozessor 82 feststellen, ob die Daten eine Diagnose hinsichtlich einer obstruktiven Lungenkrankheit oder ein restriktiven Lungenkrankheit stützen.

Der Prozessor 82 kann beispielsweise die Dauer des stetigen Anstiegs der Kohlenstoffdioxidkonzentration messen. Eine lange Dauer ist ein Anzeichen für obstruktive Lungenkrankheit, und eine kurze Dauer ist ein Anzeichen für restriktive Lungenkrankheit. Entsprechend kann der Prozessor 82 feststellen, dass der Patient wahrscheinlich an obstruktiver Lungenkrankheit leidet, wenn die Dauer eine Schwellendauer überschreitet, und er kann feststellen, dass der Patient wahrscheinlich an restriktiver Lungenkrankheit leidet, wenn die Dauer die Schwellendauer unterschreitet.

Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor 82 die Anstiegsrate der Kohlenstoffdioxidkonzentration messen. Die Anstiegsrate ist zum Beispiel durch die Steilheit der Hypotenuse der Steigung oder durch die Größe des Anstiegswinkels oder beides quantifizierbar. Der Prozessor 82 kann feststellen, dass der Patient wahrscheinlich an obstruktiver Lungenkrankheit leidet, wenn die Anstiegsrate kleiner ist als eine Schwellenrate, und er kann feststellen, dass der Patient wahrscheinlich an restriktiver Lungenkrankheit leidet, wenn die Anstiegsrate größer ist als die Schwellenrate.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Analyse kann der Prozessor 82 die digitalen Messdaten 94 mit einer oder mehreren Kennlinien vergleichen. Ein Speicher, wie z.B. ein Festwertspeicher (ROM) 86, kann Daten speichern, die für obstruktive Lungenkrankheit charakteristisch sind, und kann Daten speichern, die für restriktive Lungenkrankheit charakteristisch sind. Der Prozessor 82 kann die Messdaten der Kohlenstoffdioxidkonzentration des Patienten mit den Kennlinien korrelieren. Wenn die Korrelation einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann der Prozessor 82 feststellen, dass die Daten eine Diagnose hinsichtlich obstruktiver Lungenkrankheit oder restriktiver Lungenkrankheit stützen.

Zusätzlich zu der Feststellung, ob der Patient eher an obstruktiver Lungenkrankheit oder restriktiver Lungenkrankheit leidet, kann der Prozessor 82 ferner die Schwere des Zustands beurteilen. Der Prozessor 82 kann beispielsweise einen schweren Fall von obstruktiver Lungenkrankheit anzeigen, wenn der Anstiegswinkel 48 unter einem spezifischen Wert liegt, wodurch angezeigt wird, dass der Patient extreme Schwierigkeiten beim Anstoßen seiner Atemluft hat. Das Maß der Schwere kann ebenfalls angezeigt werden, wie z.B. "kritisch", "moderat" und "mild".

Der Prozessor 82 zeigt dem Mediziner die Ergebnisse der Analyse über eine Eingangs-/Ausgangs- (I/O-) Vorrichtung 88 an. Die I/O-Vorrichtung 88 kann beispielsweise einen Bildschirm, auf dem Text oder grafische Darstellungen abgebildet werden, oder mehrere Leuchtdioden aufweisen. Der Prozessor 82 kann eine Analyse, wie z.B. "Die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der von dem Patienten ausgestoßenen Atemluft zeigt eine größere Wahrscheinlichkeit von obstruktiver Lungenkrankheit als restriktiver Lungenkrankheit an" oder "Die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der von dem Patienten ausgestoßenen Atemluft zeigt eine große Wahrscheinlichkeit von obstruktiver Lungenkrankheit an", erstellen. Der Prozessor 82 kann ferner die Schwere des Zustands und/oder den Verlauf der Kohlenstoffdioxidkonzentration anzeigen. Ferner kann der Prozessor 82 auf der Basis der Analyse eine geeignete Behandlung vorschlagen.

Im Gegensatz zu einem Spirometer kann das System 70 klein und leicht zu transportieren sein. Entsprechend kann das System 70 in Erste-Hilfe-Paketen für öffentliche Orte, wie z.B. Flughäfen und Gesundheitsclubs, enthalten sein oder kann von einem Notarzt zu dem Patienten transportiert werden. Ferner kann das System 70 anders als ein Spirometer sehr schnell Anleitungen zur Behandlung des Patienten geben und braucht nicht von den Bemühungen seitens des Patienten abhängig zu sein.

Der Aufbau des Systems 70 ist ein Beispiel für ein System, das zum Durchführen der Erfindung verwendet werden kann, die Erfindung ist jedoch nicht auf das dargestellte System beschränkt. Beispielsweise können die digitalen Messdaten 94 über ein (in 3 nicht gezeigtes) Direkt-Speicherzugriffs-Modul statt über den Prozessor 82 zu dem RAM 84 geliefert werden. Der ROM 86 kann einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) aufweisen. Bei der I/O-Vorrichtung 88 kann es sich um eine von mehreren Eingabe- und/oder Ausgabevorrichtungen handeln. Die Erfindung deckt alle diese Varianten ab.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung bei einer beispielhaften Anwendung, wie z.B. dem Fall, in dem ein Patient an Kurzatmigkeit leidet. Das System 70 nimmt die von dem Patienten ausgestoßene Atemluft über eine Ansaugvorrichtung 72 auf (100). Der Gassensor 76 misst die Kohlenstoffdioxidkonzentration (102) und zeigt dem Prozessor 82 die Messdaten an.

Zusätzlich zu den Messungen der Kohlenstoffdioxidkonzentration unterstützt das System 70 das Feststellen der Art des Zustands und unterstützt ferner die Anleitung zur Behandlung des Patienten. Bei einer typischen Anwendung analysiert der Prozessor 82 die Messungen über die Zeit (104) unter Anwendung von Techniken, wie z.B. der oben beschriebenen, und prüft, ob die Daten die Feststellung, dass eine Lungenkrankheit vorliegt, stützen (106). Wenn die Daten die Feststellung stützen, dass eine obstruktive Lungenkrankheit vorliegt, kann der Prozessor 82 dies über die I/O-Vorrichtung 88 anzeigen (108). Auf im wesentlichen gleiche Weise kann, wenn die Daten die Feststellung stützen, dass eine restriktive Lungenkrankheit vorliegt, der Prozessor 82 dies anzeigen (110). In einigen Fällen stützen die Daten möglicherweise keinen der beiden Fälle, und der Prozessor 82 kann dies anzeigen (112).

Der Prozessor 82 kann ferner zusätzliche Informationen (114) liefern, die als Anleitung zur Behandlung des Patienten dienen können. Beispielsweise kann der Prozessor 82 die Schwere des Zustands anzeigen oder ein Medikament für den Zustand vorschlagen oder empfehlen, dass die Messungen wiederholt werden oder vorschlagen, dass der Patient angewiesen wird, auf bestimmte Weise zu atmen.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung, wie die Erfindung zum Überwachen der Effektivität der Behandlung implementiert werden kann. In einigen Fällen, wie z.B. bei der Behandlung einiger Formen von Asthma, bewirkt eine korrekte Behandlung eine prompte Verbesserung des Zustands des Patienten, und diese Verbesserung kann überwacht werden. Das System 70 nimmt die von einem Patienten ausgestoßene Atemluft über die Ansaugvorrichtung 72 auf (120), der Gassensor 76 misst die Kohlenstoffdioxidkonzentration (122) und der Prozessor 82 analysiert die Messdaten (124). Statt die Feststellung einer Lungenkrankheit anzuzeigen, überwacht der Prozessor 82 Veränderungen des Zustands des Patienten und zeigt die Veränderungen über die I/O-Vorrichtung 88 an. Auf diese Weise kann die Erfindung dazu verwendet werden, das Ansprechen des Patienten auf die Behandlung zu beobachten.

Es sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Diese Ausführungsformen erläutern die Durchführung der Erfindung. Verschiedene Modifikationen an den Vorrichtungen und Verfahren können durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise braucht die Erfindung nicht als selbständige Vorrichtung ausgeführt zu sein, sondern kann mit einer Vorrichtung kombiniert sein, die andere Diagnose- oder Behandlungsfunktionen ausführt. Ähnlich braucht die Efindung nicht als Verfahren ausgeführt zu sein, bei dem nur die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atemluft analysiert wird, sondern kann andere diagnostische Messungen umfassen, wie z.B. Messungen der Herzfrequenz, Atemfrequenz, Blutdruck, Elektrokardiogramm und Anreicherung des Bluts mit Sauerstoff.

Bei weiteren Ausführungsformen können Kapnogramme von mehreren Atmungsvorgängen verwendet werden und können die Kapnogramme durch Anwendung von Techniken, wie z.B. der Mittelwertbildung, verarbeitet werden.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung mit:

    einem Gassensor zum Messen der Konzentration an Kohlenstoffdioxid in dem ausgestoßenen Atem eines Patienten; und

    einem Prozessor zum Unterscheiden zwischen einer obstruktiven Lungenkrankheit und einer restriktiven Lungenkrankheit anhand der Messung.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Ausgabevorrichtung zum Informieren über den Unterschied.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Ansaugeinrichtung zum Leiten des ausgestoßenen Atems vom Patienten zum Gassensor.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, ferner mit einem Analog-/Digitalkonverter zum Konvertieren analoger Messwerte vom Gassensor in digitale Werte, wobei der Prozessor zum Unterscheiden zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit die digitalen Werte analysiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, ferner mit einem Kapnographen, der den Gassensor aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, bei der der Gassensor einen Infrarotsensor aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, bei der der Prozessor anhand der Messung mittels folgender Schritte zwischen obstruktiver Lungenkrankheit und restriktiver Lungenkrankheit unterscheidet:

    Messen der Dauer eines stetigen Anstiegs der Kohlenstoffdioxidkonzentration;

    Feststellen des Vorliegens einer obstruktiven Lungenkrankheit, wenn die Dauer eine Schwellendauer überschreitet; und

    Feststellen des Vorliegens einer restriktiven Lungenkrankheit, wenn die Dauer eine Schwellendauer unterschreitet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, bei der der Prozessor anhand der Messung mittels folgender Schritte zwischen einer obstruktiven Lungenkrankheit und einer restriktiven Lungenkrankheit unterscheidet:

    Messen der Anstiegsrate der Kohlenstoffdioxidkonzentration;

    Feststellen des Vorliegens einer obstruktiven Lungenkrankheit, wenn die Anstiegsrate eine Schwellenrate unterschreitet; und

    Feststellen des Vorliegens einer restriktiven Lungenkrankheit, wenn die Anstiegsrate eine Schwellenrate überschreitet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, bei der der Prozessor anhand der Messung mittels folgender Schritte zwischen einer obstruktiven Lungenkrankheit und einer restriktiven Lungenkrankheit unterscheidet:

    Messen der Kohlenstoffdioxidkonzentration als Funktion der Zeit;

    Vergleichen der Messung der Kohlenstoffdioxidkonzentration als Funktion der Zeit mit einer Kennlinie; und

    Feststellen des Vorliegens einer obstruktiven Lungenkrankheit, wenn die Korrelation der Messung der Kohlenstoffdioxidkonzentration als Funktion der Zeit mit der Kennlinie einen Schwellenwert überschreitet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, bei der der ausgestoßene Atem des Patienten ein erster Atem ist und der Prozessor für folgendes vorgesehen ist:

    Messen einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem zweiten ausgestoßenen Atem des Patienten nach der Behandlung;

    Auswerten einer Veränderung der Kohlenstoffdioxidkonzentration zwischen dem ersten Atem und dem zweiten Atem.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, bei der der Prozessor zum Behandeln des Patienten anhand des Unterschieds vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, bei der der Prozessor zum Empfehlen einer Behandlung des Patienten anhand des Unterschieds vorgesehen ist.
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