Optimal respirator settings in assisted respiration

Abstract

An analysis of assisted respiration, based on a linear, first-order lung model, has been performed using rectangular, sine and ramp input pressure waveforms. The results of the analysis have been applied to predict optimal respirator settings. The criterion of a simultaneous minimisation of the average alveolar pressure and ventilatory work per minute has been used for designing the respirator. The choice of the input pressure waveform is optimised on the basis of minimum work done by the patient. Respirator design parameters have been presented for normal adults with varying degrees of spontaneous effort, respiratory rate and rectangular, sine and ramp input pressure waveforms. The designs can be readily modified for patients with a variety of respiratory diseases.

Sommaire

En utilisant en entrée des formes d'onde de pression de forme rectangulaire, sinusoïdale ou en rampe, on a analysé la respiration assistée en se basant sur un modèle linéaire de poumons de premier ordre. Les résultats de l'analyse ont été appliqués de façon à déterminer les réglages optimum d'un respirateur. Pour mettre au point le respirateur, on a utilisé comme critère la minimisation simultanée de la pression alvéolaire moyenne et le travail ventilatoire par minute. Le choix de la forme d'onde de pression à l'entrée est optimisée sur la base d'un travail minimum effectué par le patient. Les paramètres de conception des respirateurs ont été présentés pour des adultes normaux avec divers degrés d'effort spontanés, de rythme de respiration et des formes d'onde de pression à l'entrée de forme rectangulaire, sinusoïdale ou en rampe. Les paramètres d'étude peuvent être modifiés rapidement dans le cas de patients ayant diverses maladies respiratoires.

Zusammenfassung

Eine Untersuchung von Atemhilfen auf der Grundlage eines linearen Lungenmodelles erster Ordnung wurde unter Verwendung von Eingangsdruckwellen in Rechteck-, Sinus- und Sägezahnform vorgenommen. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden zur Vorausbestimmung der optimalen Respiratoreinstellungen verwendet. Der Konstruktion des Respirators wurde das Kriterium gleichzeitiger äußerster Herabsetzung des durchschnittlichen Alveolardruckes und der Atemarbeit pro Minute zugrunde gelegt. Die Wahl der Eingangsdruck-Wellenform wird optimal gestaltet, da der Patient so wenig wie möglich arbeitet. Die Parameter für die Respiratorkonstruktion wurden für normale Erwachsene mit verschiedenen Graden spontaner Anstrengung, Atemgeschwindigkeit und Eingangsdruckwellen in Rechteck-, Sinus- und Sägezahnform vorgelegt. Die Konstruktion läßt sich ohne weiteres auf Patienten mit verschiedensten Erkrankungen der Atemwege umstellen.