DE10127793A1

DE10127793A1 - Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in einem Inkubator

Info

Publication number: DE10127793A1
Application number: DE10127793A
Authority: DE
Inventors: Jochim Koch
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US6616599B2; US20020188168A1; DE10127793B4; GB2378265A; GB2378265B; GB0213103D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in einem einen Patienten, insbesondere ein Früh- oder Neugeborenes, aufnehmenden Inkubator (3), der Bestandteil eines sogenannten Hybriden ist. Beim Umfunktionieren des Hybriden zwischen den beiden Gerätearten "geschlossener Inkubator" und "offener Pflegeeinheit" tritt das Problem auf, dass die eingestellte Lufttemperatur nicht aufrechterhalten werden kann und der Patient in Folge davon auskühlt. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine Wärmestrahlungsquelle (1), die sich außerhalb des mit einer strahlungsdurchlässigen Haube (2) verschließbaren Inkubators (3) befindet. Zu einem von einem Körpertemperatursensor (7) gemessenen Wert wird von einer Auswerte- und Steuereinheit (4) der von einem Lufttemperatursensor (5) gemessene, korrespondierende Wert bestimmt, der als Sollwert für die Lufttemperaturregelung herangezogen wird. Bei Überschreiten dieses Sollwerts durch die weiterhin vom Lufttemperatursensor (5) gemessenen Istwerte wird die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle (1) vermindert, andernfalls erhöht, und zwar solange, bis Sollwert und Istwert übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in einem einen Patienten aufnehmenden Inkubator.
Der erfindungsgemäß verwendete Inkubator ist Bestandteil eines sogenannten Hybriden. Hybriden bestehen im Wesentlichen aus einem Inkubator und einer Wärmestrahlungsquelle und vereinen dadurch Vorteile von zwei Gerätearten in sich: Mit einem geschlossenen Inkubator kann zuverlässig das für einen Patienten erforderliche komfortable Klima hergestellt werden, eine Wärmestrahlungsquelle über einer offenen Pflegeeinheit erleichtert den Zugang zum Patienten für Pflege- und Versorgungsmaßnahmen. Hybriden können mit wenig Aufwand von der einen zur anderen Geräteart, das heißt vom geschlossenen Inkubator zu einer offenen Pflegeeinheit oder umgekehrt, umfunktioniert werden. Geschlossene Inkubatoren erzeugen das erforderliche Klima in der Regel über eine Konvektionsheizung und einen Feuchte- Verdampfer, offene Pflegeeinheiten werden über Wärmestrahlungsquellen beheizt. Beim Umfunktionieren des Hybriden von der einen zur anderen Geräteart tritt das Problem auf, dass die Lufttemperatur in dem Hybriden für den Patienten nicht zuverlässig aufrecht erhalten werden kann, wenn der Inkubator geöffnet wird und die Wärmestrahlungsquelle anstelle der Konvektionsheizung eingesetzt wird oder umgekehrt, wenn der Inkubator geschlossen wird, die Wärmestrahlungsquelle ausgeschaltet und statt dessen die Konvektionsheizung eingeschaltet wird. In beiden Fällen sinkt die Temperatur im Inkubator für einen gewissen Zeitraum stark ab. Das führt dazu, dass der Patient in der Zwischenzeit auskühlt.

In der US 5,817,003 werden ein Hybrid und ein Verfahren beschrieben, um die Körpertemperatur eines Patienten während eines Wechsels von der einen zur anderen Geräteart aufrechtzuerhalten. Dieses Ziel wird durch die Ausführung des Hybriden und mit dem darauf angewendeten Verfahren zur ineinandergreifenden Regelung der Leistung von Konvektionsheizung und Wärmestrahlungsquelle nur unzureichend erfüllt. Der Wechsel bei einem Hybriden von der Geräteart einer offenen Pflegeeinheit auf die Geräteart eines geschlossenen Inkubators führt deshalb zu unregelmäßigen Schwankungen der Körpertemperatur des Patienten. Bei gleicher Lufttemperatur ruft eine Wärmestrahlungsquelle an der Hautoberfläche eines Patienten eine höhere Temperatur hervor als eine Konvektionsheizung. Wird beispielsweise die Temperatur an der Hautoberfläche des Patienten nun zur Bestimmung seiner Körpertemperatur herangezogen, so müssen in beiden Fällen unterschiedliche Umrechnungsmethoden verwendet werden. Bei Nichtberücksichtigung dieses Unterschieds tritt zwangsläufig eine Fehlregelung der Körpertemperatur ein. Beim Umschalten von der Wärmestrahlungsquelle der offenen Pflegeeinheit auf die Konvektionsheizung des geschlossenen Inkubators wird die Wärmestrahlungsquelle zusammen mit der Inkubatorhaube zum Schließen des Inkubators abgesenkt. Bevor die Wärmestrahlungsquelle jedoch auf diese Weise in die Nähe des Patienten gelangt, muss sie sich zuvor hinreichend abgekühlt haben, damit sich der Patient durch unbeabsichtigten Kontakt keine Verbrennungen zuzieht. Da die in der Praxis dafür verwendeten Infrarotstrahlungsquellen häufig Oberflächentemperaturen von einigen hundert Grad aufweisen, besteht zudem bei erhöhter Sauerstoffkonzentration oder Einsatz von alkoholhaltigen Desinfektionsmitteln Brandgefahr. Die Übergangszeit zwischen beiden Gerätearten beträgt deshalb stets einige Minuten, um sicherzustellen, dass sich die Infrarotstrahlungsquelle beim Übergang von der offenen Pflegeeinheit zum geschlossenen Inkubator hinreichend abgekühlt hat, bevor sie in die Nähe des Patienten gelangt, und umgekehrt, dass die Infrarotstrahlungsquelle bereits hinreichenden Abstand vom Patienten hat, bevor sie sich beim Übergang vom geschlossenen Inkubator zur offenen Pflegeeinheit aufheizt. Während dieser Übergangszeit kann die Lufttemperatur im Inkubator des Hybriden nur unzureichend aufrechterhalten werden, so dass ein sich darin befindender Patient auskühlt. Des weiteren kann es erforderlich sein, die Haube eines Inkubators sofort zu öffnen. Ein Vorheizen durch vorheriges Einschalten der Wärmestrahlungsquelle ist dabei nicht mehr möglich. Die Konvektionsheizung des geöffneten Inkubators ist bereits ausgeschaltet, die Wärmestrahlungsquelle noch nicht erwärmt, so dass der Patient auskühlt.

Zur Vermeidung der Verbrennungsgefahr des Patienten oder einer Brandgefahr kann die Infrarotstrahlungsquelle bei einem Hybriden während der Übergangszeit zwischen beiden Gerätearten mit einer automatisch öffnenden und schließenden Klappe abgedeckt werden. Übergangszeiten beim Wechsel zwischen beiden Gerätearten, in denen der Patient auskühlt, werden auf diese Weise verkürzt. Dies macht jedoch aufwändige technische Maßnahmen erforderlich und führt allenfalls zu einer Verminderung, nicht zu einer Beseitigung des Problems der unzureichenden Regelung der Lufttemperatur für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur des Patienten im Hybriden.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Lufttemperaturregelung in einem Inkubator für einen Patienten, das die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur auch beim Wechsel zwischen den verschiedenen Gerätearten gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Das Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in einem einen Patienten aufnehmenden Inkubator verwendet eine Wärmestrahlungsquelle, vorzugsweise eine Infrarotstrahlungsquelle, die einen Patienten in dem Inkubator anstrahlt. Die Temperatur im Inneren des Inkubators wird von einem Lufttemperatursensor gemessen. Dieser Istwert T_I für die Lufttemperatur wird an eine Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet und mit einem intern vorgegebenen Sollwert Ts für die Lufttemperatur im Inneren des Inkubators verglichen. Aus dem Istwert T_I und dem Sollwert Ts für die Lufttemperatur wird die Differenz Ts - T_I gebildet. Aus der Differenz Ts - T_I wird eine Stellgröße für die Wärmestrahlungsquelle erzeugt, und zwar in der Weise, dass im Fall Ts - T_I >0, das heißt der Istwert ist kleiner als der Sollwert der Lufttemperatur, die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle erhöht wird und im Fall Ts - T_I ≤ 0, das heißt der Istwert ist größer als der Sollwert der Lufttemperatur, die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle vermindert wird, solange bis Ts - T_I = 0 gilt, das heißt Istwert und Sollwert übereinstimmen. Dadurch, dass für die Temperaturregelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine Wärmestrahlungsquelle verwendet wird, wird eine Fehlregelung der Körpertemperatur des Patienten vermieden, die dadurch bedingt ist, dass eine Lufttemperatur vorgegeben wird und dabei unberücksichtigt bleibt, ob sie über eine Konvektionsheizung oder eine Wärmestrahlungsquelle herbeigeführt wurde.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Wärmestrahlungsquelle gegenüber dem Inkubator des Hybriden für den Patienten ortsfest installiert, das heißt Wärmestrahlungsquelle und Inkubator haben konstanten Abstand.

Die Wärmestrahlungsquelle sendet ununterbrochen Strahlung aus. Auf diese Weise werden unerwünscht lange Aufwärmzeiten vermieden, die dadurch bedingt sind, dass sich beim Einschalten der Wärmestrahlungsquelle diese erst vollständig erwärmen muss, bevor die angestrebte Leistung erreicht wird. Der Inkubator des Hybriden zur Aufnahme des Patienten ist mit einer für die Strahlung der Wärmestrahlungsquelle durchlässigen Haube verschließbar. Auf diese Weise kann das Klima im Inkubator besser aufrechterhalten werden, und zwar in Bezug auf Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sauerstoffgehalt. Der Lufttemperatursensor im Inneren des Inkubators weist eine für die Strahlung der Wärmestrahlungsquelle undurchlässige Abschirmung auf. Dadurch wird sichergestellt, dass die Messergebnisse durch Strahlung, die auf den Lufttemperatursensor trifft, nicht verfälscht werden. Bei dem Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in dem Inkubator, der einen Patienten aufnimmt, wird ein von dem Lufttemperatursensor gemessener Istwert für die Lufttemperatur mit einem intern vorgegebenen Sollwert verglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst der Körpertemperaturwert des Patienten mit mindestens einem Körpertemperatursensor, beispielsweise einem Hauttemperatursensor, ermittelt und an die Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet. Währenddessen werden vom Lufttemperatursensor Istwerte für die Lufttemperatur im Inkubator empfangen und ebenfalls an die Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet. Die Auswerte- und Steuereinheit gibt daraufhin einen Sollwert für die Lufttemperatur in der Weise vor, dass dieser mit einem gewünschten Körpertemperaturwert beim Patienten korrespondiert. Dadurch wird über die Regelung der Lufttemperatur die Aufrechterhaltung eines gewünschten Körpertemperaturwerts beim Patienten erzielt. Gewünschte Körpertemperaturwerte sind hierbei insbesondere die sogenannte Kerntemperatur, welche in bekannter Weise aus einer Hauttemperaturmessung am Kopf oder am Thorax des Patienten und der rechnerischen Verknüpfung mit seiner Umgebungstemperatur bestimmt wird, oder die sogenannte Peripherietemperatur, welche aus einer Hauttemperaturmessung an den Extremitäten (Finger, Zehen) und der rechnerischen Verknüpfung mit der Umgebungstemperatur des Patienten ermittelt wird.

Neben der Regelung der Lufttemperatur erfolgt insbesondere auch eine Regelung der Luftfeuchtigkeit und des Sauerstoffsgehalts der Luft im Inkubator. Führt man eine Frischluftanreicherung in der Weise durch, dass eine ständige Frischluftzufuhr mit Bakterienfilter einen geringfügigen Überdruck in der Größenordnung von Bruchteilen von einem Pascal bis zu einigen wenigen Pascal im geschlossenen Inkubator erzeugt, so ist damit sichergestellt, dass durch kleinere Öffnungen oder Undichtigkeiten im Inkubator keine Luft von außen eintritt.

Im Inkubator befindet sich eine Matratze für den Patienten, die in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Matratzenheizung ausgestattet ist, die insbesondere durch die Auswerte- und Steuereinheit gesteuert wird. Die Matratzenheizung verfügt über eine Temperaturregelung, welche getrennt von der Lufttemperaturregelung im Inkubator betrieben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Kerntemperatur und der Hauttemperatur bei einem Frühgeborenen sowie der Lufttemperatur im Inkubator für das Frühgeborene bei einem Hybriden nach dem bekannten Stand der Technik,
Fig. 2 einen Hybriden, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.
In der Fig. 1 ist der zeitliche Verlauf der Kerntemperatur als gepunktete Linie, der zeitliche Verlauf der Hauttemperatur bei einem Frühgeborenen als durchgezogene Linie dargestellt. Das Frühgeborene wiegt 500 Gramm, wurde in der 26. Schwangerschaftswoche geboren und ist vier Tage alt. Die Lufttemperatur im Inkubator für das Frühgeborene bei einem Hybriden nach bekanntem Stand der Technik ist als gestrichelte Linie dargestellt. Die Temperaturen sind jeweils in Grad Celsius (°C) aufgetragen über der Zeit in Minuten (min).
Zum Zeitpunkt t₀ = 0 wird das Frühgeborene in den Inkubator gelegt, der Inkubator wird geschlossen und die Konvektionsheizung wird eingeschaltet. Die Lufttemperatur im Inkubator steigt schnell von 35°C auf 37°C an, die Hauttemperatur des Frühgeborenen steigt mit leichter zeitlicher Verzögerung dazu von 35°C auf 36°C an. Im selben Zeitraum sinkt die Kerntemperatur des Frühgeborenen von 36,5°C zunächst auf 36°C ab, bedingt durch die am Anfang etwas kühlere Lufttemperatur in dem Inkubator, steigt dann aber allmählich wieder auf 36,5°C an. Zum Zeitpunkt t₁ = 200 haben sich alle Temperaturen stabilisiert: Die Lufttemperatur im Inkubator beträgt 37°C, die Hauttemperatur beim Frühgeborenen beträgt 36°C und die Kerntemperatur 36,5°C. Zum Zeitpunkt t₁ = 200 wird die Konvektionsheizung ausgeschaltet, der Inkubator wird geöffnet und eine auf den Inkubator gerichtete Wärmestrahlungsquelle eingeschaltet. Als Folge davon sinkt die Lufttemperatur im Inkubator sprunghaft auf 31°C ab, die Hauttemperatur und die Kerntemperatur beim Frühgeborenen sinken in einer kurzen Zeitspanne geringfügig ab, danach steigt die Kerntemperatur in etwa auf einen Wert von 37°C an, die Hauttemperatur steigt ebenfalls auf fast 37°C und erreicht einen höheren Wert als bei geschlossenem Inkubator mit eingeschalteter Konvektionsheizung. Zum Zeitpunkt t₂ = 400 haben sich wiederum alle Temperaturen stabilisiert: Die Lufttemperatur im geöffneten Inkubator beträgt 31°C, die Hauttemperatur beim Frühgeborenen beträgt annähernd 37°C und die Kerntemperatur etwas mehr als 37°C. Zum Zeitpunkt t₂ = 400 wird die Konvektionsheizung wieder eingeschaltet, der Inkubator wird geschlossen und die auf den Inkubator gerichtete Wärmestrahlungsquelle ausgeschaltet. Das hat zur Folge, dass die Lufttemperatur im Inkubator sehr schnell wieder auf 37°C ansteigt, die Kerntemperatur hingegen stark abfällt auf 35,5°C und die Hauttemperatur auf 34,5°C. Nach einer gewissen Zeit stabilisieren sich alle Temperaturen wieder: Die Lufttemperatur im geschlossenen Inkubator und die Kerntemperatur des Frühgeborenen auf etwa 37°C, die Hauttemperatur des Frühgeborenen auf 36°C.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass beim Wechsel vom geschlossenen Hybriden mit Konvektionsheizung zum offenen Hybriden mit Wärmestrahlungsquelle und umgekehrt unzumutbare Schwankungen sowohl der Kerntemperatur als auch der Hauttemperatur des Frühgeborenen auftreten. Eine Lösung dieses Problems stellt das erfindungsgemäße Verfahren dar, das mit dem in der Fig. 2 dargestellten Hybriden durchgeführt werden kann. Der Hybrid umfasst einen Inkubator 3 zur Aufnahme eines Patienten, für den eine sich am Boden des Inkubators 3 befindende Matratze 8 vorgesehen ist. Der Inkubator 3 ist verschließbar über eine wärmestrahlungsdurchlässige Abdeckung, insbesondere eine Haube 2 oder eine Folie. Eine Halterung 9 für den Hybriden weist Rollen 10 auf, damit ein mobiler Einsatz des Hybriden ermöglicht wird. Eine Wärmestrahlungsquelle 1 sendet Wärmestrahlung, dargestellt durch drei nach unten weisende Pfeile, durch die geschlossene Haube 2 auf den im Inkubator 3 auf der Matratze 8 liegenden Patienten. Ein Hauttemperatursensor 7 misst die Hauttemperatur des Patienten. Ein Lufttemperatursensor 5 misst die Lufttemperatur im Inkubator 3. Der Lufttemperatursensor 5 ist über eine strahlungsundurchlässige Abschirmung 6 vor den Strahlen der Wärmestrahlungsquelle 1 geschützt. Die vom Lufttemperatursensor 5 und vom Hauttemperatursensor 7 empfangenen Signale werden an eine Auswerte- und Steuereinheit 4 weitergeleitet. Zu einem vorgegebenen Hauttemperaturwert wird von der Auswerte- und Steuereinheit 4 zunächst derjenige Lufttemperaturwert ermittelt, der mit dem vorgegebenen Hauttemperaturwert beim Patienten korrespondiert. Dieser Lufttemperaturwert ist der intern vorgegebene Sollwert Ts des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Lufttemperatur. Ein vom Lufttemperatursensor 5 gemessener Lufttemperaturwert ist der Istwert T_I. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 bildet die Differenz Ts - T_I und erzeugt daraus eine Stellgröße für die Wärmestrahlungsquelle 1 in der Weise, dass im Falle Ts - T_I > 0 die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle 1 erhöht wird und im Fall Ts - T_I ≤ 0 die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle 1 vermindert wird, solange bis Ts - T_I = 0 gilt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Lufttemperatur in einem einen Patienten aufnehmenden, verschließbaren und wärmestrahlungsdurchlässigen Inkubator (3), der der Strahlung einer Wärmestrahlungsquelle (1) ausgesetzt ist, mit einem Lufttemperatursensor (5) in dem Inkubator (3) und einer Auswerte- und Steuereinheit (4), die die vom Lufttemperatursensor (5) empfangenen Signale auswertet und die von der Wärmestrahlungsquelle (1) abgegebene Strahlendosis steuert, bestehend aus folgenden Schritten:

a) der Lufttemperatursensor (5) empfängt einen Istwert T_I für die Lufttemperatur, der an die Auswerte- und Steuereinheit (4) weitergeleitet wird,

b) die Auswerte- und Steuereinheit (4) vergleicht den Istwert T_I mit einem intern vorgegebenen Sollwert Ts, indem sie aus beiden Werten die Differenz Ts - T_I bildet und daraus eine Stellgröße erzeugt für die Wärmestrahlungsquelle (1),

c) so dass im Fall Ts - T_I > 0 die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle (1) erhöht wird und im Fall Ts - T_I ≤ 0 die Strahlendosis der Wärmestrahlungsquelle (1) vermindert wird, solange bis Ts - T_I = 0 gilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestrahlungsquelle (1) in Bezug auf den Inkubator (3) einen konstanten Abstand hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestrahlungsquelle (1) ununterbrochen Strahlung aussendet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (3) durch eine für die Strahlung der Wärmestrahlungsquelle (1) durchlässige Haube (2) verschließbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufttemperatursensor (5) eine für die Strahlung der Wärmestrahlungsquelle (1) undurchlässige Abschirmung (6) aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mindestens ein Körpertemperatursensor (7) den Körpertemperaturwert des Patienten ermittelt und an die Auswerte- und Steuereinheit (4) weiterleitet, die daraus den Sollwert Ts für die Lufttemperatur in der Weise bestimmt, dass dieser mit einem gewünschten Körpertemperaturwert beim Patienten korrespondiert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Inkubator (3) eine Einrichtung zur geregelten Luftbefeuchtung vorgesehen ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Inkubator (3) eine Einrichtung zur geregelten Sauerstoffanreicherung vorgesehen ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ständige Frischluftanreicherung in einer Menge erfolgt, die einen geringfügigen Überdruck im Bereich von Bruchteilen von einem Pascal bis zu einigen wenigen Pascal im Inkubator (3) erzeugt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Inkubator (3) eine Matratzenheizung vorgesehen ist, die insbesondere durch die Auswerte- und Steuereinheit (4) gesteuert wird.