Konzepte zur Automatisierung der Beatmung

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1 EINE FRAGE DER EINSTELLUNG - Konzepte zur Automatisierung der Beatmung Prof. Dr. Roland C. Francis Klinik für Anästhesiologie m. S. operative Intensivmedizin Campus Virchow-Klinikum Campus Charité Mitte

2 Komplikationsrate Risiko der Beatmung Beatmungsfälle p.a. Sterblichkeit nach Langzeitbeatmung > 14d Damuth et al. Lancet Respir Med % bei Krankenhausentlassung 59% nach 1 Jahr n = Mio. Operationen p.a. Komplikationen nach intraoperativer Beatmung IMPROVE Study. Futier et al. NEJM 2013 Tage Nicht-protektive Beatmung n= 200 protektive Beatmung n= 200

3 Ist Low Tidal Volume implementiert? Multizentrische prospektive Observationsstudie 459 Intensivstationen Bellani G. Lung Safe Study. JAMA 2016

4 Protokolladhärenz Protokolladhärenz Kuck et al. Anesth Analg 2017

5 Protokolladhärenz und Fehlerursache Ich war müde Ich habe es vergessen Ich war abgelenkt Ich war gestresst Ich hatte keine Zeit

6 Zielparameter für automatisierte Beatmungseinstellung FIO 2 PEEP RR, Vt, Pinsp, MV I:E PS Trigger-Sensitivität

7 FIO 2 Controller J Clin Monit Comput 2002.

8 FIO 2 Controller Tehrani. J Clin Monit Comput 2002.

9 Oszillationen SpO 2 FIO 2 PaO 2 PaCO 2 Tehrani. J Clin Monit Comput 2002.

10 Algorithmen Patienten-individuelle Sollwerte und Grenzwerte SpO 2 Alarmeinheit Proportional-integralderivative Algorithmus Regler Rapid step-wise Algorithmus FIO 2 Regelungssignal zum Gasmischer Alarme

11 Features Closed-loop FIO 2 Controller Rapid/slow change rapid/slow response Minimierung von Steady State Oszillationen Overshoot/Undershoot < 25% Signal-Artefakt Detektion Alarmsystem Tehrani. J Clin Monit Comput 2002.

12 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 12

13 Saihi et al. Crit Care 2014 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 13

14 Regler Aktuator Pat. Sensor 1. SIMV, PSV Einfaches Closed-Loop 2./3. ASV, ATC Regel-basierte Automatisierung

15 Beatmungsmodi Manual Targeting Zielvorgaben Der Anwender definiert die Zielvorgaben Servo Targeting Automatic Targeting Keine statischen Zielvorgaben Beatmungsgerät folgt dynamischen Signalen Beatmungsgerät folgt mathematischen Modellen oder wissensbasierten Algorithmen Chatburn EL Respir Care 2011;56(1):85 98.

16 Automatische Beatmungssysteme Beispiele Adaptive support ventilation (ASV) SmartCare/PS Pressure regulated volume control (Volumengarantie) Proportional pressure support ventilation (PPS) Proportional assist ventilation (PAV) Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA)

17 Regel zur Anpassung von RR und V T Adaptive Support Ventilation Tassaux et al. Crit Care Med 2002 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 17

18 SmartCare/PS Regeln Comfort Zone AF 15-30/min V T >300 ml P et CO2 <55 mmhg Automatischer Spontanatmungsversuch (SBT) Empfehlung zur Extubation consider separation Dojat M et al. Int J Clin Monit Comput 1992 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 18

19 Rose L et al. Crit Care 2015

20 Dauer des Weanings SmartCare/PS -0,33 P=0,008 ASV -0,03 P=0,50 Andere -0,54 P=0,09 Gesamt -0,36 P=0,02 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 20

21 ABER Automatisierte Protokolle zur Entwöhnung von der invasiven maschinellen Beatmung sind gleich effektiv in Bezug auf Krankenhaus LOS Mortalität

22 Potentiale Automatische Beatmungssysteme Evidenzbasierte Closed-loop Algorithmen konzipieren Automatisierung für Beatmung und Weaning entwickeln Automatisierte Beatmung krankheitsphasen- und sektorenübergreifend anwendbar machen

23 Automatisieren einer Strategie Closed-loop -Automatisierung einer Beatmungsstrategie Pomprapa et al. Crit Care 2014 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 23

24 Open Lung - automatisiert J Clin Monit Comput 2017 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 24

25 Fortschritt Closed-loop Pomprapa et al. Crit Care 2014 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 25

26 Closed-loop System zur ARDS-Therapie Pomprapa et al. Crit Care 2014 U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 26

27 Atemwegsdruck Closed-loop - Open Lung Modus V T = 6 ml / kg PBW Rekrutierung Reduktion FIO 2 bis SpO 2 unterer Zielbereich Reduktion PEEP bis SpO 2 unter Zielbereich Rekrutierung PIP PEEP critical closing PEEP PEEP > closing PEEP Schwaiberger D, Pickerodt PA et al. J Clin Monit Comput U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 27

28 Closed-loop : ARDSnet vs. Open Lung Schwaiberger D, Pickerodt PA et al. J Clin Monit Comput U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 28

29 Closed-loop : ARDSnet vs. Open Lung Schwaiberger D, Pickerodt PA et al. J Clin Monit Comput U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 29

30 Driving Pressure P=V T /C RS Driving Pressure berücksichtigt die funktionelle Lungengröße Posthoc Observationsanalyse n=3562 Patienten aus 9 RCTs Amato M. NEJM 2015

31 Automatisierte Lungenprotektion? SOLVe System zur automatisierten lungenprotektiven Beatmung Physiologisch basierte, geschlossene Regelkreise KMU-innovativ U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 31

32 SOLVe individualisierte Beatmung Erfassen und Verarbeiten physiologischer Messdaten Integrierte Sensor- und Analysetechnik Lungenprotektive Strategie Systemintegration U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 32

33 SOLVe lungenprotektive Strategie Automatisiert und individualisiert V T skalieren Niedriges P Rekrutieren? Rekrutierbarkeit feststellen PEEP titrieren Ptp berücksichtigen Weaning, SBTs FIO 2 Controller Multi-Controller U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N 33

34 Lungenprotektive Beatmung Implementierungsbarrieren Fehlerursachen Neue Beatmungsmodi Einfache Closed-loop Systeme Komplexe Closed-loop Systeme: Dynamische Zielvariablen Automatisierung Intelligente Beatmung Teilweise verbessertes Outcome (weaning) Weiterentwicklung der Automatisierung Beatmungsstrategien statt Beatmungsmodi Lungenprotektion Am Horizont Vollständige Closed-Loop Systeme für Therapie und Entwöhnung Krankheitsphasen- und sektorenübergreifend