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Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Verabreichung eines
Atemgases an einen Anwender. Weiterhin richtet sich die Erfindung
auch auf ein Verfahren zur Einstellung des am Anwender anliegenden
statischen Druckes des Atemgases auf alternierende und hierbei zumindest
phasenweise über
den Umgebungsdruck liegende Druckpegel.
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Insbesondere
zur Behandlung schlafbezogener Atmungsstörungen, ist es bekannt, ein
Atemgas, beispielsweise gefilterte Umgebungsluft auf einem gegenüber dem
Umgebungsdruck erhöhten
Druckniveau einem Patienten über
eine Atemmaskenanordnung und eine hiermit gekoppelte Fördereinrichtung
zuzuführen.
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Durch
einen im Bereich von üblicherweise
4 bis 18 mbar gegenüber
dem Umgebungsdruck erhöhten
Atemgasdruck wird es möglich,
etwaigen Obstruktionen im Bereich der oberen Atemwege vorzubeugen.
Die im Rahmen der Verabreichung des Atemgases auf einem erhöhten Druckniveau
erreichte Reduktion der Wahrscheinlichkeit des Auftretens etwaiger
Obstruktionen im Bereich der oberen Atemwege, beruht auf einem als
pneumatische Schienung bezeichneten Effekt. Dieser Schienungseffekt
wird als solcher durch den im Bereich der oberen Atemwege auf die
Atemwegswandung wirkenden und hierbei radial stützenden Druck erreicht. Die
Höhe des
zur Abstützung
obstruktionsrelevanter Atemwegsabschnitte erforderlichen Druckes
ist abhängig
vom physiologischen Zustand des Anwenders. Insbesondere bei Krankheitsbildern
mit ausgeprägter
Einengung der oberen Atemwege, wird aufgrund eines im Rahmen der
Inspiration durch diese Einengungen strömungsbedingt verursachten Druckabfalls
ein äußerer Atemgasdruck
benötigt,
durch welchen auch noch nach Abzug des strömungswiderstandsbedingten,
inspiratorischen Druckabfalls in den obstruktionsrelevanten Zonen
eine hinreichende Atemwegsabstützung
gewährleistet
ist. Während
der Exspirationsphase wird durch den Strömungswiderstand der Atemwege
keine Absenkung des Stützdruckes
verursacht, so dass im Rahmen der Exspiration der Schienungseffekt
in der Regel auch bei einem geringeren Druck noch gewährleistet
ist.
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Um
die Druckbelastung des Anwenders möglichst gering zu halten ist
es bekannt, beispielsweise durch Messung des Atemgasflusses festzustellen,
ob momentan eine Exspirationsphase, oder eine Inspirationsphase
vorliegt. Die an dem Patienten anliegenden Atemgasdrücke können im
wesentlichen synchron mit den erkannten Atmungsphasen so variiert
werden, dass im Rahmen der Inspirationsphase der Atemgasdruck höher ist
als während
der Exspirationsphase. Das Spitzendruckniveau und der Druckpegelabstand
werden üblicherweise
im Rahmen der Untersuchung des Anwenders in einem Schlaflabor abgestimmt.
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Es
ist möglich,
den Druck des Atemgases definiert zu variieren. So ist es insbesondere
möglich, den
Atemgasdruck so zu führen,
dass während
der Exspirationsphasen niedrigere Atemgasdrücke vorherrschen als während der
Inspirationsphasen. Weiterhin ist es möglich, den Atemgasdruck derart
abzustimmen, dass beispielsweise ein erhöhter Atemgasdruck oder eine
erhöhte
Pegeldifferenz erst eingeregelt wird, wenn eine vorgegebene Inbetriebnahmephase
eines Therapiegerätes
oder Einschlafphase des Anwenders abgeschlossen ist, oder wenn die
zu beatmende Person sich in einem vorgegebenen Schlafstadium befindet.
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Die
Verabreichung des Atemgases auf den zumindest zeitweise über dem
Umgebungsdruck liegenden Druckpegeln kann über Geräte erfolgen die neben einer
typischerweise durch eine Gebläseeinrichtung
gebildeten Fördereinrichtung
zur Förderung des
Atemgases, eine Steuereinrichtung umfassen durch welche die Förderleistung
(z.B. durch Regelung der Laufraddrehzahl des Gebläses) der
Fördereinrichtung
abgestimmt wird.
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Diese
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass eine gewünschte Druckregelcharakteristik durch
im wesentlichen programmbasierte Festlegung der Konfiguration der
Steuereinrichtung erfolgt. Bei einer hinsichtlich der Rechenleistung
hinreichend umfassend ausgestatteten Steuereinrichtung wird es möglich, relativ
komplexe Druckregelungsstrategien zu realisieren und anhand einer
Betrachtung des Atemgasflusssignals Rückschlüsse auf den momentanen physiologischen
Zustand des Anwenders zu ziehen, und/oder eine Atemphasenerkennung
vorzunehmen und für
die Inspirations- und Exspirationsphasen unterschiedliche Solldruckpegel
zu errechnen.
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Bei
der Festlegung des Atemgasdruckes besteht das Problem, dass die
Einstellung eines unter atmungsmotorischen, oder therapeutischen
Gesichtspunkten, oder zur Obstruktionsprävention vorteilhaften Druckniveaus
von dem betroffenen Anwender unter Umständen subjektiv als nicht optimal,
belastend, oder als auch als unangenehm empfunden wird.
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Unter
dem Eindruck dieses Problems liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
Lösungen
zu schaffen, die eine seitens des Anwenders subjektiv als angenehm
wahrnehmbare, oder zumindest auf eine erhöhte Akzeptanz treffende Druckführung ermöglichen,
und welche atmungsmotorischen, sowie im Hinblick auf einen geforderten
therapeutischen Effekt maßgeblichen
Gesichtspunkten verbessert Rechnung tragen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur
Bereitstellung eines Atemgases auf alternierenden und zumindest
phasenweise über dem
Umgebungsdruck liegenden Atemgasdruckpegeln, mit:
- – einer
Fördereinrichtung
zur Förderung
des Atemgases,
- – einer
Druckeinstelleinrichtung zur Ansteuerung der Fördereinrichtung derart, dass
diese unter Rückgriff
auf ein Atemgassolldrucksignal das Atemgas auf einem Atemgassolldruckpegel
bereitstellt,
- – einer
Druckvorgabeeinrichtung zur Generierung des hinsichtlich des Atemgassolldruckpegels maßgeblichen
Atemgassolldrucksignales, und
- – Parametererhebungsmitteln
zur Bereitstellung wenigstens hinsichtlich des momentanen Atemgasdruckes
p, des Zeitfortschritts t und des momentanen Atemgasstromes v repräsentativer
Parameter,
- – wobei
die Druckvorgabeeinrichtung eine Rechnerschaltung umfasst, und die
Rechnerschaltung derart konfiguriert ist, dass diese den Atemgassolldruckpegel
in Abhängigkeit
von den seitens der Parametererhebungsmitteln bereitgestellten Parametern
derart einstellt, dass
zumindest im Rahmen der Exspirationsphase
eine Einstellung des Atemgasdruckes auf einen Druckpegel erfolgt
der auf Grundlage einer dynamischen, oder nicht-linearen Druckführungsfunktion
errechnet wird die als solche hinsichtlich des Atemgasstromes und
des Zeitfortschritts indikative Parameter berücksichtigt und dazu führt, dass
die Tendenz zur Absenkung des Atemgasdruckes im Zusammenhang mit dem
Ausmaß des
Atemgasstromes mit zunehmendem Zeitfortschritt abnimmt.
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Bei
dieser nicht-linearen Funktion handelt es sich vorzugsweise um eine
trigonometrische Funktion, oder dieser angenäherte Funktion mit ausgeprägt nicht-linearem
Charakter. Die nicht-lineare Funktion kann insbesondere als Arcus-Tangens,
Sinus/Cosinus, oder Wurzelfunktion definiert sein. Als Modulationsargument
kann insbesondere das Verhältnis
des momentanen Atemgasstromes zu einem Referenzwert herangezogen
werden. Bei diesem Referenzwert kann es sich um einen Extremwert
des Atemgasflusses des vorangegangenen Atemzuges oder auch um einen
anderweitig, vorzugsweise adaptiv errechneten Wert handeln. Als
adaptiv errechneter Wert eignet sich insbesondere der durchschnittliche Atemgasstrom
des letzen Atemzuges, oder einer bestimmten Anzahl von Atemzügen, oder
der Atemzüge
innerhalb einer bestimmten Zeitspanne.
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Die
Funktion ist vorzugsweise so festgelegt, dass nach Ablauf einer,
einer typischen Exspirations-Phase dauernder Zeitspanne das Potential
der Druckabsenkung verringert, ggf. auf Null gesetzt wird.
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Es
ist auch möglich, über den
erfindungsgemäßen Ansatz
nach Ablauf einer definierten, oder durch adaptive Ansätze errechneten
Zeitspanne eine temporäre
Druckerhöhung über einen
Basis- Therapiedruck
zu veranlassen, so dass beispielsweise im Falle einer nicht-detektierten
Exspirationsphase ein Triggerungseffekt zur Einleitung einer Inspirationsphase
generiert wird. In Anlehnung an eine Sinuscharakteristik können damit
auch sanfte Überschwingungen über den
eigentlichen Basistherapiedruck herbeigeführt werden, insbesondere dann, wenn
bestimmte Zeitkriterien erfüllt
sind.
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Durch
den erfindungsgemäßen Ansatz
wird es auf vorteilhafte weise möglich,
im Anschluss an den Ausklang einer Inspirationsphase eine allmähliche Absenkung
des Atemgasdruckes in einer subjektiv als atmungserleichternd empfindbaren
Weise herbeizuführen,
wobei das Ausmaß der
Druckabsenkung sich zeitlich derart ändert, dass mit fortschreitender
Zeit das Druckabsenkungspotential für die Exspirationsphase abnimmt.
Weiterhin wird es möglich, sowohl
die anfängliche
exspiratorische Druckabsenkung, als auch das Potential der endexspiratorischen Druckabsenkung
ohne anwenderseitig deutlich wahrnehmbare Schwellen zu begrenzen
und auch bei ungenau erkanntem Ende der Exspirationsphase, oder andauernder
Leckage eine zuverlässige
Rückkehr auf
das Therapiedruckniveau sicherzustellen.
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Gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der dynamischen,
oder nicht-linearen Berücksichtigung
der hinsichtlich des Atemgasstromes indikativen Signale auch die
momentane, oder modellierte thermische Belastung elektrischer, oder
anderweitig Grenztemperaturen setzender Komponenten, berücksichtigt.
Durch diesen Ansatz wird es möglich,
insbesondere Gerätezustände mit
noch nicht unzulässig
hoher thermischer Belastung der Gerätekomponenten zur Realisierung einer
erforderlichenfalls hohen Regeldynamik auszuschöpfen. Erst wenn anhand von
Temperaturmesswerten, oder anderweitigen Rückschlüssen auf die thermische Belastung
des Gerätes
eine niedrigere Regeldynamik, oder ein eingeschränkteres Druckregelungsspektrum
als empfehlenswert erscheint, können
entsprechende Argumente der Druckregelungsfunktion durch Parameterabstimmung
so gestaltet werden, dass ein geringeres Druckvariationspotential vorliegt,
oder anderweitig geringere Druckvariationen auftreten.
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Durch
die Berücksichtigung
der geschätzten, oder
tatsächlichen
thermischen Belastung kritischer Komponenten des Atemgasfördergerätes wird
es möglich,
den Stellbereich zeitweise weit auszuschöpfen, und eine Einengung desselben
erst vorzunehmen, wenn die tatsächliche,
oder geschätzte
Gerätebelastung
diese als erforderlich erscheinen lässt. Hierdurch wird es insbesondere
möglich,
im Rahmen einer anfänglichen
Einschaltphase des (hier noch kühlen)
Gerätes
in einem breiten Stellbereich und erforderlichenfalls mit einer
hohen Regeldynamik zu operieren.
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Vorzugsweise
ist die zur Errechnung des Solldruckpegels vorgesehene Funktion
als Summenfunktion mit mindestens einem Nicht-linearen Glied, oder
als Nicht-lineare Funktion mit einem den Atemgasstrom Rechnung tragenden
Argument gestaltet. Die Funktion kann insbesondere so gestaltet
sein, dass sich sowohl für
Atemgasströme
unterhalb eines Atemgasstrommittelwerte, als auch für Atemgasströme oberhalb
eines Atemgasstrommittelwertes abgeschwächte Druckabsenkungspotentiale
ergeben. Gegen Ende einer für
eine durchschnittliche Exspirationsphase typischen Zeitperiode kann
das Druckabsenkungspotential weitgehend eingeschränkt, auf Null
gesetzt, oder ggf. sogar invertiert werden, so dass hier eine leichte
Drucküberhöhung beispielsweise
als Inspirationstrigger eintritt.
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Es
ist möglich
im Rahmen der Druckvariation Aufzeichnungen des Zusammenhangs zwischen dem
Atemgasfluss und dem Atemgasdruck zu ziehen. Anhand dieses Zusammenhangs
wird es möglich
Rückschlüsse auf
einen ggf. momentan bestehenden Obstruktionszustand zu ziehen. Anhand
einer Beurteilung des Obstruktionszustandes wird es möglich, das
Atemgasdruckniveau, die Variationsbandbreite und anderweitige Regelungstechnische Merkmale
zu berücksichtigen.
Es ist auch möglich auf
anderweitige Weise, oder in Kombination mit der vorgenannten Maßnahme Rückschlüsse auf
den momentanen physiologischen Zustand des Anwenders, insbesondere
momentanen Obstruktionsgrad zu ziehen. Als derartige Ansätze eignen
sich insbesondere Ansätze
zur Auswertung obstruktionstypischer, oder anderweitig atmungsmotorisch
Aufschluss gebender Eigenschaften des Atemstromprofiles, insbesondere in
Kombination mit dem hierbei vorherrschenden Atemgasdruck.
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Es
ist auch möglich,
die erfindungsgemäße Funktion
mit einem Therm oder Argument zu versehen, oder zu verknüpfen, durch
welches, bzw. welchen etwaige Leckagezustände erkannt, oder regelungstechnisch
vorteilhaft kompensiert werden. Insbesondere ist es möglich, bei
einem deutlich erhöhten
Leckagestrom die Breite des Druckvariationsspektrums einzuschränken und
den Atemgasdruck weitgehend konstant auf einem Druckniveau zu führen, das
nach Maßgabe
eines für
Leckagezustände konzipierten
Druckbestimmungsansatz ermittelt ist und z.B. einem für den Anwender
vorgesehen Mindest-CPAP Druck entspricht.
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Unter
dem Begriff „Atemgasfluss" ist im vorliegenden
Kontext das atmungsbedingt verlagerte Volumen je Zeiteinheit zu
verstehen. Informationen hierzu können durch geeignete Messmittel,
z.B. Differenzdruck-Messblenden, Staudruck- oder anderweitige zur
Erfassung von Gasvolumenströmen
geeignete Messanordnungen gewonnen werden. Steuerungstechnisch können auch
anderweitige hinsichtlich des Atemgasflusses indikative Informationen oder
Signale, z.B. der elektrische Leistungsbezug der Atemgasfördereinrichtung
ausgewertet werden. Der Atemgasfluss, oder diesen repräsentierende
Signale können
auch anderweitig, insbesondere auch anhand der Gebläsedrehzahl
und dem am Gebläse anliegenden
Druckgradienten kennfeldbasiert gewonnen werden.
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Bei
Systemen mit einer Permanent-Auswaschung, d.h. dauernder Ableitung
ggf. CO2-befrachteter Luft aus dem Maskenbereich durch Spülöffnungen
kann eine hierdurch permanent im Flusssignal beinhalteter, ggf.
mit den wechselnden Drücken ebenfalls
leicht wechselnder Wert entsprechend berücksichtigt werden, so dass
der Spülstrom
nicht als Atmung als Inspiration interpretiert wird. Die Ermittlung
des Spülstroms
kann rechnerisch durch geeignete Modelle, durch Integral- oder auch
Mittelwertsbildung erfolgen und zeigt sich im Atemgasflusssignal
in Form eines Versatzes gegenüber
einer Nulllinie.
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Die
Atemphasenerkennung kann durch Auswertung der des Atemgasflusssignals,
insbesondere Auswertung der 1.Ableitung desselben hinsichtlich der
Erreichung von Nullstellen, oder Schwellwerten, erfolgen. Es ist
möglich,
verschiedene Ansätze
zur Atemphasenerkennung (Volumen-, Krümmungs-, und Steigungsbasierte,
sowie anderweitig profilbasierte Ansätze) zu kombinieren um eine
möglichst
sichere Erkennung und Trennung der Atemphasen zu ermöglichen.
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Es
ist möglich
den Variationsbereich des Atemgasflusses mit einem geeigneten Bezugsparameter
ins Verhältnis
zu setzen, so dass die Variation des Atemgasflusses in einem normierten
Bereich, z.B. 0 bis 1, oder 0 bis n liegt, wobei die so erreichte Normierung über eine
trigonometrische Funktion weiter abgebildet und zur Errechung eines
momentan geeigneten Druckwertes herangezogen werden kann. Die insoweit
zur Abbildung der Änderung
des Volumenstromes als Änderung
des Atemgasdruckes angewendete Abbildungsfunktion ist vorzugsweise so
gestaltet, dass sich innerhalb einer für eine Exspiration typischen
Zeitspanne im Bereich mittlerer Werte des Volumenstromes relative
starke Druckänderungen
ergeben, wogegen die Änderungen
mit anwachsenden, Volumenströmen
abnehmen (Die Abbildungsfunktion ist also im mittleren Bereich steiler als
im Anfangs und im Endbereich). Durch den Sinus- oder Cosinusansatz
können
besonders vorteilhafte Abbildungskonzepte zur Abbildung des exspiratorischen
Volumenstromes als Druckreduktionswerte realisiert werden. Der Druck
während
der Exspirationsphase kann beispielsweise nach folgenden Ansatz
festgelegt werden: pexp(v,t) =
1/2∙pbasis(1 + cos(π∙v/vmax∙(k2Tinsp – t)/(k2∙Tinsp)))wobei:
- pexp(v,t);
- Exspiratorischer statischer
Atemgasdruck
- pbasis;
- Basisdruck, z.B. empfohlener,
statischer, inspiratorischer Therapiedruck
- v;
- Atemgasfluss
- vmax;
- maximaler Atemgasfluss,
ggf. durchschnittlicher Spitzenwert
- k2;
- Abstimmungsfaktor
- Tinsp;
- Inspirationsphasendauer,
ggf. Durchschnittswert der vorausgegangenen Atemzyklen
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Weitere
vorteilhafte Merkmale, insbesondere Konfigurationsmerkmale der Steuereinrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung richtet sich auch auf das auf Grundlage der erfindungsgemäßen Vorrichtung
abarbeitbare Druckführungsverfahren
im allgemeinen, sowie in speziellen Ausgestaltungen wie sie sich
aus den angegebenen speziellen vorrichtungstechnischen Maßnahmen
oder anderweitig angegebenen Wirkungsangaben ergeben.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
Skizze zur Erläuterung
eines erfindungsgemäßen Systems
zur Zufuhr eines Atemgases auf in wesentlichen atmungssynchron alternierenden
Druckpegeln;
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2 eine
Skizze zur Erläuterung
der nicht-linearen Abhängigkeit
des Atemgasdruckes von dem momentanen Atemgasfluss;
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3 eine
Schemadarstellung zur Erläuterung
der zur erfindungsgemäßen Druckabstimmung vorgesehen
regelungstechnischen Maßnahmen,
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4a eine
Skizze zur Erläuterung
des Aufbaus einer ersten Variante der zur erfindungsgemäßen Druckabstimmung
herangezogenen Funktion,
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4b eine
Skizze zur Erläuterung
einer weiteren Variante der zur Druckabstimmung herangezogenen Funktion,
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5 ein
Datenblatt zur Erläuterung
der unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Funktion generierten Druckwerte,
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6 ein
Diagramm zur Illustration der Werte gemäß 5,
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7a eine
graphisch unterlegte Zusammenstellung zur Erläuterung eines Funktionsbestandteils
f1 einer weiteren Druckführungsfunktion;
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7b eine
graphisch unterlegte Zusammenstellung zur Erläuterung eines weiteren Funktionsbestandteils
f2 einer weiteren Druckführungsfunktion.
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7c eine
Formelzusammenstellung zur Veranschaulichung der Bildung der Druckführungsformel
aus den Argumenten f1 und f2.
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Die
Schemadarstellung gemäß 1 zeigt einen
Anwender 1 an welchem über
eine Kopfbandeinrichtung 2 eine Atemmaske 3 fixiert
ist. Die Atemmaske 3 ist bei diesem Beispiel so ausgebildet,
dass diese den Nasenbereich abdeck, jedoch den Mundbereich frei
lässt.
Es ist auch möglich,
die Atemmaske 3 so auszubilden, dass durch diese auch die Mundöffnung noch
abgedeckt wird. Die Atemgaszufuhr kann auch über anderweitige Strukturen,
z.B. Mundeinsatzelemente oder lediglich im Umgebungsbereich der
Nasenöffnungen
aufsitzende Nasenkissen erfolgen.
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Die
Atemmaske 3 ist über
einen Schlauchanschlussstecker 4 und eine flexible Schlauchleitung 5 mit
einer Vorrichtung 6 zur Zufuhr des Atemgases (hier gefilterte
Umgebungsluft) verbunden. Die Vorrichtung 6 umfasst eine
hier als Gebläseeinrichtung 7 ausgebildete
Fördereinrichtung,
die über
eine Saugleitung 8 und eine Saugfiltereinrichtung 9 saugseitig mit
der Umgebung kommuniziert.
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Die
Gebläseeinrichtung 7 ist
druckseitig an einen Druckleitungsabschnitt 10 angeschlossen.
Der Druckleitungsabschnitt 10 führt über eine nicht näher illustrierte
Schalldämpferstrecke
zu einem Schlauchanschlussstutzen 11, mit welchem die flexible Schlauchleitung 5 in
lösbarer
Weise gekoppelt ist.
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Im
Bereich des Druckleitungsabschnitts 10 befindet sich eine
Signalabgriffseinrichtung 12 zum Abgriff hinsichtlich des
Atemgasstromes indikativer Signale. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist
die Signalabgriffseinrichtung im Zusammenspiel mit einer Messblendenanordnung
realisiert, wobei das hinsichtlich des Atemgasstromes indikative
Signal in Form eines Differenzdrucksignals, d.h. der Differenz der
Drücke
vor und hinter der Messblendenanordnung abgreifbar ist. Hinsichtlich
des Atemgasstromes indikative Signale können auch auf anderweitige
Weise erhoben werden, z.B. auf Grundlage einer Erfassung des Motorleistungsbezugs,
akustischer Effekte, oder zum Beispiel auch durch einen Lichtleiter
der durch das vorbeiströmende
Atemgas Flussindikativ ausgelenkt wird.
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Die
Gebläseeinrichtung 7 kann
so ausgebildet sein, dass die durch die Gebläseeinrichtung 7 zwischen
der Saugleitung 8 und dem Druckleitungsabschnitt 10 aufgebaute
Druckdifferenz durch Regelung der Drehzahl eines in der Gebläseeinrichtung 7 vorgesehenen
Laufrades einstellbar ist. Es ist auch möglich, anderweitige Vorkehrungen
zur Steuerung bzw. Regelung der zwischen der Saugleitung 8 und dem
Druckleitungsabschnitt 10 vorliegenden Druckdifferenz zu
treffen. Derartige Vorkehrungen können insbesondere in Form von
Bypass-Leitungen oder auch von innerhalb der Gebläseeinrichtung 7 getroffenen
Maßnahmen
realisiert sein.
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Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird
die zwischen der Saugleitung 8 und dem Druckleitungsabschnitt 10 herrschende
Druckdifferenz durch Regelung der Drehzahl eines Laufrades der Gebläseeinrichtung 7 abgestimmt.
Hierzu ist eine Antriebseinrichtung der Gebläseeinrichtung 7 über eine Ansteuerungsleitung 13 mit
einer Steuereinrichtung 14 verbunden. Die Steuerreinrichtung 14 ist
vorzugsweise so ausgebildet, dass das durch diese Steuereinrichtung 14 letztendlich
abgearbeitete Druckregelungskonzept programmbasiert durch Ablegung
entsprechender Programmdatensätze
festlegbar ist. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 14 insbesondere
derart ausgebildet, dass durch diese auf die jeweils vorgesehene
Therapie abgestimmte Druckregelungskonzepte realisierbar sind. Diese
Druckregelungskonzepte können
in entsprechenden Speichereinheiten 15 unmittelbar in der
Steuereinrichtung 14 hinterlegt sein. Es ist auch möglich, die
Speichereinheiten 15 als Wechseleinheiten auszubilden,
sodass das jeweilige Steuerungskonzept durch Einsatz oder Ankoppelung
einer entsprechenden Speicher- oder Schaltungseinheit in die Steuereinrichtung 14 bereitgestellt
wird. Weiterhin ist es auch möglich,
die Steuereinrichtung 14 mit einer Schnittstelleneinrichtung zu
versehen, sodass die entsprechende Konfiguration der Steuereinrichtung 14 unter
vorübergehendem Anschluss
an ein Konfigurationssystem herbeiführbar ist.
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Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist
in der Speichereinheit 15 ein Datensatz abgelegt, durch
welchen eine Abstimmung des an dem Anwender 1 über die
Atemmaske 3 anliegenden Atemgasdruckes nach Maßgabe eines
Druckregelungskonzeptes erfolgt, das zumindest zeitweise atmungssynchron
alternierende Druckpegel vorsieht.
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Diese
Druckpegel werden hierbei insbesondere für eine Exspirationsphase sowie
gegebenenfalls auch für
eine Inspirationsphase unter Rückgriffnahme
auf eine nicht-lineare Druckfühurngsfunktion eingestellt.
Diese nicht-lineare Druckfühurngsfunktion
ist beispielhaft als von der Zeit t und dem momentanen Atemgasstrom
v. abhängige
dreidimensionale Funktion f dargestellt. Entsprechend dieser hier
gezeigten Funktion f kann in Abhängigkeit
vom Zeitfortschritt sowie vom momentanen Atemgasstrom während einer
Expirationsphase eine Druckabsenkung sowie gegebenenfalls auch zu
Beginn einer Inspirationsphase eine leichte Drucküberhöhung herbeigeführt werden.
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Die
Steuereinrichtung 14 ist weiterhin derart ausgebildet,
dass diese neben dem hinsichtlich des momentanen Atemgasflusses
indikativen und über die
Signalabgriffseinrichtung 12 abgegriffenen Signal den momentan
eingestellten Atemgasdruck sowie auch die tatsächlich vorherrschende, oder über einen Modellansatz
errechnete thermische Belastung bestimmter Komponenten der Vorrichtung 6 berücksichtigt.
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Die
Steuereinrichtung 14 kann dabei insbesondere so konfiguriert
sein, dass diese bis Erreichen einer grenzwertigen thermischen Belastung
der Vorrichtung 6, die Atemgasdruckregelung mit einer relativ
hohen Regeldynamik, oder über
ein relativ breites Druckvariationsspektrum vornimmt. Dadurch wird
es insbesondere möglich,
im Rahmen der Einschlafphase eines Patienten eine unter voller Ausschöpfung des
Druckregelungsspektrums eine besonders komfortable Druckregelung
zu realisieren.
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Die
Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass diese zunächst in
Form einer Standardkonfiguration eine vorzugsweise weitgehend überschwingungsfreie
Einregelung eines für
den Anwender vorgesehenen Therapiedruckes (zum Beispiel CPAP-Druck)
ermöglicht.
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Lediglich
für bestimmte
Anwendungs- bzw. Therapiefälle
wird die Steuereinrichtung 14 zur Abarbeitung aufwendigerer
Drucksteuerungskonzepte konfiguriert. Diese spezielle Konfiguration
kann dadurch erfolgen, dass die Steuereinrichtung 14 mit
einer zur aufwendigeren Errechnung eines Solldrucksignals vorgesehenen
Steuermodul ergänzt
wird, sodass als Schnittstelleninformation lediglich der seitens
des Steuermoduls geforderte Solldruck ausgetauscht wird. Es ist
möglich,
bei der Ermittlung des Solldrucks gerätespezifische Eigenschaften,
insbesondere das Übertragungsverhalten
der Gebläseeinrichtung 7 zu
berücksichtigen,
sodass durch die Vorgabe des Solldrucksignals bereits bestimmte Übertragungseigenschaften
des Systems berücksichtigt werden.
Das Solldrucksignal entspricht in diesem Fall nicht dem letztendlich
einzuregelnden Druck, sondern einer zur Erreichung eines geforderten Drucks
vorab erforderlichen Stellgröße.
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Wie
aus 2 ersichtlich, wird es möglich, auf Grundlage der erfindungsgemäßen Konfiguration der
Steuereinrichtung 14 insbesondere durch Festlegung der
Regelstrategie der Steuereinrichtung 14 durch den in der
Speichereinrichtung 15 abgelegten Datensatz, zumindest
phasenweise atmungssynchron alternierende Atemgasdruckpegel einzustellen.
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Unter
Rückgriffnahme
auf repräsentierende Parameter,
insbesondere den Zeitfortschritt, den momentanen Atemgasstrom sowie
die thermische Belastung der zur Zufuhr des Atemgases vorgesehenen Fördereinrichtung
wird es möglich,
während
einer Exspirationsphase den Atemgasdruck in einer seitens des Anwenders
subjektiv als angenehm empfindbaren Weise abzusenken. Die Druckabsenkung kann
hierbei so erfolgen, dass der Zusammenhang der Druckabsenkung mit
dem exspiratorischen Atemgasstrom deutlich nicht linearer Art ist
und sich insbesondere zeitlich ändert.
Hierdurch wird es möglich, insbesondere
gegen Ende einer für
einen durchschnittlichen Exspirationszyklus typischen Zeitphase eine
Rückkehr
auf das zur Obstruktionsprävention vorgesehene
Therapiedruckniveau zu erreichen. Es ist auch möglich, die Funktion so zu gestalten,
dass gegen Ende der Exspirationsphase, oder im frühen Anfangsstadium
einer Inspirationsphase eine gewisse Drucküberhöhung über das ansonsten vorgesehene
Beatmungsdruckniveau erreicht wird.
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Bei
dem hier gezeigten ersten Atemzyklus a wird während der Expirationsphase
auf Grundlage der erfindungsgemäßen Funktion
eine hinsichtlich des Atemgasstromes nicht-lineare Druckabsenkung erreicht.
Während
des hier gezeigten Atemzyklus b ergeben sich auf Grund der Abstimmung
der Druckführungsfunktion
ebenfalls nichtproportionale und deutlich nicht-lineare Zusammenhänge zwischen
der Druckabsenkung und dem momentanen Atemgasstrom.
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Für den Atemzyklus
c ergibt sich beispielsweise auf Grund einer bereits fortgeschrittenen
thermischen Belastung der Fördereinrichtung
ein nochmals veränderter
nicht-proportionaler, nicht-linearer Zusammenhang zwischen dem Atemgasstrom
und der Absenkung des Druckes während
der Exspirationsphase.
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3 dient
der Veranschaulichung des erfindungsgemäß zur Abstimmung des am Patienten
anliegenden statischen Druckes P des Atemgases vorgesehenen Regelkreis.
Dieser Atemgasdruck wird durch die Gebläseeinrichtung 7 aufgebaut.
Die Förderleistung
der Gebläseeinrichtung 7 wird
durch ein Steuerungsmodul m1 abgestimmt. Dieses Steuerungsmodul
m1 kann Teil eines im Hinblick auf eine Rückführung des Drucksignals P geschlossenen
Regelkreises bilden.
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Dem
Drucksteuerungsmodul m1 kann ein Druckvorgabesignal SP durch ein
Vorsteuermodul m2 zugeleitet werden. Das Vorsteuermodul m2 kann so
ausgebildet sein, dass durch dieses ein seitens eines Druckvorgabemoduls
m3 vorgegebener Sollwert in einer im Hinblick auf das Übertragungsverhalten des
unter Einbindung des Steuermoduls m1 geschlossenen Regelkreises
vorteilhaft verarbeitbares Drucksteuersignal SP generiert wird.
Die hier als diskrete Module m1, m2, m3 gezeigten Steuerungseinrichtungen
können
programmbasiert ineinandergreifend in einer einzigen Recheneinrichtung
verwirklicht sein.
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Es
ist jedoch auch möglich,
das Steuerungsmodul m1 so zu bilden, dass dieses Bestandteil eines Standard-
oder Grundgerätes
bildet, das unterschiedliche Generierungsmöglichkeiten für das Druckvorgabesignal
SP zulässt.
So kann beispielsweise bei einer Basis- oder Standardkonfiguration der
Atemgaszufuhrvorrichtung 6 (siehe 1) das Druckvorgabesignal
SP durch eine einfache Eingabevorrichtung anwenderseitig eingestellt
werden.
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Im
Falle der Um- oder Aufrüstung
der Vorrichtung 6 kann beispielsweise programmbasiert die Konfiguration
der Steuereinrichtung 14 oder der Steuereinheit 15 verändert werden.
Es ist auch möglich,
die Steuereinrichtung 14 mit zusätzlicher Signal- oder Datenverarbeitungs-
oder Datenträgerhardware zu
bestücken,
um das Steuerdrucksignal SP bereitzustellen.
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Durch
das Druckvorgabemodul m3 wird insbesondere ein hinsichtlich des
momentanen Atemgasflusses indikatives Signal, das beispielsweise über die
in 1 gezeigte Signalabgriffseinrichtung 12 gewonnen
werden kann, verarbeitet. Durch das Modul m3 können weiterhin Informationen über die momentane
thermische Belastung der Vorrichtung 6, sowie den momentan
am Patienten anliegenden Druck p sowie auch Zeitinformationen verarbeitet werden.
Die Zeitinformationen und gegebenenfalls auch die Informationen über den
thermischen Zustand der Vorrichtung können durch Takt- oder Zeitgebereinrichtungen
unmittelbar in dem Modul m3 bereitgestellt werden. Die thermische
Belastung kann auch durch im Bereich der Vorrichtung 6 vorgesehene
Temperaturerfassungsorgane erfasst werden, oder auch über einen
Modellansatz im Bereich des Moduls M3 errechnet werden. Es ist auch
möglich, zur
Erfassung der thermischen Belastung der Vorrichtung 6 oder
zur Abschätzung
der thermischen Belastung weitere im Bereich der Vorrichtung abgreifbare
Informationen oder Signale auszuwerten. Insbesondere ist es möglich, Informationen über den
Leistungsbezug der Gebläseeinrichtung
zur Ermittlung der thermischen Belastung des Gebläsemotors
oder der zur Ansteuerung des Gebläsemotors vorgesehenen Leistungsstufe
zu ermitteln. Diese Informationen können aus dem Druckvorgabesignal
SP, den zur Errechung des Druckvorgabesignals SP generierten Zwischenergebnissen,
oder auch aus Signalen der Ansteuerung der Leistungsstufe gewonnen
werden.
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Das
Steuerungsmodul m1 kann so ausgebildet sein, dass durch dieses ein
Gebläsemotor
derart angesteuert wird, dass dieser das mit diesem Gebläsemotor
gekoppelte Laufrad in eine Drehzahl versetzt, bei welcher ein geförderter
Atemgasdruck erreicht wird. Die Änderungen
der Gebläsedrehzahl können durch
eine definierte Festlegung der Leistungszufuhr zu dem Antriebsmotor
eingestellt werden. Zur Realisierung besonders rascher Druckänderungen
ist es möglich, über das
Steuerungsmodul m1 den Motor gegebenenfalls so zu betreiben, dass durch
diesen ein die Laufradeinrichtung oder die ansonsten bewegten Massen
vorübergehend
bremsendes Bremsmoment erzeugt wird. Weiterhin ist es möglich, über das
Steuerungsmodul m1 Motoransteuerungen zu realisieren, bei welchen
zumindest zeitweise im wesentlichen keine Leistungszufuhr zu dem
Motor erfolgt und die Gebläseeinrichtung
sich hierbei insbesondere unter der Wirkung des Atemgasdruckes selbst
bremst. Diese Art der Druckabsenkung erweist sich im Hinblick auf
eine möglichst geringe
thermische Belastung des Motors als vorteilhaft.
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Entsprechende
Konzepte zur Änderung
des Atemgasdruckes können
gegebenenfalls in Abhängigkeit
von der momentanen thermischen Belastung der Fördereinrichtung oder einer
zugeordneten Leistungsstufe ausgewählt werden. So ist es insbesondere
möglich,
bei Gerätezuständen mit
vorherrschender hoher thermischer Belastung oder zumindest geschätzter hoher
thermischer Belastung die Druckänderungen
bzw. die Drehzahländerungen
der Laufradeinrichtung des Gebläses
in einer Weise vorzunehmen, durch welche kein unzulässig hoher
weiterer Anstieg der thermischen Belastung zu erwarten ist.
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Für den Fall,
dass die Variation des an dem Patienten anliegenden Atemgasdruckes
auf anderweitige Weise als durch Änderung der Laufraddrehzahl
eines Gebläselaufrades
herbeigeführt
wird, kann durch das Steuerungsmodul m1 eine entsprechende Stellstruktur,
beispielsweise Bypassventil oder anderweitige Stelleinrichtung angesteuert
werden.
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Die
erfindungsgemäß im Bereich
des Druckvorgabemoduls m3 abgearbeitete, nicht-lineare Funktion
zur Ermittlung eines für
den am Patienten anliegenden Druck maßgeblichen Ergebnisses kann so
ausgebildet sein, dass diese mehrere miteinander durch Operatoren
O1, O2 verknüpfte
Argumente A1, A2 ... AN aufweist. Bei dem Argument A1 kann es sich
um eine trigonometrische Funktion, insbesondere eine Sinus-, Kosinus-
oder Arcustangensfunktion handeln, deren Winkel- oder Achseninkrement einen hinsichtlich
des momentanen Atemgasstromes v. wiederspiegelnden Parameter berücksichtigt. Über das
Argument A2 kann ein Zeitglied verwirklicht sein, durch welches
eine gewünschte
Abschwächung
der Auswirkungen des Arguments A1 mit zunehmendem Zeitfortschritt,
insbesondere der ab Ende der vorangegangenen Inspirationsphase fortschreitenden
Zeit ermöglicht
wird.
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Das
Argument AN kann dazu dienen, die momentan vorherrschende thermische
Belastung der Vorrichtung oder auch die geschätzte thermische Belastung der
Vorrichtung wiederzuspiegeln. Die Operatoren O1, O2 können hierbei
insbesondere als Multiplikations-Operatoren
verwirklicht sein. Die gesamte durch die Argumente A1, A2 ... AN
und die zugeordneten Operatoren O1, O2 ... ON realisierte Druckführungsfunktion
kann gegebenenfalls in eine Reihe zerlegt und im Bereich des Druckvorgabemoduls
m3 in hinreichender Näherung
abgearbeitet werden.
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Wie
in 4b angedeutet ist es auch möglich, das Argument A1 so zu
gestalten, dass dieses einen vorgegebenen nicht-linearen Zusammenhang zwischen
dem momentanen Atemgasdruck und den momentan vorherrschenden exspiratorischen
Atemgasfluss wiedergibt. Hierzu ist es möglich, wenigstens ein weiteres
Argument, insbesondere das Zeitargument A2 als Inkrement des Arguments
A1 vorzusehen. Das Argument AN kann über den Operator O2 mit dem
Argument A1 funktional, insbesondere mit O2 als Multiplikator verknüpft sein.
Es ist auch möglich,
das Argument AN als weiteres Inkrement des Arguments A1 in die zur
Vorgabe des Atemgasdruckes vorgesehene Funktion einzubinden.
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5 zeigt
eine Druckkurve, die unter Zugrundelegung einer nichtlinearen Funktion
vom Aufbau gemäß 4a,
wobei die Argumente A1 und A2 durch Arcustagensfunktionen repräsentiert
sind und der Operator O1 ein Multiplikator ist.
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6 zeigt
den auf Grundlage der angegebenen Funktion errechneten Therapiedruck.
Während
der Inspirationsphase wird der Therapiedruck auf einem vorgegebenen
Wert von hier beispielhaft gezeigt 20 mbar gehalten. Während einer
Exspirationsphase wird der Therapiedruck abgesenkt, die Absenkung
koreliiert in nicht-linearer Weise mit dem während der Exspirationsphase
vorherrschenden Atemgasfluss.
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In
den 7a, 7b und 7c ist
eine weitere Funktion zur Ermittlung eines während einer Exspirationsphase
auf unterschiedliche Druckpegel abgesenkten Therapiedruckes dargestellt.
Auch die hier gezeigte Funktion entspricht in ihrem Aufbau dem in 4a skizzierten
Schema. Das Argument f1 ist ein nicht-lineares Argument. Das Argument
f1 dient der Berücksichtung
des momentanen Atemgasflusses. Das Argument f2 dient der Einbindung
eines Zeitgliedes. Durch das Argument f1 wird zwischen dem exspiratorischen
Atemgasfluss und der hiermit einhergehenden Druckabsenkung ein Zusammenhang
realisiert, wie er aus der in 7a eingebundenen
Abbildung a ersichtlich ist.
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Durch
die in 7b gezeigte Funktion f2 wird
eine Abschwächung
der durch das Argument f1 erreichbaren Druckabsenkung in Abhängigkeit
von der ab Ende einer Inspirationsphase verlaufenden Zeit erreicht.
Dieses Zeitglied hat bei der hier gezeigten Funktion die aus der
in 7b eingebundenen Abbildung b erkennbare unterdrückende Wirkung.
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Der
geforderte Atemgasdruck p ergibt sich aus der in 7c angegebenen
Druckführungsfunktion.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Druckführungsfunktionen
und Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere ist es auch möglich,
die zur Bestimmung des Atemgassolldruckes oder eines einem Druckregelkreis
vorzugebenden Wertes vorgesehene Funktion derart zu parametrisieren,
dass durch diese zahlreiche, von den vorangehend beschriebenen Funktionen
abweichende Druckführungscharakteristiken
erreichbar sind.
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Weiterhin
ist es möglich,
auch die Ermittlung der während
der Inspirationsphase herrschenden Drücke, die Breite des Drucksenkungsintervalls,
die Atemphasenerkennung, die Erkennung von Leckagezuständen sowie
anderweitige Eigenschaften der für
die Solldruckbestimmung maßgeblichen
Funktionen durch zusätzliche,
auf einer Signalverarbeitung beruhenden Maßnahmen zu berücksichtigen.
Insbesondere ist es möglich,
den Spitzendruck und den Minimaldruck auf Grundlage von hinsichtlich
des physiologischen Zustands des Anwenders indikativen Signal-Auswertungsergebnissen
abzustimmen.
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Die
vorliegende Erfindung kann in nachfolgend angegebener Weise Einsatz
finden:
Im Rahmen des Aufenthalts eines OSA-Patienten in einem
Schlaflabor wird festgestellt, ob eine Therapiemöglichkeit auf Grundlage einer Überdruck-Beatmung
besteht. Für
diese Überdruck-Beatmung
kann im Rahmen des Aufenthalts im Schlaflabor ein geeigneter Therapie-Druck
ermittelt werden. Zur Durchführung
der Überdruck-Beatmung
im häuslichen
Bereich wird dem Patienten ein Atemgaszufuhrsystem zur Verfügung gestellt,
das ein Basisgerät,
eine Luftbefeuchtereinrichtung, eine Schlauchleitung und eine Atemmaskenanordnung
umfasst.
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Das
Basisgerät
wird über
eine Schnittstelleneinrichtung mit einem Konfigurationssystem verbunden
und im Bereich des Schlaflabors patientengerecht konfiguriert. Im
Rahmen dieser Konfiguration wird es möglich, die Drucksteuerungseigenschaften des
Basisgerätes
so einzustellen, dass die Atemgasdruckführung entsprechend dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Druckführungskonzept
erfolgt. Der Patient kann das derart konfigurierte Gerät nunmehr im
häuslichen
Bereich anwenden.
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Das
erfindungsgemäße Gerät zeichnet
sich hierbei dadurch aus, dass der Atemgasdruck weitgehend atmungssynchron
alternierend eingestellt wird. Während
der Exspirationsphasen wird der Atemgasdruck nach Maßgabe eines
Druckführungswertes eingestellt,
der durch einen Nicht-linearen Zusammenhang zwischen der ab Ende
der jeweils vorangegangenen Exspirationsphase vergangenen Zeit t
und dem momentanen Atemgasstrom errechnet wird. Falls im Hinblick
auf eine relativ leistungsfordernde Regelung der Förderleistung
der Fördereinrichtung der
thermische Zustand des Gerätes
kritisch werden könnte,
kann die Regelstrategie automatisch unter Berücksichtigung tatsächlicher,
oder geschätzter
Belastungsangaben modifiziert werden mit der Zielvorgabe eine Druckführung mit
verringertem Leistungsbezug, oder verminderter Wärmefreisetzung zu bewerkstelligen.