DE10103810A1 - Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases - Google Patents

Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Patienten im Rahmen der Diagnose und/oder der Therapie schlafbezogener Atmungsströungen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein CPAP-Gerät mit selbstabstimmender Bilevel-Druckregelung. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases geschaffen, mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung zur Generierung eines Drucksteuerungssignals auf Grundlage von hinsichtlich der Atmungstätigkeit und/oder des physiologischen Zustandes einer Person indikativen Signalen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung eine Signaleingangseinrichtung und eine Extraktionseinrichtung aufweist, zur Generierung von Datenfeldeinträgen nach Maßgabe vorgegebener Signalanalyseprozeduren, und ein Drucksignalgenerator vorgesehen ist, zur Generierung des Drucksteuerungssignals, wobei der Drucksignalgenerator das Drucksignal unter Berücksichtigung wenigstens ausgewählter seitens der Extraktionseinrichtung determinierter Datenfeldeinträge generiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Pati­ enten im Rahmen der Diagnose und/oder der Therapie schlafbezogener At­ mungsstörungen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein CPAP-Gerät mit selbstabstimmender Bilevel-Druckregelung.
Schlafbezogene Atmungsstörungen, insbesondere in Verbindung mit Obstruktio­ nen im Bereich der oberen Atemwege können auf physiologisch gut verträgliche Weise durch eine Überdruckbeatmung mit einem ggf. alternierenden, jedoch dau­ erhaft über dem Umgebungsdruckniveau liegenden Atemgasdruck therapiert wer­ den. Diese allgemein als CPAP-Therapie bezeichnete Überdruckbeatmung basiert auf einer durch den Überdruck erreichten "pneumatischen Schienung" der oberen Atemwege. Durch diese pneumatische Schienung wird etwaigen Obstruktionen im Bereich der oberen Atemwege vorgebeugt. Um eine möglichst hohe physiolo­ gische Verträglichkeit der CPAP-Therapie zu gewährleisten, ist man bestrebt, den Beatmungsdruck möglichst gering zu halten und insbesondere während einer Ex­ pirationsphase gegenüber der Inspirationsphase abzusenken.
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 ge­ wünschten, als auch die im Rahmen des Aufenthalts in einem Schlaflabor ermit­ telten Therapiedrücke für den Inspirationsdruck sowie für den üblicherweise etwas geringeren Expirationsdruck teilweise deutlich über den für den überwiegenden Teil der Schlafphase erforderlichen Inspirations- und Expirationsdruckpegeln lie­ gen.
Unter dem Eindruck dieses Problems liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Patienten zu schaffen, durch welche die Beatmungsdruckpegel noch zuverlässiger auf den physiologischen Zustand des Patienten abgestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung zur Ge­ nerierung eines Drucksteuerungssignales auf Grundlage von hinsichtlich der At­ mungstätigkeit und/oder des physiologischen Zustandes einer Person indikativen Signalen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung eine Signaleingangseinrich­ tung und eine Extraktionseinrichtung aufweist, zur Generierung von Datenfeldein­ trägen nach Maßgabe vorgegebener Signalanalyseprozeduren, und ein Druck­ signalgenerator vorgesehen ist, zur Generierung des Drucksteuerungssignales, wobei der Drucksignalgenerator das Drucksignal unter Berücksichtigung wenig­ stens ausgewählter seitens der Extraktionseinrichtung determinierter Datenfeld­ einträge generiert.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine auf die momentanen phy­ siologischen Bedürfnisse des Patienten verbessert abgestimmte Atemgasversor­ gung zu erreichen.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Extrak­ tionseinrichtung derart ausgebildet, daß durch diese eine Auswertung von hin­ sichtlich des Atemgasstromes indikativen Signalen erfolgt. Diese hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale können beispielsweise durch eine Staudruc­ kerfassungseinrichtung oder auch durch Meßschaltungen auf Grundlage akkusti­ scher Prinzipien, insbesondere Dopplereffekt eines Ultraschallereignisses, gene­ riert werden.
Die Auswertung der hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale erfolgt vorzugsweise auf Grundlage einer Zeitreihenanalyse, insbesondere auf Grundlage einer Varianzbetrachtung der ersten, zweiten und dritten Ableitung des Atem­ gasstromes.
Vorzugsweise ist die Extraktionseinrichtung derart ausgebildet, daß diese im Zu­ sammenhang mit der Auswertung des Atemgasstromes die Abweichungen des Atemgasstromes von einem Referenzatemstrommuster analysiert. Dieses Refe­ renzatemstrommuster kann kontinuierlich aktualisiert werden.
Es ist möglich, die Extraktionseinrichtung derart auszubilden, daß im Zusammen­ hang mit der Auswertung der hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale ein hinsichtlich des physiologischen Zustandes des Patienten indikativer Klassifi­ kationsdatensatz generiert wird. Dieser Klassifikationsdatensatz kann über eine Schnittstelleneinrichtung, beispielsweise über eine Infrarotschnittstelle oder auch durch einen tragbaren Datenträger, einer weiteren Auswertung z. B. durch einen Facharzt, zugeführt werden.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird seitens der Extraktionseinrichtung ein Verknüpfungsdatensatz generiert, der einen Zu­ sammenhang zwischen den auf Grundlage ausgewählter Analysekriterien ermit­ telten Datenfeldeinträgen beschreibt. Dieser Zusammenhang zwischen den extra­ hierten Merkmalen oder die Wahrscheinlichkeit dieses Zusammenhangs kann durch statistische Angaben weiter klassifiziert werden, so daß die Bedeutung der extrahierten Merkmale, bzw. deren Gewichtung bei der Druckregelung entspre­ chend berücksichtigt werden kann.
Es ist möglich, auf Grundlage dieser statistischen Klassifikation der extrahierten Merkmale einen patientenspezifischen Datensatz zu generieren, aus welchem beispielsweise hervorgeht, daß bestimmte, in den Eingangssignalen enthaltene Informationen vernachlässigt werden können. So ist es beispielsweise möglich, anhand des patientenspezifischen Datensatzes zu beurteilen, in welcher Ausprä­ gung ein Zusammenhang zwischen den Beatmungsdruckpegeln und der Körper­ position des Patienten, insbesondere dem Halsverdrehungsgrad oder der Kopfpo­ sition, besteht. Es ist möglich, mit hoher statistischer Wahrscheinlichkeit auftreten­ de Zusammenhänge statistisch zu beschreiben oder durch Parameter zu definie­ ren.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druck­ signalgenerator 4 derart operativ in die Signalverarbeitungseinrichtung derart ein­ gebunden, daß dieser bei Generierung des Drucksteuerungssignales P Atempha­ sendaten sowie Atemphasenumschaltsignale berücksichtigt. Hierdurch wird es möglich, den zeitlichen Verlauf der Atemgasdruckänderung zwischen den abfol­ genden Atemphasen derart abzustimmen, daß insbesondere während einer Ein­ schlafphase und hohem Blutsauerstoffgehalt ein besonders hoher Beatmungs­ komfort gewährleistet ist. Die Atemphasenumschaltsignale werden gem. einer be­ sonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen Atemphasenko­ ordinator erzeugt, der derart operativ in die Signalverarbeitungseinrichtung derart eingebunden ist, daß dieser in gleicher Weise wie der Drucksignalgenerator Zu­ griff auf bestimmte Feldeinträge des durch die Extraktionseinrichtung generierten Datenfeldes hat.
Der Atemphasenkoordinator ist vorzugsweise derart in die Signalverarbeitungsein­ richtung eingebunden, daß dieser auch im wesentlichen in Echtzeit Zugriff auf die an der Signaleingangseinrichtung anliegenden Signale "Rohdaten" oder zumindest davon abgeleiteter (beispielsweise definiert gefilterter) Signale hat. Dadurch wird es möglich, die Atemphasenerkennung unter einer präzisen Abstimmung auf den momentanen physiologischen Zustand des Anwenders vorzunehmen, ohne daß hierbei größere Verzugszeiten bei der Analyse des Atemgasstromes auftreten.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Atemphasenkoordination durch eine Atemphasenerkennung auf Grundlage einer Schwellwertbetrachtung, wobei der Schwellwert sich mit zunehmendem zeitlichen Abstand vom Zeitpunkt des zurückliegenden Atemphasenwechsels verändert. Diese Änderungsdynamik wird vorzugsweise auf Grundlage ausgewählter Einträ­ ge in dem Datenfeld programmgesteuert, abgestimmt. Die Atemphasenerkennung erfolgt vorzugsweise ebenfalls unter Rückgriffnahme auf einen umfangreicheren Datensatz, insbesondere ein Kennfeld, wobei die Position innerhalb dieses Kenn­ feldes in Abhängigkeit von dem momentan erkannten physiologischen Zustand des Anwenders ermittelt wird.
Der Atemphasenkoordinator ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß dieser bei der Atemphasenerkennung die erste und vorzugsweise auch die zweite Ableitung des Atemgasstromes analysiert. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit bzgl. der Erkennung der einzelnen Atemphasen kann dadurch erreicht werden, daß mehre­ re Erkennungskriterien verknüpft abgearbeitet werden. Es ist möglich, diese Er­ kennungskriterien auf Grundlage von FUZZI-Logik Prozeduren auszuwählen oder in Abhängigkeit von den durch die Extraktionseinrichtung generierten Datenfeld­ einträgen unterschiedlich zu gewichten.
Der Atemphasenkoordinator und die Druckvorgabeeinrichtung sind vorzugsweise derart operativ verknüpft, daß im Falle unscharfer Atemphasenerkennung der Ab­ stand zwischen dem Inspirationsdruck und dem Expirationsdruck verringert wird. Es ist möglich, die Druckvorgabeeinrichtung auch unter Rückgriffnahme auf einen zusätzlichen patientenspezifischen Druckregelungsdatensatz zu betreiben. Der Atemphasenselektionsdatensatz und der Druckregelungsdatensatz können aus Datenfeldern generiert werden, die unter Rückgriffnahme auf die seitens der Ex­ traktionseinrichtung generierten Datenfeldeinträge modifiziert werden.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur ab­ schließenden Einstellung des Atemgasdruckes eine Druckabstimmungseinrich­ tung vorgesehen, welcher das seitens der Druckvorgabeeinrichtung generierte Drucksteuersignal als Sollgröße zugeführt wird. Die Druckabstimmungseinrichtung übernimmt nach Maßgabe des zugeführten Drucksteuersignales selbsttätig und vorzugsweise mit hoher Regeldynamik die Abstimmung des Atemgasdruckes.
Eine besonders präzise Einstellung des Atemgasdruckes wird hierbei dadurch er­ reicht, daß der Atemgasdruck an einer patientennahen Druckabgriffstelle erfaßt wird. Es ist möglich, den Atemgasdruck derart einzustellen, daß lediglich der stati­ sche Druckanteil an der Druckabgriffstelle, oder auch der statische Druckanteil im Innenraum einer Atemmaske dem nach Maßgabe des Drucksteuersignales vorge­ gebenen Atemgasdruck entspricht. Soweit ein unmittelbarer Druckabgriff im Be­ reich eines Anwenders nicht möglich ist, ist gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Druckabstimmungseinrichtung derart ausgebildet, daß diese unter Berücksichtigung des momentanen Atemgasstromes Druckkorrekturwerte zur Kompensation leitungsbedingter Druckabfälle errechnet.
Die Erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases eignet sich in be­ sonderem Maße als CPAP-Gerät mit selbsttätig justierender Bilevel- Druckregelung.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des der Erfindung zugrundelie­ genden regelungstechnischen Konzeptes;
Fig. 2 ein mehrdimensionales, patientenspezifisch abgestimmtes Kennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Atemgasdruck und dem hiermit einherge­ henden maximalen Atemgasstrom für unterschiedliche physiologische Zustände des Patienten Person darstellt;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der in Abhängigkeit von einem Kriteri­ enraster fortlaufend abgestimmten Beurteilungskriterien zur Erfassung der Atem­ zyklen eines Patienten sowie zur Abstimmung der Druckumschaltung.
Gem. dem in Fig. 1 veranschaulichten regelungstechnischen Konzept werden hin­ sichtlich des momentanen physiologischen Zustands eines Patienten indikative Signale einer nachfolgend als Extraktionseinrichtung 2 bezeichneten Verarbei­ tungseinrichtung zugeführt. In dieser Extraktionseinrichtung 2 wird auf Grundlage einer adaptiven Auswerteprozedur ein Datenfeld 3 ausgefüllt. Die in dem Daten­ feld 3 enthaltenen Informationen werden bei der Abstimmung des momentanen Zeitverhaltens der Atemgasdruckregelung berücksichtigt.
Bei dem hier gezeigten System wird ein Teil der Feldeinträge bei der Ermittlung eines Soll-Inspirationsdruckes sowie eines Soll-Expirationsdruckes berücksichtigt.
Diese Solldrücke werden in einem Atemphasenkoordinator 5 in Verbindung mit weiteren aus dem Kriterienfeld 3 ausgelesenen Einträgen verarbeitet. Der derart festgelegte momentane Atemgasdruckwert wird einer Drucksteuereinrichtung 8 zugeführt, die in Verbindung mit einem hochdynamischen Regelkreis den Atem­ gasdruck, beispielsweise durch Steuerung einer Gebläsedrehzahl auf den vorge­ gebenen Atemgassolldruck einstellt. Die extrem zeitnahe Einstellung der Atem­ gasdrücke wird bei dem gezeigten Regelungskonzept erreicht, indem zumindest ein Teil der patientenseitig abgegriffenen Signale S lediglich durch einen Bandpaß gefiltert, den einzelnen Regelungskomponenten zur Verfügung steht.
Das erfindungsgemäße Regelungskonzept kann durch eine ausreichend lei­ stungsfähige Rechnereinrichtung realisiert werden, wobei es möglich ist, die hier klar abgegrenzt beschriebenen Komponenten in der Gestalt sich ggf. überlagern­ der Unterprozeduren durch einen entsprechenden Programmablauf zu verwirkli­ chen.
In der Extraktionseinrichtung 2 wird vorzugsweise wenigstens ein hinsichtlich des momentanen Atemgasstromes indikatives Signal einer Zeitreihenanalyse unterzo- gen, wobei vorzugsweise wenigstens die erste, die zweite und die dritte Ableitung dieses Signals gebildet werden. Weiterhin werden statistische Parameter, insbe­ sondere die Varianz des Signalverlaufes, bzw. dessen zeitliche Ableitungen er­ mittelt. Die im Zusammenhang mit den einzelnen Kurvendiskussionskriterien er­ mittelten Merkmale werden in dem Feld 3 vorzugsweise in Verbindung mit einer statistischen Sicherheit sowie einem sich ggf. mit zunehmender statistischer Aus­ sagefähigkeit ändernden Gewichtungsfaktor oder Verknüpfungsparametern, ein­ getragen. Zumindest ein Teil der in das Feld 3 eingetragenen Angaben wird bei der Abstimmung des Zeitverhaltens der eigentlichen Atemgasdruckregelung be­ rücksichtigt.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden über die Signaleingangsein­ richtung 1 neben bzgl. des Atemflusses indikativen Signalen auch Lagesignale sowie hinsichtlich des Atemgasdruckes indikative Signale erfaßt. Diese Signale stehen in definiert gefilterter Form bedarfsweise den regelungstechnischen Sy­ stemen der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung zur Verfügung. Durch die Extraktionseinrichtung 2 wird bei der hier dargestellten Ausführungsform ein mehrdimensionales Datenfeld 3 erzeugt. In diesem Datenfeld 3 befinden sich die sich dynamisch ändernden, durch die Extraktionseinrichtung generierten Da­ tenfeldeinträge. Bei der gezeigten Ausführungsform werden bestimmten, durch die Extraktionseinrichtung 2 generierten Datenfeldeinträgen weitere Angaben zuge­ ordnet, insbesondere Angaben zur statistischen Sicherheit. Die in dem nach Maß­ gabe der Extraktionseinrichtung 2 dynamisch verwalteten Datenfeld 3 abgelegten Datenfeldeinträge stehen, wie hier durch Datenflußpfeile 9 angedeutet, der Druck­ vorgabeeinrichtung 4 sowie dem Atemphasenkoordinator 5 zur Verfügung.
Die Druckvorgabeeinrichtung 4 beispielsweise ermittelt auf Grundlage, ausge­ wählter Datenfeldeinträge in dem dynamischen Datenfeld 3 den maximalen Inspi­ rationsdruck sowie den maximalen Expirationsdruck. Weiterhin ermittelt die Druckvorgabeeinrichtung 4 einen, auf den momentanen physiologischen Zustand der spontan atmenden Person abgestimmten zeitlichen Druckverlauf beim Wech­ sel zwischen den beiden Atemphasen.
Die Erkennung der Atemphasen erfolgt über den Atemphasenkoordinator 5, der ebenfalls Zugriff auf ausgewählte Datenfeldeinträge in dem Datenfeld 3 hat. Der Atemphasenkoordinator 5 steht weiterhin mit der Signaleingangseinrichtung 1 in einem nahezu totzeitfreien Signalverbund. Die Beurteilung der Atmungstätigkeit der spontan atmenden Person durch den Atemphasenkoordinator 5 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich unter Berücksichtigung patien­ tenspezifischer Vorgabegrößen sowie auch unter Berücksichtigung der seitens der Druckvorgabeeinrichtung 4 vorgegebenen Drucksteuerungssignale P.
Hierdurch wird es möglich, bei Atemgaszufuhrperioden mit vergleichsweise gro­ ßen Unterschieden zwischen dem Inspirationsatemgasdruck und dem Expirati­ onsatemgasdruck die Atemphasenerkennung mit höherer Sensibilität vorzuneh­ men, wogegen bei vergleichsweise kleinen Differenzen zwischen dem Atemgasinspirationsdruck und dem Atemgasexpirationsdruck andere Kriterien der Erken­ nung bzw. der Bestimmung der Atemphasen zugrunde gelegt werden können.
Die seitens der Druckvorgabeeinrichtung 4 generierten Drucksteuerungssignale P werden einer Druckabstimmungseinrichtung 8 zugeführt, durch welche die für den Aufbau des Atemgasdruckes relevanten Organe, beispielsweise eine Gebläseein­ richtung, angesteuert werden. Die Regelung des Atemgasdruckes nach Maßgabe des Drucksteuerungssignales P kann über einen hierzu vorgesehenen hochdyna­ mischen Regelkreis mit eigenen Druckerfassungsorganen erfolgen.
Im Zusammenspiel mit der beschriebenen, erfindungsgemäßen Signalverarbei­ tungseinrichtung wird es möglich, eine stabile und präzise auf die physiologischen Bedürfnisse einer spontan atmenden Person abgestimmte Einstellung des Atem­ gasdruckes zu gewährleisten.
Wie aus dem, in die Darstellung nach Fig. 1 eingefügten Diagramm hervorgeht, variieren der mittlere Inspirationsdruck und der mittlere Expirationsdruck einer Atemphase im Laufe einer sich über die ganze Schlafphase eines Patienten er­ streckenden Zeitperiode. In Abhängigkeit von bestimmten, hinsichtlich des phy­ siologischen Zustands der spontan atmenden Person indikativen Größen ergeben sich hierbei unterschiedlich große Druckabstände (Δp) zwischen dem Inspirations­ druck und dem mittleren Expirationsdruck jedes Atemzuges. In Abhängigkeit von dieser Druckdifferenz wird auch die Erkennung der Atemphasen durch den Atem­ phasenselektor 5 abgestimmt.
Die Abstimmung sowohl des Inspirationsdruckes als auch des Expirationsdruckes kann auf Grundlage eines patientenspezifisch adaptierten Kennfeldes erfolgen, wobei die momentane Position in diesem Kennfeld auf Grundlage von Klassifikati­ onsangaben erfolgen kann, die im Zusammenspiel mit den durch die Extraktions­ einrichtung 2 generierten Datenfeldeinträgen 3 ermittelt werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird anhand der in dem dy­ namischen Datenfeld 3 vorhandenen Datenfeldeinträge ermittelt, welcher Bereich des hier gezeigten Kennfeldes für die momentane Regelung des Atemgasdruckes heranzuziehen ist. Auf Grundlage einer derart getroffenen Auswahl des patienten­ spezifisch angepaßten Kennfeldbereiches wird ein maximaler Atemgasinspirati­ onsdruck sowie hier zugehörig ein minimaler Atemgasexpirationsdruck ermittelt. Diese beiden Druckpegel liegen vorzugsweise innerhalb des hier stärker schraf­ fiert angedeuteten Kniebereiches 10 des Kennfeldes. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich das Kennfeld über einen CPAP-Druckbereich von 4-18 mb. Der Abstand zwischen dem maximalen Inspirationsdruck dem minimalen Expirations­ druck liegt bei dem hier gezeigten patientenspezifischen Kennfeld unterhalb von 6 mb. Der Abstand zwischen dem maximalen Inspirationsdruck und dem minimalen Expirationsdruck wird neben der Steigung des Kennfeldes in dem dargestellten Kniebereich 10 auch durch weitere Einflußfaktoren bestimmt, die auf Grundlage des durch die Extraktionseinrichtung 2 dynamisch aufgefüllten Datenfeldes ermit­ telt werden.
Die Darstellung gem. Fig. 3 zeigt qualitativ den zeitlichen Verlauf des Atem­ gasstromes V unter Zuordnung des seitens des Atemphasenkoordinators 5 er­ kannten Inspirationsphasen TI und Expirationsphasen TE. Unterhalb der Atem­ gasstromkurve ist die erste Ableitung derselben skizziert. In Abhängigkeit von den Einträgen in dem Datenfeld 3 sowie vorzugsweise auch in Abhängigkeit von den seitens der Druckvorgabeeinrichtung 4 vorgegebenen Drucksteuerungssignal P werden die Kriterien für die Atemphasenerkennung abgestimmt. Bei dem hier ge­ zeigten Ausführungsbeispiel erfolgt in einer ersten Atemphasenklassifikationska­ tegorie K1 die Atemphasenerkennung durch einen Schwellwertvergleich mit einem sich zeitlich mit hoher Dynamik von einem vergleichsweise großen Wert zu einem relativ niedrigen Wert ändernden Schwellwert. Unmittelbar nach der Erkennung eines Atemphasenwechsels wird der Schwellwert wieder erhöht. Die unmittelbare Zurückschaltung in die vorangegangene Atemphase wird durch eine dynamisch angepaßte Totzeit vermieden. In dem Klassifikationsintervall K2 ist die Abweichung zwischen dem maximalen Schwellwert und dem minimalen Schwellwert bereits geringer. Noch geringer ist der Unterschied zwischen den beiden Schwellwerten in der Klassifikationskategorie 3. In der Klassifikationskategorie 4 erfolgt die Atem­ phasenerkennung auf Grundlage eines nahezu konstanten Schwellwertes. In der Klassifikationskategorie K5 erfolgt ebenfalls eine Atemphasenerkennung auf Grundlage konstanter, jedoch in Abhängigkeit von den Datenfeldeinträgen zu­ nehmenden Schwellwerten.
Die Klassifikationskategorien werden vorzugsweise in Abhängigkeit von einer durch die Extraktionseinrichtung 2 durchgeführten und durch Datenfeldeinträge kommunizierten, Atemmustererkennung durchgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, ein CPAP-Gerät zur Durchführung einer Atemtherapie im häuslichen Bereich zu schaffen, das den Atemgasdruck sowohl für den Inspirationsvorgang als auch für den Expirations­ vorgang selbsttätig auf die physiologischen Bedürfnisse eines Anwenders ab­ stimmt.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Extraktionseinrichtung wird es möglich, den momentanen physiologischen Zustand des Anwenders durch Erfassung der Atmungstätigkeit zu klassifizieren. Auf Grundlage dieser Klassifikation wird es möglich, die momentan günstigsten Atemgasdruckwerte für den Inspirationsvor­ gang und für den Expirationsvorgang festzulegen. Weiterhin wird es möglich, die für die Einstellung der ggf. abweichenden Druckpegel erforderliche Atemphase­ nerkennung mit hoher Präzision durchzuführen.

Claims (26)

1. Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases mit einer elektronischen Signalverar­ beitungseinrichtung zur Generierung eines Drucksteuerungssignales (P) auf Grundlage von hinsichtlich der Atmungstätigkeit und/oder des physiologischen Zustandes einer Person indikativen Signalen (S), wobei die Signalverarbeitungs­ einrichtung eine Signaleingangseinrichtung (1) und eine Extraktionseinrichtung (2) aufweist, zur Generierung von Datenfeldeinträgen (3) nach Maßgabe vorgegebe­ ner Signalanalyseprozeduren, und ein Drucksignalgenerator (4) vorgesehen ist, zur Generierung des Drucksteuerungssignales (P), wobei der Drucksignalgene­ rator (4) das Drucksignal (P) unter Berücksichtigung wenigstens ausgewählter seitens der Extraktionseinrichtung (2) determinierter Datenfeldeinträge (3) gene­ riert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionsein­ richtung (2) derart ausgebildet ist, daß durch diese eine Auswertung von hinsicht­ lich des Atemgasstromes indikativen Signalen erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrak­ tionseinrichtung (2) derart ausgebildet ist, daß die Auswertung der hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale auf Grundlage einer Zeitreihenanalyse er­ folgt.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Extraktionseinrichtung (2) derart ausgebildet ist, daß im Zusam­ menhang mit der Auswertung des Atemgasstromes die Abweichungen des Atem­ gasstromes von einem adaptiv aktualisierten Referenzatemstrommuster analysiert werden.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Extraktionseinrichtung (2) derart ausgebildet ist, daß im Zu­ sammenhang mit der Auswertung der hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale (S) ein hinsichtlich des physiologischen Zustandes des Patienten indikati­ ver Klassifikationsdatensatz generiert wird.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seitens der Extraktionseinrichtung (2) ein Verknüpfungsdatensatz generiert wird, der einen Zusammenhang zwischen extrahierten Merkmalen be­ schreibt.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter Zwischenschaltung der Extraktionseinrichtung (2) der Zusam­ menhang zwischen extrahierten Merkmalen oder die Wahrscheinlichkeit des Zu­ sammenhanges statistisch klassifiziert wird.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter Zwischenschaltung der Extraktionseinrichtung (2) anhand ei­ ner statistischen Klassifikation der extrahierten Merkmale ein patientenspezifischer Datensatz generiert wird.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drucksignalgenerator (4) derart operativ in die Signalverarbei­ tungseinrichtung eingebunden ist, daß dieser bei der Generierung des Drucksi­ gnales (P) Atemphasendaten (A) und Atemphasenumschaltsignale (AW) berück­ sichtigt.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Atemphasenkoordinator (5) vorgesehen ist, zur Generierung von Atemphasendaten (A).
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) operativ in die Signalverarbeitungs­ einrichtung derart eingebunden ist, daß dieser auf die Datenfeldeinträge (3) Zu­ griff hat.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5)) operativ in die Signalverarbei­ tungseinrichtung derart eingebunden ist, daß dieser auf wenigstens einen Teil der an der Signaleingangseinrichtung (1) anliegenden Signale - oder davon abgelei­ teter Signale Zugriff hat.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5)) operativ in die Signalverarbei­ tungseinrichtung derart eingebunden ist, daß dieser auf einen patientenspezifi­ schen Atemphasenselektionsdatensatz (6) Zugriff hat.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) derart ausgebildet ist, daß dieser eine Atemphasenerkennung auf Grundlage sich zeitlich ändernder Kriterien vor­ nimmt.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) eine Atemphasenerkennung in Verbindung mit einer Schwellwertbetrachtung vornimmt, wobei der Schwellwert sich mit zunehmendem zeitlichen Abstand von dem Zeitpunkt des zurückliegen­ den Atemphasenwechsel verändert.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) derart ausgebildet ist, daß der Schwellwert derart verändert wird, daß die Umschaltsensibilität zunimmt.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) derart ausgebildet ist, daß zur Atemphasenerkennung die erste und/oder die zweite Ableitung des Atemgasstro­ mes analysiert wird.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) derart ausgebildet ist, daß im Rahmen der Atemphasenerkennung mehrere Erkennungskriterien verknüpft betrachtet werden.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenkoordinator (5) und der Drucksignalgenerator (4) derart miteinander operativ verknüpft sind, daß im Falle unscharfer Atemphase­ nerkennung der Abstand zwischen dem Inspirationsdruck und dem Expirations­ druck verringert wird.
20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drucksignalgenerator (4) auf einen patientenspezifischen Druck­ regelungsdatensatz (7) Zugriff hat.
21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atemphasenselektionsdatensatz (6) und/oder der Druckrege­ lungsdatensatz (7) unter Rückgriffnahme auf die seitens der Extraktionseinrich­ tung (2) generierten Datenfeldeinträge (3) generiert werden.
22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Druckabstimmungseinrichtung (8) vorgesehen ist, zur Einstel­ lung des Atemgasdruckes nach Maßgabe des Drucksteuersignales.
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckabstimmungseinrichtung (8) den Atemgasdruck an einer patientennahen Druckabgriffsstelle erfaßt.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckabstimmungseinrichtung (8) den Atemgasdruck derart ab­ stimmt, daß dessen statischer Druckanteil an der Druckabgriffsstelle oder im In­ nenraum einer Atemmaske dem nach Maßgabe des Drucksteuersignales (P) vor­ gegebenen Atemgasdruck entspricht.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckabstimmungseinrichtung (8) eine Druckkorrektureinrich­ tung umfaßt, zur Kompensation leitungsbedingter Druckabfälle.
26. CPAP-Gerät mit einer sich selbst auf die physiologischen Bedürfnisse eines Patienten abstimmenden Bilevel-Druckregelung bei welchem hinsichtlich des Atemgasstromes indikative Signale durch eine Extraktionseinrichtung analysiert werden und hierauf basierende Einträge in einem Datenspeicher vorgenommen werden, wobei ein Drucksignalgenerator und eine mit diesem operativ verbunde­ ne Atemphasenerkennungseinrichtung vorgesehen ist, und das Regelverhalten des Drucksignalgenerators sowie der Atemphasenerkennungseinrichtung auf Grundlage der Einträge in dem Datenspeicher dynamisch veränderbar sind.
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