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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie
schlafbezogener Atmungsstörungen.
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Schlafbezogene
Atmungsstörungen,
insbesondere in Verbindung mit Obstruktionen im Bereich der oberen
Atemwege können
in vielen Fällen
auf physiologisch gut verträgliche
Weise durch eine Überdruckbeatmung
therapiert werden. Diese allgemein als CPAP-Therapie bezeichnete Überdruckbeatmung
basiert auf dem Effekt einer durch den Überdruck erreichten pneumatischen
Schienung der oberen Atemwege, wodurch die Obstruktionsanfälligkeit in
diesem Atemwegsbereich vermindert wird. Um eine möglichst
hohe physiologische Verträglichkeit der
CPAP-Therapie zu
gewährleisten,
ist man bestrebt, den Beatmungsdruck möglichst gering zu halten.
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Günstige Beatmungsdruckpegel
können
bislang entweder durch den Patienten selbst gewählt werden oder beispielsweise
auch unter ärztlicher
Betreuung im Rahmen des Aufenthalts des Patienten in einem Schlaflabor
ermittelt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß sowohl
die vom Patienten selbst gewählten,
als auch die im Rahmen des Aufenthalts in einem Schlaflabor ermittelten
Therapiedrücke
teilweise deutlich über
dem für
den überwiegenden
Teil der Schlafphase erforderlichen Beatmungsdruckpegeln liegen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
durch welche der erforderliche Therapiedruck präziser ermittelt werden kann.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
zu schaffen, durch welche, bzgl. einer Überdruckbeatmung, eine auf
die physiologischen Bedürfnisse
des Patienten verbessert abgestimmte Überdruckbeatmung ermöglicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie schlafbezogener Atmungsstörungen mit
einer Fördereinrichtung
zur Förderung
eines Atemgases zu einem Patienten unter einem definiert veränderbaren
Beatmungsdruck, einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Beatmungsdruckes,
Einrichtungen zur Erfassung von hinsichtlich des momentanen physiologischen
Zustands indikativen und im Zusammenhang mit der Atemgassäule abgreifbaren
Meßwerten,
wobei die Steuereinrichtung mit einer weiteren Erfassungseinrichtung
operativ verbunden ist, zur Berücksichtigung
wenigstens eines weiteren außerhalb
der Atemgassäule
abgegriffenen, hinsichtlich des physiologischen Zustands des Patienten
indikativen Signales.
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Dadurch
wird es auf vorteilhafte Weise möglich,
den Atemgasdruck in erheblich verbesserter Weise auf die physiologischen
Bedürfnisse
des Patienten abzustimmen.
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Gem.
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die weitere Erfassungseinrichtung derart ausgebildet,
daß diese
die neurale Aktivität
des Patienten erfaßt.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
die neurale Aktivität
des Patienten durch die hirnelektrischen Potentiale des Patienten
erfaßt.
Die hirnelektrische Aktivität
des Patienten kann gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch frontal plazierte Elektroden ermittelt werden. Diese
Elektroden können
beispielsweise, wie in der auf die Anmelderin zurückgehenden
Patentanmeldung
DE
199 56 841.3 , erläutert,
unmittelbar in eine Atemmaskenanordnung integriert sein. Hierdurch wird
mit hoher Wiederholgenauigkeit eine lagerichtige Plazierung der
Elektroden gewährleistet.
Die seitens der Elektroden erfaßten
Meßsignale
werden gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch
im Bereich der Atemmaske in potentialfreie Meßsignale umgewandelt und als
solche einem Steuerungs-, insbesondere Rechnersystem zugeführt.
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In
Kombination mit der Erfassung der neuralen Aktivität des Patienten
erfolgt gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch
eine Ermittlung von hinsichtlich der Schlafstadien indikativer Angaben.
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Alternativ
zu den vorangehend beschriebenen Maßnahmen oder auch in Kombination
hiermit ist es auch möglich,
daß die
weitere Erfassungseinrichtung den Blutsauerstoffgehalt des Patienten
erfaßt. Die
Erfassung des Blutsauerstoffgehaltes kann beispielsweise auf optischem
Wege erfaßt
werden, indem bestimmte, stark durchblutete Gewebeabschnitte durchleuchtet
und das entsprechende Lichtspektrum ausgewertet wird. Eine insbesondere
im Hinblick auf die Hirnsauerstoffversorgung vorteilhafte Erfassung
des Blutsauerstoffgehaltes kann beispielsweise durch Photodioden
erfolgen, die beispielsweise in Form eines Ohrclips an dem Patienten
angesetzt sind.
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Gem.
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die Schlafposition erfaßt. Die
Schlafposition des Patienten wird vorzugsweise durch einen Lagegeber
erfaßt,
der beispielsweise auf den Brustbereich des Patienten aufgeschnallt
werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, einen ggf. zusätzlichen
Lagegeber im Kopfbereich des Patienten anzuordnen, so daß die Schlafposition des
Patienten auch unter Auflösung
der Relativposition von Kopf- und Torso bestimmt werden kann. Gem.
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Lagegeber zur Erfassung der kopfbezogenen
Schlafposition des Patienten unmittelbar in eine Atemmaskenanordnung
oder in eine Kopfbandanordnung integriert.
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Gem.
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die Atembewegung, insbesondere
die Thoraxweitung erfaßt.
Anhand der derart aufgezeichneten Atmungsbewegung kann in vorteilhafter
Weise der theoretische Atemgasstrom errechnet werden, wodurch wiederum
regelungstechnisch verarbeitbare Bewertungen des statischen Druckabfalls
im Bereich der obstruktionsgefährdeten Atemwegsabschnitte
möglich
sind.
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Gem.
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die
Herzfrequenz, bzw. die Herzaktivität erfaßt. Die Herzfrequenz sowie
die Herzaktivität
können, ähnlich wie
die vorangehend beschriebene Erfassung der neuralen Aktivität des Patienten
ebenfalls über
entsprechen plazierte EEG-Elektroden ermittelt werden. Durch den
Abgriff mehrerer herzfrequenzindikativer Signale von unterschiedlichen,
wird es möglich,
die Pulswellenlaufzeit zu bestimmen, wodurch ebenfalls für den Beatmungsdruck
relevante Rückschlüsse auf
den physiologischen Zustand des Patienten möglich sind.
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Gem.
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird insbesondere in Kombination mit den vorangehend
beschriebenen Maßnahmen über die
weitere Erfassungseinrichtung der CO- und/oder der CO2-Gehalt
des ausgeatmeten Atemgases erfaßt.
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Eine
im Hinblick auf eine besonders zuverlässige Erfassung etwaiger Atemwegsobstruktionen vorteilhafte
Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch gegeben, daß der Obstruktionsgrad im kehlkopfnahen
Bereich erfaßt
wird. Dies wird insbesondere durch im Halsbereich plazierte Ultraschallsensoren
erreicht.
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Alternativ
zu der vorangehend genannten Erfassung des Blutdrucks über die
Pulswellenlaufzeiten ist es auch möglich, den Blutdruck des Patienten
unmittelbar durch entsprechende Meßeinrichtungen zu erfassen
und bei der Abstimmung und Steuerung des Atemgasdruckes zu berücksichtigen.
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Die
durch die beschriebenen Maßnahmen zusätzlich erfaßten Meßsignale
werden gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch
lernfähige
Auswerteprozeduren ausgewertet und zur Abstimmung des Beatmungsdruckes herangezogen.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
es möglich,
auf Grundlage der Vielzahl der aufgenommenen Meßdaten ein Kennfeld zu definieren,
auf dessen Grundlage im Rahmen einer späteren Therapie der Beatmungsdruck
ggf. unter verringertem Signalerfassungsaufwand individuell gesteuert
wird.
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Weitere
vorteilhafte Maßnahmen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
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1:
ein Diagramm zur Erläuterung
einzelner Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung zur Diagnose
und/oder Therapie schlafbezogener Atmungsstörungen;
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2:
eine vereinfachte räumliche
Darstellung eines auf Grundlage der erfaßten Meßwerte für den jeweiligen Patienten,
hier für
unterschiedliche Schlafstadien, generierten Kennfeldes.
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In 1 kennzeichnet
das Bezugszeichen 1 ein CPAP-Gerät, das hier eine durch eine
Gebläseeinrichtung
gebildete Fördereinrichtung
sowie Einrichtungen zur Erfassung des Atemgasstromes und des Atemgasdruckes
umfaßt.
Dieses CPAP-Gerät kann über eine,
hier nicht näher
gezeigte, vorzugsweise flexible Schlauchleitung an eine Atemmaske 2 angeschlossen
werden. Die hier dargestellte Atemmaske ist mit einem integrierten
Stirnauflageelement 3 versehen, welches mehrere Elektroden 4 aufweist, über welche
hirnelektrische Potentiale im Stirnbereich des Patienten erfaßt werden
können.
Die derart erfaßten hirnelektrischen
Potentiale können über eine
vorzugsweise noch im Bereich der Atemmaske 2, bzw. des
Stirnauflageelementes 3 vorgesehene Meßschaltung verstärkt oder
ausgewertet oder vorverarbeitet werden.
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Zusätzlich zu
den durch das CPAP-Gerät über die
Atemgassäule
vorgenommenen Aufzeichnungen kann die Schlafposition des Patienten
durch einen Schlafpositionssensor 5 erfaßt werden.
Dieser Schlafpositionssensor kann über ein Klettverschlußband 6 im
Brustbereich des Patienten angebracht werden und die Schlafposition
des Patienten, beispielsweise durch ein Massenelement erfassen.
Das Massenelement kann so ausgebildet sein, daß dieses infolge der Gravitation
unterschiedliche Positionen gegenüber einem Gehäuseelement,
welches Teil des Schlafpositionssensors 5 bildet, einnimmt.
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Alternativ
zu den über
die Atemmaske, bzw. den Schlafpositionssensor 5 vorgenommenen
Aufzeichnungen oder auch in Kombination hiermit kann eine Herzfrequenzmessung
erfolgen, wie sie hier durch das Herzfrequenzdiagramm 7 angedeutet
ist. Die Herzfrequenzmessung erfolgt vorzugsweise über EEG-Elektroden,
die an entsprechend indikativen Stellen des Patienten angesetzt
sind. Durch Laufzeitunterschiede der jeweiligen Herzsignale ist
es möglich,
detaillierte Rückschlüsse auf
den physiologischen Zustand des Patienten, insbesondere auf den Blutdruck
des Patienten vorzunehmen.
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Durch
die ebenfalls vereinfacht angedeutete Schaltungsanordnung 8,
die hier aus einer Schallquelle und einer Mikrofoneinrichtung besteht,
ist es möglich,
Rückschlüsse auf
den momentanen Atemwegswiderstand vorzunehmen. Bei der hier dargestellten
Ausführungsform
erfolgt die Erfassung des Atemwegswiderstandes auf Grundlage eines
vom Obstruktionsgrad abhängigen
Laufzeitunterschiedes, der in die Atemwege des Patienten eingekoppelten
Schallsignale. So wird beispielsweise aufgrund der erheblichen Strömungsgeschwindigkeitszunahme
des Atemgases im Bereich der obstruktionsgefährdeten Atemwegsabschnitte
ein Doppler-Effekt hervorgerufen,
aus welchem der verbleibende Querschnitt der Atemwege errechnet
werden kann. Durch diese Meßanordnung
ist es auch möglich,
eine – vollständige Obstruktion
der Atemwege zuverlässig
und rasch zu erkennen.
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Durch
einen vorzugsweise im Puls- oder Wadenbereich des Patienten applizierten
Blutdrucksensors 9 ist es möglich, den Blutdruck des Patienten
zu erfassen und die entsprechenden Daten bei der Abstimmung eines
patientenbezogenen Drucksteuerungskennfeldes, bzw. bei der Abstimmung
des Beatmungsdruckes zu berücksichtigen.
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Gem.
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die Atmungsaktivität des Patienten auch durch
Detektion der Thoraxmotorik bestimmt werden. Hierzu kann die durch
das Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Meßanordnung herangezogen werden.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform
besteht die Meßanordnung 10 zur Detektion
der Thoraxbewegung aus mehreren Bandelementen, in welche Dehnungssensoren
integriert sind, über
welche die Weitung, bzw. Verengung der entsprechenden gebildeten
Schlaufenabschnitte erfaßt
werden kann. Hierdurch wird es insbesondere möglich, Thorax- und Zwerchfellatmungen
zu unterscheiden. Auch wird es möglich,
rechnerisch den durch die Atmungsmotorik hervorgerufenen Atemgasstrom
zu bestimmen. Hierdurch wird es wiederum möglich, im Zusammenspiel mit
weiteren Meßwerten den
erwarteten statischen Druckabfall innerhalb der Atemwege zu errechnen.
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Das
Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine Einrichtung zur Erfassung
des Blutsauerstoffgehalts. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
handelt es sich um einen ohrclipartigen Sensor mit einem ersten
Schenkel 12 und einem zweiten Schenkel 13, wobei
am ersten Schenkel 12 eine Photodiode und am zweiten Schenkel 13 ein
Photosensor angebracht ist. Der erste Schenkel 12 wird
um eine bestimmte Wegstrecke – beispielsweise
20 mm – in
den entsprechenden Hörkanal
des Patienten eingeführt
und durchleuchtet das dem Hörkanal
benachbarte Gewebe. Über
den Photosensor wird das Farbspektrum des das Gewebe durchdringenden
Lichtes erfaßt. Anhand
des erfaßten
Farbspektrums können
Rückschlüsse auf
den Blutsauerstoffgehalt gezogen werden. Die entsprechenden Signale
können
bei der Abstimmung des Beatmungsdruckes berücksichtigt werden.
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Das
Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Einrichtung zur Erfassung
des Obstruktionszustandes im Kehlkopfbereich, bzw. Halsbereich des
Patienten. Bei der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich
um ein Bandelement, das mit mehreren Ultraschallsensoren versehen
ist, über
welche die Atemwege des Patienten in diesem Bereich erfaßt werden
können.
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Auf
Grundlage der zusätzlich
zu Druck und Atemgasstrom erfaßten
Meßwerte
ist es möglich,
ein patientenspezifisches Kennfeld zu generieren, auf dessen Grundlage
eine individuelle Steuerung des Beatmungsdruckes erfolgen kann.
Beispielsweise ist es möglich,
im Rahmen des Aufenthalts des Patienten in einem Schlaflabor (vorzugsweise
sämtliche) der
angesprochenen zusätzlichen
Meßeinrichtungen anzuwenden
und auf Grundlage dieser Meßsignale ein
hochauflösendes
patientenspezifisches Kenndatenfeld zu ermitteln. Im Rahmen der
späteren
Therapienutzung eines CPAP-Gerätes
ist es möglich,
bei der Steuerung des Atemgasdruckes nur noch die Druck- und Volumenstrommeßwerte oder
eine Kombination dieser Meßwerte
mit nur noch wenigen ausgewählten
zusätzlichen
Meßorganen
vor zunehmen. Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt im Rahmen des Therapiebetriebes eine Steuerung
des Beatmungsdruckes auf Grundlage der CPAP-geräteseitig erfaßten und
ausgewerteten Druck- und Volumenstrommeßwerte in Kombination mit EEG-Signalen,
die über
das Stirnauflageelement 3 abgegriffen werden, sowie einem Schlafpositionssensor
und ggf. noch Einrichtungen zur Erfassung der Brustkorbbewegung.
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Auf
Grundlage der erfaßten
Meßsignale
ist es möglich,
ein patientenspezifisches Kenndatenfeld zu bestimmen, wie es andeutungsweise
in 2 dargestellt ist.
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Bei
dem in 2 dargestellten Kennfeld ist der Zusammenhang
zwischen dem Beatmungsdruck und dem Atemgasvolumenstrom in Zuordnung
zu unterschiedlichen Schlafstadien I, II und III, und damit einhergehenden
unterschiedlichen, kritischen Drücken
(Pcrit) des Patienten dargestellt. Wie ersichtlich, ergeben sich
in Abhängigkeit
vom jeweiligen Schlafstadium unterschiedliche Zusammenhänge zwischen Beatmungsdruck
und Atemgasstrom. Der Schlafzustand des Patienten kann auf Grundlage
der hirnelektrischen Aktivität
des Patienten erfaßt
werden. Diese hirnelektrische Aktivität des Patienten wird vorzugsweise über im Stirnbereich
des Patienten applizierte EEG-Elektroden in Verbindung mit einer
selbstlernenden, lernfähigen
Auswerteprozedur bestimmt.
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Auf
Grundlage des in 2 dargestellten Kennfeldes wird
es möglich,
eine Optimierung des Beatmungsdruckes vorzunehmen, ohne daß hierbei das
Schlafverhalten des Patienten in unvorteilhafter Weise beeinflußt wird.
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So
ist es möglich,
für ausgewählte Atmungszyklen
den Beatmungsdruck zu variieren, beispielsweise innerhalb der hier
angedeuteten Druckintervalle x2, x3. Anhand des auf Grundlage dieser Druckexperimente
ermittelten Zusammenhangs zwischen Atemgasstrom und Beatmungsdruck
kann der momentan gültige
kritische Beatmungsdruck errechnet werden. Vorzugsweise wird der
momentan zulässige Mindestbeatmungsdruck
entsprechend einem definierten Sicherheitsabstand – hier x1 – über den
kritischen Beatmungsdruck eingeregelt. Der Sicherheitsabstand beträgt vorzugsweise
40–66%
des Druckintervalls zwischen dem kritischen Beatmungsdruck (Pcrit)
und dem hier als Pmax bezeichneten Beatmungsdruck, bei welchem im
momentanen physiologischen Zustand des Patienten eine vollständige pneumatischen
Schienung der Atemwege gewährleistet
ist.
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Das
zur Durchführung
der Druckexperimente vorgesehene Druckintervall (x2 +
x3) liegt vorzugsweise im Bereich von ca.
20–45%
der Druckdifferenz zwischen Pmax und Pcrit. Der durchschnittliche Druckpegel
der Druckexperimente liegt vorzugsweise im Bereich von Pcrit + 0,6–1,2·(Pmax – Pcrit).
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In
Abhängigkeit
vom momentan ermittelten Schlafzustand kann sowohl die Breite des
Intervalls der Druckexperimente, als auch der mittlere Druck der
Druckexperimente definiert verändert
werden. Vorzugsweise wird der mittlere Druck der Druckexperimente
in dem Bereich der stärksten
Krümmung
der Pcrit/V.-Funktion verlagert.
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Alternativ
zu der Berücksichtigung
der Schlafstadien des Patienten oder auch in Kombination hiermit
ist es möglich,
Zusammenhänge
zwischen dem Beatmungsdruck und dem Atemgasvolumenstrom in Abhängigkeit
von der Schlafposition des Patienten im Rahmen eines Datensatzes,
insbesondere eines homogenen Kennfeldes, festzulegen. Auch ist es
möglich,
insbesondere die Relativposition von Kopf zu Torso, d.h. die Halsverdrehung
zu berücksichtigen
und für
unterschiedliche Halsverdrehungsgrade entsprechende Zusammenhänge zwischen Beatmungsdruck
und Atemgasstrom, bzw. definierte Beatmungsmindestdrücke festzulegen.
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Gem.
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird insbesondere in Abhängigkeit vom Halsverdrehungsgrad
bei Bi-level-Drucksteuerung sowohl der Inspirationsdruck als auch
der Expirationsdruck in Abhängigkeit
vom Halsverdrehungsgrad festgelegt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines praktischen Anwendungsbeispieles
beschrieben. Ein Patient, bei welchem Verdacht auf OSA besteht,
begibt sich zur eingehenden Diagnose in ein Schlaflabor. Im Rahmen
des Aufenthaltes im Schlaflabor werden die folgenden Erfassungseinrichtungen an
dem Patienten appliziert: eine Atemmaske 2 mit integrierten
EEG-Elektroden sowie integriertem Kopfpositionssensor, ein Schlafpositionssensor
zur Erfassung der Schlafposition des Patiententorsos, mehrere Elektroden
zur Erfassung der Herzfrequenz sowie der Pulswellenlaufzeiten, eine
Meßanordnung zur
Erfassung des Atemwegswiderstandes der oberen Atemwege, die hier
durch eine in die Atemmaske 2 integrierte Piezoschallquelle
und ein auf dem Brustkorb des Patienten appliziertes Piezomikrofon
gebildet ist, eine Einrichtung zur Erfassung des Blutdruckes, beispielsweise
in Form einer Handgelenkbandage, Einrichtungen zur Erfassung der
Thoraxbewegung, Einrichtungen zur Erfassung des Blutsauerstoffgehaltes,
hier in Form eines Ohrclips und eine Einrichtung zur Erfassung etwaiger
Obstruktionen im Kehlkopf- bzw.
Halsbereich.
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Die
Atemmaske wird über
eine flexible Schlauchleitung an eine, in einem CPAP-Gerät vorgesehene,
Fördereinrichtung
angeschlossen. Seitens des CPAP-Gerätes erfolgt zudem eine Erfassung
des Atemgasstromes V. sowie des Beatmungsdruckes, ggf. über einen
Druckmeßschlauch
zur Erfassung des Beatmungsdruckes unmittelbar im Bereich der Maske
sowie eine Impedanzmessung zur Erfassung etwaiger Obstruktionen
auf Grundlage oszilloresistrischer Messungen.
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Über die
einzelnen Meßeinrichtungen
werden über
die gesamte Schlafphase des Patienten hinweg Meßsignale erzeugt, die in ggf.
komprimierter Form aufgezeichnet werden. Zumindest ein Teil der hierbei
erfaßten
Meßwerte
kann unmittelbar zur Anpassung des Beatmungsdruckes herangezogen
werden, so daß die
Untersuchung unter vergleichsweise geringen Beatmungsdrücken erfolgt,
die im Falle des Auftretens etwaiger Obstruktionen entsprechend
korrigiert werden.
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Nach
Abschluß der Überwachungsphase des
Patienten wird auf Grundlage der gesammelten Meßwerte ein patientenspezifischer
Datensatz erzeugt, der beispielsweise auf einen tragbaren Datenträger aufgezeichnet
werden kann. Auf Grundlage dieses Datensatzes erfolgt eine auf den
Patienten abgestimmte Anpassung der Drucksteuerungscharakteristik
des CPAP-Gerätes.
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Kann
anhand des patientenspezifischen Kennfeldes festgestellt werden,
daß ein
erheblicher Zusammenhang zwischen dem erforderlichen Beatmungsdruck
und der Schlafposition des Patienten und/oder auch der hirnelektrischen
Aktivität
des Patienten besteht, so kann auch im Rahmen des Therapiebetriebes
des CPAP-Gerätes eine
Steuerung des Beatmungsdruckes unter Berücksichtigung entsprechender
Meßsignale
erfolgen.