DE102006010008B3

DE102006010008B3 - Vorrichtung zur akustischen Wiedergabe der Atemfunktion für ein Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE102006010008B3
Application number: DE102006010008A
Authority: DE
Inventors: Robert Schmid; Ralf Heesch
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2006-03-04
Filing date: 2006-03-04
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2026-03-05
Also published as: US20070208267A1; FR2898034A1; FR2898034B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Wiedergabe der Atemfunktion für ein Beatmungsgerät mit einem Patientenbeatmungskreis, wobei die Vorrichtung einen Tongenerator, eine Volumenstromsensorvorrichtung, die den Volumenstrom in dem Patientenbeatmungskreis erfasst und ein den Volumenstrom repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt und eine Volumenstromauswerteeinheit, die dazu vorbereitet ist, das Volumenstromsignal aufzunehmen und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal für den Tongenerator in der Weise zu erzeugen, dass ein akustisches Signal mit steigendem (fallendem) Volumenstrom steigender (fallender) Lautstärke erzeugt wird. Zur Optimierung der Lautstärke des akustischen Signals ist ein Mikrophon (1) und eine damit verbundene Auswerteeinheit (4) vorgesehen, die dazu vorbereitet ist, auf Grundlage des Mikrophonsignals unter Mittelung über wenigstens eine Zeitdauer wenigstens ein erstes Maß für den momentanen Umgebungsgeräuschpegel zu erzeugen und die Lautstärke des akustischen Signals mit steigendem (fallendem) Umgebungsgeräuschpegel in vorgegebener monotoner Abhängigkeit von dem wenigstens einen Maß zu erhöhen (reduzieren).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Wiedergabe der Atemfunktion für ein Beatmungsgerät mit einem Patientenbeatmungskreis, wobei die Vorrichtung einen Tongenerator, eine Volumenstromsensorvorrichtung, die den Volumenstrom in dem Patientenbeatmungskreis erfasst und ein den Volumenstrom repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt, eine Volumenstromauswerteeinheit, die dazu vorbereitet ist, das Volumenstromsignal aufzunehmen und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal für den Tongenerator in der Weise zu erzeugen, dass ein akustisches Signal mit mit steigendem (fallendem) Volumenstrom steigender (fallender) Lautstärke erzeugt wird.

Im medizintechnischen Bereich, insbesondere im intensivmedizinischen Bereich mit Einsatz von Beatmungsgeräten einschließlich Anästhesiegeräten und Patientenmonitoren gibt es üblicherweise viele visuelle Anzeigen, die den Zustand des Patienten oder seiner Therapie anzeigen. Der Therapeut ist jedoch nicht dauernd in der Lage, diese Informationen einzusehen, da viele Tätigkeiten auch außerhalb des Bereiches erledigt werden müssen, in dem die Anzeigen sichtbar sind. In diesem Fall können akustische Informationen hilfreich sein, da diese in einem weiteren Umfeld wahrgenommen werden können.

Die am häufigsten eingesetzten akustischen Anzeigen sind Alarme, die einen Fehler- oder Ausnahmezustand signalisieren. Falls ein medizinischer oder Geräte-Parameter einen vorher eingestellten Bereich verlässt, werden vordefinierte akustische Meldungen abgegeben. Eine ebenfalls verbreitete Anwendung ist die akustische Darstellung von Körperfunktionen, zum Beispiel die akustische Wiedergabe von EKG-Aktivitäten (Herzschlag).

Ferner gibt es Vorrichtungen, die im Zusammenhang mit Beatmungsgeräten die Beatmung eines Patienten akustisch darstellen. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 aufweist, ist in das Beatmungsgerät „Primus" der Dräger Medical AG & Co. KG integriert. Darin erzeugt ein Tongenerator ein Rauschen, das über einen Lautsprecher wiedergegeben einem Stethoskopgeräusch weitgehend ähnelt. Die Lautstärke des erzeugten Rauschens ist dabei proportional zu dem mittels einer Volumenstromsensorvorrichtung gemessenen Volumenstrom im Beatmungskreis. Dabei erfolgt auch eine Unterscheidung von Inspiration und Exspiration durch ein Tiefpassfilter, das während der Exspiration zugeschaltet wird, wodurch das Rauschen während der Inspiration heller und während der Exspiration dunkler klingt.

Eine Anordnung zur akustischen Wiedergabe von physiologischen oder medizinischen Daten geht aus der US 5,730,140 hervor.

Ein Problem solcher akustischer Überwachungsvorrichtungen besteht darin, dass die Grundlautstärke vom Anwender eingestellt werden muss. In der Folge kann sich diese Einstellung in Phasen mit mehr Umgebungsgeräuschen (Hektik im OP, Geräusche anderer Geräte, etc.) als zu leise und in ruhigeren Phasen (zum Beispiel während der Operation) als zu laut erweisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur akustischen Wiedergabe der Atemfunktion für ein Beatmungsgerät so zu verbessern, dass die akustische Wiedergabe für das medizinische Personal unter sich verändernden Umgebungsbedingungen leichter wahrnehmbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist in der Vorrichtung ein Mikrophon vorgesehen, dessen Ausgangssignal an eine Auswerteeinheit weitergeleitet wird und dort unter Mittelung über wenigstens eine erste Zeitdauer verarbeitet wird, um wenigstens ein erstes Maß für den momentanen Umgebungsgeräuschpegel zu erzeugen. Die Auswerteeinheit ist weiter dazu vorbereitet, die Lautstärke des akustischen Signals zur Anzeige des Volumenstroms in vorgegebener monotoner (zum Beispiel proportionaler) Abhängigkeit von dem wenigstens einen Maß für den Umgebungsgeräuschpegel so zu variieren, dass die Lautstärke des akustischen Signals mit steigendem (fallendem) Umgebungsgeräuschpegel steigt (fällt).

Durch Erfassung des Umgebungsgeräuschpegels kann die Überwachungsvorrichtung so die Lautstärke des akustischen Signals an die Umgebungssituation anpassen. Dabei wird das mit dem Mikrophon erfasste Umgebungsgeräusch über eine erste Zeitdauer gemittelt, um dadurch ein Maß für den Umgebungsgeräuschpegel zu erhalten. Dadurch wird sichergestellt, dass durch einzelne kurze Geräusche keine nennenswerte Veränderung der Lautstärke stattfindet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswerteeinheit so vorbereitet, dass das Mikrophonsignal über eine erste Zeitdauer und über eine zweite, davon verschiedene Zeitdauer gemittelt wird, um ein erstes und ein zweites Maß für den Umgebungsgeräuschpegel zu erhalten. Zum Beispiel kann die erste Zeitdauer eine Sekunde und die zweite Zeitdauer zehn Sekunden betragen. Die Auswerteeinheit ist dann dazu vorbereitet, das kleinere von dem ersten Maß und dem zweiten Maß auszuwählen und nach dessen Maßgabe die Lautstärke des Tongenerators ein zustellen. Dadurch wird erreicht, dass ein kurzzeitiger Anstieg des Umgebungsgeräuschpegels, der das erste Maß deutlich erhöht, aber in dem zweiten Maß durch die weitergehende Mittelung weitaus weniger Einfluss hat, durch die Auswahl des zweiten Maßes keinen merklichen Einfluss auf die Lautstärke des erzeugten akustischen Signals erhält. Dadurch wird zum Beispiel erreicht, dass ein sehr kurzzeitiges Geräusch, wie es durch ein herunterfallendes medizinisches Instrument oder dergleichen erzeugt wird, keine nennenswerte Lautstärkeänderung verursacht. Andererseits wird erreicht, dass die Steuereinheit bei fallendem Umgebungsgeräuschpegel diesem relativ schnell folgt, da dann das Maß, das aus der Mittelung über die kürzere Zeitdauer gewonnen wird, maßgeblich ist, so dass die Vorrichtung einem fallenden Umgebungsgeräuschpegel schnell durch Reduzierung der Lautstärke des erzeugten akustischen Signals folgen kann.

Der Umgebungsgeräuschpegel soll vorzugsweise ohne Beeinflussung durch den durch die Vorrichtung selbst erzeugten Geräuschpegel bestimmt werden. Dies geschieht zum Beispiel dadurch, dass Mikrophonsignale nur in Zeiträumen ausgewertet werden, in denen die Steuereinheit über den Tongenerator kein Signal erzeugt, also während Atempausen beziehungsweise auch nur in den Phasen bewertet wird, in denen kein akustischer Alarm signalisiert wird. Alternativ kann, da das Steuersignal für den Tongenerators bekannt ist, das von dem Tongenerator erzeugte akustische Signal rechnerisch in dem gemessenen Geräuschsignal in der Auswerteeinheit berücksichtigt und kompensiert werden.

Vorzugsweise wird zur Auswertung ein Frequenzbereich ausgewählt, in dem typische Umgebungsgeräusche liegen, zum Beispiel ein Frequenzbereich von 500 bis 4000 Herz, und der Umgebungsgeräuschpegel wird durch das Mikrophon nur in diesem Frequenz bereich erfasst, um nichtrelevante Frequenzen, zum Beispiel durch Körperschall, unberücksichtigt zu lassen.

In zunehmendem Maße werden Beatmungen auch im Anästhesieumfeld in Form von assistierten Beatmungsformen appliziert. Dabei ist es oft nötig, die Eigen-Atmungsaktivität des Patienten zu beurteilen. Insbesondere bei druckunterstützenden Beatmungsformen ist die Eigen-Atmungsaktivität aber nur schwer in der Volumenstrom-Druckkurve erkennbar, da moderne Beatmungsgeräte immer schneller auf die Anforderung des Patienten reagieren. Damit ist die Unterscheidung, ob ein Atemhub mandatorisch appliziert wurde (weil der Patient zu lange keinen Atemhub angefordert hat) oder ob ein druckunterstützter, spontan angeforderter Atemhub appliziert wurde, für den Therapeuten oft nur schwer ersichtlich. Moderne Beatmungsgeräte besitzen deshalb optische Anzeigen, die den Atemaktivitätstyp (spontan, spontan-unterstützt oder mandatorisch) signalisieren. In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Typ der Atemaktivität ebenfalls akustisch signalisiert. Dies kann durch frequenzmäßige Variation des von dem Tongenerator erzeugten akustischen Atemstromsignals nach Maßgabe des detektierten Atemaktivitätstyps erfolgen. Alternativ kann je nach Atemaktivitätstyp ein gesonderter Signalton erzeugt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in 1 beschrieben, das ein Blockdiagramm der Vorrichtung zeigt.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung hat eine Volumenstromsensorvorrichtung 5, 6, beispielsweise über eine Druckmessung mit nachfolgender Auswertung, die den Volumenstrom im Beatmungskreis des Patienten erfasst und ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, das an einen Tongenerator 7, hier ein Rauschgenerator, weitergeleitet wird, der über einen Lautsprecher 12 und/oder Kopfhörer 13 ein stethoskopähnliches Atemgeräusch mit vom Atemvolumenstrom abhängiger Lautstärke erzeugt.
Es ist ferner ein Mikrophon 1 vorgesehen, das den Umgebungsgeräuschpegel erfasst. Vorzugsweise wird der Umgebungsgeräuschpegel nur in einem begrenzten Frequenzbereich, der für typische Umgebungsbereiche in Frage kommt, ausgewertet. Dieser Frequenzbereich kann zum Beispiel von 500 bis 4000 Herz reichen. Das Mikrophonsignal wird über einen Verstärker 2 und optional einen Bandpassfilter 3 einer Auswerteeinheit 4 zugeführt. In der Auswerteeinheit 4 wird das Mikrophonsignal zumindest über eine erste Zeitdauer gemittelt, um so ein erstes Maß für den Umgebungsgeräuschpegel zu erhalten. In vorgegebener monotoner Abhängigkeit von diesem Maß, beispielsweise in proportionaler Abhängigkeit, wird ein Lautstärkesteller 10 durch die Auswerteeinheit 4 angesteuert. Über einen Verstärker 11 wird dann der Lautsprecher 12 und/oder der Kopfhörer 13 betrieben.
Vorzugsweise wird in der Auswerteeinheit 4 eine Mittelung des Mikrophonsignals über eine erste Zeitdauer und über eine zweite, längere Zeitdauer durchgeführt, um so ein erstes und ein zweites Maß für den Umgebungsgeräuschpegel zu erhalten. Es wird dann das erste oder zweite Maß mit dem kleineren Wert ausgewählt, um nach dessen Maßgabe den Lautstärkesteller 10 einzustellen. Durch diese Bewertung wird erreicht, dass kurzzeitige Erhöhungen des Umgebungsgeräuschpegels, wie sie zum Beispiel bei einem herunterfallenden Gegenstand entstehen, keinen merklichen Einfluss auf die Einstellung des Lautstärkestellers 10 haben, da sie sich nur in dem Maß, das über die kürzere Zeitdauer gemittelt wird, erhöhend auswirken, in dem Maß auf Grundlage der Mittelung über den längeren Zeitraum aber kaum Einfluss haben. Andererseits wird erreicht, dass sich die Vorrichtung schnell an einen fallenden Umgebungsgeräuschpegel anpasst.
Der Umgebungsgeräuschpegel wird vorzugsweise so ermittelt, dass das von der Vorrichtung selbst erzeugte akustische Atemvolumenstromsignal keinen Einfluss darauf hat. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass der Umgebungsgeräuschpegel nur in den Zeiträumen ausgewertet wird, wenn keine Atmungsaktivität vorliegt beziehungsweise auch nur in den Phasen bewertet wird, in denen kein akustischer Alarm signalisiert wird. Alternativ kann, da die Ansteuerung des Lautstärkestellers 10 in der Auswerteeinheit 4 bekannt ist, das Eigengeräusch rechnerisch in der Auswerteeinheit 4 kompensiert werden.
Der so ermittelte Wert für den Umgebungsgeräuschpegel kann im Gesamtgerät zur Steuerung weiterer akustischer Signale verwendet werden (zum Beispiel Alarmlautstärke, Pulstonlautstärke, EGK-Ton-Lautstärke), wobei bei sicherheitsrelevanten Parametern (z.B. Alarme) eine von der zentralen Steuereinheit 16 vorgegebene Minimallautstärke nicht unterschritten werden darf.
Es ist ferner eine Trigger-Auswerteschaltung 14 vorgesehen, die den Typ der Atemaktivität (spontan, spontan-unterstützt, mandatorisch) detektiert und diese Information an die Filterschaltung 8 und einen akustischen Signalgenerator 15 weitergibt. Der akustische Signalgenerator 15 erzeugt so zu Beginn eines Atemhubes entsprechend dem Typ der detektierten Atemaktivität ein durch eine zentrale Steuereinheit 16 vorgegebenes Klangsignal. Alternativ oder ergänzend kann der Typ der detektierten Atemaktivität über die Filterschaltung 8 das Atemvolumenstromsignal je nach detektiertem Atemaktivitätstyp variieren.
Das von der Filterschaltung 8 ausgegebene Signal durchläuft eine Mischstufe 9, in der gegebenenfalls die den Atemaktivitätstyp anzeigenden Klangsignale aus dem Signalgenerator 15 überlagert werden. Danach gelangt das Steuersignal über den Lautstärkesteller 10, der von der Auswerteeinheit 4 angesteuert wird, zu dem Verstärker 11, dessen Ausgabe den Lautsprecher 12 steuert und wahlweise oder komplementär auch über einen Kopfhörer 13 wiedergegeben wird.
Um für den Fall des Betriebs mit Kopfhörer den Therapeuten nicht vom Umfeldgeräusch abzukoppeln, kann nach den Vorgaben/Einstellungen der zentralen Steuereinheit 16 das Umfeldgeräusch hinter dem Ausgang des Verstärkers 2 in der Mischstufe 9 dem akustischen Signal hinzugemischt werden.
Ferner kann eine übergeordnete zentrale Steuereinheit 16 vorgesehen sein, die weitere Steuerungsfunktionen ausführen kann. Z.B. kann das in Abhängigkeit von dem Mikrophonsignal in der Auswerteeinheit 4 erzeugte Steuersignal für den Lautstärkesteller 11 in verschiedenen vorgebbaren Abhängigkeiten erzeugt werden, um so unterschiedliche Signalstärken und/oder -muster zum Beispiel für früh- oder neugeborene Patienten, für Erwachsene, beispielsweise abhängig von Geschlecht, Alter und/oder Gewicht des Patienten zu erzeugen, wobei diese Variation von der Steuereinheit 16 gesteuert werden kann. Zu diesen Zwecken kann die Steuereinheit 16 auch auf die Filterschaltung 8 einwirken, um das zu erzeugende akustische Signal in vorgegebener Weise zu variieren.

Claims

Vorrichtung zur akustischen Wiedergabe der Atemfunktion für ein Beatmungsgerät mit einem Patientenbeatmungskreis, wobei die Vorrichtung einen Tongenerator, eine Volumenstromsensorvorrichtung, die den Volumenstrom in dem Patientenbeatmungskreis erfasst und ein den Volumenstrom repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt und eine Volumenstromauswerteeinheit, die dazu vorbereitet ist, das Volumenstromsignal aufzunehmen und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal für den Tongenerator in der Weise zu erzeugen, dass ein akustisches Signal mit steigendem (fallendem) Volumenstrom steigender (fallender) Lautstärke erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrophon (1) und eine damit verbundene Auswerteeinheit (4) vorgesehen ist, die dazu vorbereitet ist, auf Grundlage des Mikrophonsignals unter Mittelung über wenigstens eine Zeitdauer wenigstens ein erstes Maß für den momentanen Umgebungsgeräuschpegel zu erzeugen und die Lautstärke des akustischen Signals mit steigendem (fallendem) Umgebungsgeräuschpegel in vorgegebener monotoner Abhängkeit von dem wenigstens einen Maß zu erhöhen (reduzieren).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, auf Grundlage des Mikrophonsignals unter Mittelung über eine erste Zeitdauer ein erstes Maß und unter Mittelung über eine zweite, von der ersten verschiedenen Zeitdauer ein zweites Maß für den momentanen Umgebungsgeräuschpegel zu erzeugen und das kleinere von dem ersten und dem zweiten Maß auszuwählen und das Steuersignal in vorgegebener monotoner Abhängkeit von dem ausgewählten Maß zu variieren, so dass die Lautstärke des akustischen Signals mit steigendem (fallendem) Umgebungsgeräuschpegel steigt (fällt).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, das Steuersignal proportional zu dem wenigstens einen oder dem ausgewählten Maß zu variieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tongenerator (7) einen Rauschgenerator aufweist, der dazu ausgestaltet ist, wie mit einem Stethoskop hörbare Atemgeräusche zu simulieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Tongenerator (7) ein Tiefpassfilter als Filterschaltung (8) vorgesehen ist und dass die Volumenstromsensorvorrichtung (5, 6) mit Trigger-Auswerteschaltung (14) dazu vorbereitet ist, eine Anzeige der Volumenstromrichtung zur Unterscheidung von Inspirationsphase und Exspirationsphase zu geben und so vorbereitet ist, den Tiefpassfilter nach Maßgabe der Richtungsanzeige so zu steuern, dass das passierende Geräusch während der Inspiration anders/unterscheidbar als während der Exspiration klingt, insbesondere heller.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) weiter dazu vorbereitet ist, das Mikrophonsignal nur während der Zeitabschnitte zur Erzeugung eines Maßes für den Umgebungsgeräuschpegel auszuwerten, in denen von dem Tongenerator (7) kein akustisches Signal erzeugt und speziell nur in den Zeitabschnitten bewertet wird, in denen kein akustischer Alarm signalisiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) weiter dazu vorbereitet ist, den durch den Tongenerator (7) erzeugten Beitrag zum Mikrophonsignal durch eine Korrektur, die als vorgegebene Funktion des Steuersignals für den Tongenerator (7) erzeugt wird, zu kompensieren, um dadurch das Maß für den Umgebungsgeräuschpegel zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabevorrichtung vorhanden ist, um die Grundlautstärke des erzeugten akustischen Signals manuell auswählbar zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung so gestaltet ist, dass eine vorgegebene minimale Grundlautstärke für sicherheitsrelevante akustische Indikatoren, insbesondere Alarme, nicht unterschritten werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) weiter dazu vorbereitet ist, erhöhte Umgebungsgeräuschpegel, die eine vorgegebene maximale Dauer nicht überschreiten, zu unterdrücken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinheit (14) vorgesehen ist, die den Typ der Atemaktivität als spontan, spontan-unterstützt oder mandatorisch detektiert und die weiter dazu vorbereitet ist, den Atemaktivitätstyp akustisch wiederzugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trigger-Auswerteschaltung (14) dazu vorbereitet ist, das akustische Atemsignal nach Maßgabe des detektierten Atemaktivitätstyps zu variieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trigger-Auswerteschaltung (14) dazu vorbereitet ist, durch Ansteuern der Filterschaltung (8) die Frequenzen des erzeugten akustischen Atemsignals nach Maßgabe des detektierten Atemaktivitätstyps zu variieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trigger-Auswerteschaltung (14) dazu vorbereitet ist, für jeden detektierten Atemaktivitätstyp ein gesondertes charakteristisches Tonsignal über einen Signalgenerator (15) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandpassfilter vorhanden ist, um den Umgebungsgeräuschpegel nur in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu erfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beatmungsgerät ein Intensivbeatmungsgerät, ein Notfallbeatmungsgerät oder ein Anästhesiegerät ist.