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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit einer Atemgasquelle, einem Ventilator zum Fördern von Atemgas durch Anschlussleitungen, einer den Ventilator steuernden Steuereinheit, Sensoren zur Aufnahme wenigstens eines pneumatischen Atemaktivitätssignals, die mit der Steuereinheit verbunden sind, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur automatischen Steuerung des Beatmungsgerätes durchzuführen, bei dem aufeinanderfolgend zwischen zwei Beatmungsphasen (Inspiration und Exspiration) von einer in die andere umgeschaltet wird, indem ein aufgenommenes Atemaktivitätssignal in einer Beatmungsphase von einer Steuereinheit auf ein Schwellenkriterium für die Umschaltung in die nächste Beatmungsphase hin untersucht und bei erfülltem Schwellenkriterium von der einen in die andere Beatmungsphase umgeschaltet wird, wobei die Steuereinheit weiter dazu eingerichtet ist, bei Umschaltung in die neue Beatmungsphase den Ventilator des Beatmungsgeräts so zu steuern, dass eine pneumatische Beatmungsgröße (Atemwegsdruck, Flow) von einem Istwert auf einen vorgegebenen Zielwert für die neue Beatmungsphase gebracht wird.
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Die künstliche Beatmung mit Beatmungsgeräten zielt darauf ab, die Atemmuskulatur eines Patienten zu entlasten und eine hinreichende Sauerstoffversorgung und Kohlendioxid-Elimination zu gewährleisten. Dies kann durch vollständige Übernahme der Atemaktivität durch das Beatmungsgeräte oder bei unterstützenden Verfahren durch teilweise Übernahme der Atemaktivität durch das Beatmungsgerät geschehen, wobei bei den letzteren unterstützenden Verfahren eine vorhandene Atemaktivität des Patienten unterstützt oder verstärkt wird. Dazu enthalten die Beatmungsgeräte einen Ventilator zur Lieferung von Atemgas mit einem Druck, der von einer Steuereinheit vorgegeben wird. Ferner sind Sensoren vorhanden, die pneumatische Atemsignale zeitabhängig erfassen, zum Beispiel Atemwegsdruck, Volumenstrom (Flow) des Atemgases und Volumen (das sich aus der Integration des Flow ergibt), und diese an die Steuereinheit weiterleiten.
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Angesichts der Zunahme von chronischen Lungenkrankheiten und der Forderung nach einer verbesserten Therapie ist die nichtinvasive Atemunterstützung bei verbesserter Interaktion von Patient und Ventilator eine maßgebliche Anforderung an moderne Beatmungsgeräte. Eine wesentliche Aufgabe ist dabei die Herstellung der zeitlichen Synchronität zwischen der geräteseitigen Unterstützung und der patienteneigenen Atemaktivität. In der Vergangenheit wurden spontan atmende Patienten häufig sediert, um die Beatmung korrekt einzustellen und Synchronität zwischen Patient und Beatmungsgerät zu erzwingen. Diese Vorgehensweise ist nach heutigem Wissen nicht mehr akzeptabel, da Risiken der Lungenschädigung durch die Beatmung eingegangen werden müssen.
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Für eine verbesserte Synchronisation zwischen der Atemaktivität des Patienten und der Ventilatoraktion ist es wichtig, den Beginn der Inspiration und den Beginn der Exspiration in der Atemaktivität des Patienten frühzeitig und sicher zu detektieren. Die Atemphasendetektion ist besonders bei Neonaten und COPD-Patienten mit herkömmlichen Verfahren oft fehlerhaft oder verspätet und führt zu erhöhter Atemarbeit bis hin zur Erschöpfung.
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Für eine künstliche Beatmung, die in verbesserter Weise die Patientenatemaktivität berücksichtigen soll, ist es aus
DE 10 2007 062 214 B3 bekannt, neben pneumatischen Atemaktivitätssignalen elektromyographische Signale durch Elektroden am Brustkorb aufzunehmen und daraus elektromyographische Atemaktivitätssignale abzuleiten (EMG-Signale). Diese EMG-Signale sind unabhängig von den pneumatischen Atemaktivitätssignalen und stellen daher eine unabhängige Informationsquelle dar, die zur Erfassung des Beginns der Inspiration und Exspiration verwendet werden kann. Allerdings werden die EMG-Signale nicht selten von Störungen wie zum Beispiel dem EKG-Signal des Herzens, Bewegungsartefakten oder sogenanntes Übersprechen (Muskelaktivität, die nichts mit dem respiratorischen System des Patienten zu tun hat) überlagert.
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Aus dem zuletzt genannten Grund können EMG-Signale nicht als alleinige Basis für die Detektierung des Beginns der Inspiration und der Exspiration und die entsprechende Steuerung des Beatmungsgerätes dienen.
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Ein Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, das mit einer automatischen Auslösung oder Triggerung von Atemhüben auf Grundlage von EMG-Signalen arbeitet, ist in
U. S. 6,588,423 B1 beschrieben. Hier wird das EMG-Rohsignal vorverarbeitet und zur Triggerung schließlich ein Intensitätsmaß (Root Mean Square) des EMG-Signals verwendet, wobei eine – bezogen auf einen Atemzug – feste Schwelle verwendet wird.
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In der Praxis ist jedoch auch das vorverarbeitete EMG-Signal meist störungsanfälliger als pneumatische Signale (Druck oder Volumenstrom). Eine solche Störungsanfälligkeit oder Volatilität erschwert die Umschaltung oder Auslösung (Triggerung) von Atemhüben bei Verwendung von Trigger-Schwellen, da fälschlich zu viele Atemhübe ausgelöst werden können (sogenannte Auto-Trigger) oder zu spät ausgelöst werden können (sogenannte Delayed oder Missed Trigger).
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Die Behaftung der Signale mit Störungen lässt sich zwar durch geeignete Filterungen (z. B. mittels gleitender Mittelwertbildung) der Signale vermindern, was aber für den Verwendungszweck zur Umschaltung zwischen Beatmungsphasen den großen Nachteil einer zusätzlichen Signalverzögerung zur Folge hätte.
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Aus
DE 10 2004 014 538 A1 ist ein Gerät zur Behandlung von Schlaf-Apnoe bekannt, das einen konstanten positiven Überdruck erzeugt, der auf die Atemwege eines Schlafenden einwirkt, um die Atemwege offenzuhalten, um so obstruktive Atemstörungen (Apnoe) während des Schlafes zu verhindern. Bei dem beschriebenen Gerät wird während Inspirationsphasen ein konstanter Druck und während Exspirationsphasen ein davon verschiedener konstanter Druck angewendet. Während Exspirationsphasen wird der Luftfluss wiederholt mit einem Exspirationsschwellenwert verglichen und bei Überschreitung in den Inspirationsmodus umgeschaltet. Umgekehrt wird während Inspirationsphasen der Luftfluss wiederholt mit einem Inspirationsschwellenwert verglichen und bei Unterschreitung in den Exspirationsmodus umgeschaltet. Schließlich ist weiter beschrieben, dass beim Umschalten vom Inspirationsmodus in den Exspirationsmodus der Solldruck stufenförmig gesenkt wird, d. h. es wird nicht sofort vom konstanten Inspirationsdruck auf den konstanten Exspirationsdruck umgeschaltet, sondern diese Umschaltung schrittweise vorgenommen. Allerdings wird eine einmal eingeleitete Umschaltung von Inspirations- in Exspirationsphase immer vollständig durchgeführt, so dass auch hier durch Störungen fälschlich eine Umschaltung der Beatmungsphase verursacht werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Beatmungsgerät so vorzubereiten, dass eine automatische Steuerung des Beatmungsgerätes so ausgeführt wird, dass die Auswirkungen fälschlich eingeleiteter Umschaltungen in die nächste Beatmungsphase, d. h. von der Inspiration in die Exspiration bzw. von der Exspiration in die Inspiration, möglichst gering gehalten werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Beatmungsgerät mit den die kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, nach Auslösung der Umschaltung in die neue Beatmungsphase die Führung der Beatmungsgröße durch den Ventilator auf den Zielwert nicht in einem Schritt, sondern in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Teilschritten vorzunehmen. Nach jedem Teilschritt wird das dann aktuelle Atemaktivitätssignal von der Steuereinheit erneut auf das für die gegenwärtigen Umschaltung verantwortliche Schwellenkriterium hin untersucht und, falls dieses Schwellenkriterium dann nicht mehr erfüllt ist, automatisch ein Rücksprung in den Betriebszustand des Beatmungsgerätes vor der aktuell ausgelösten Umschaltung bewirkt. Mit anderen Worten wird nicht sofort eine vollständige Umschaltung in die nächste Beatmungsphase vorgenommen, sondern diese in Teilschritten durchgeführt und nach jedem Teilschritt die Hypothese überprüft, ob das Schwellenkriterium, das den Beginn der Umschaltung ausgelöst hat, einen tatsächlichen Beatmungsphasenwechsel angezeigt hat oder eine Störung. Falls das Schwellenkriterium nach dem Teilschritt nicht mehr erfüllt ist, ist dies ein Anzeichen dafür, dass die Erfüllung des Schwellenkriteriums bei der Auslösung des ersten Teilschritts und gegebenenfalls weiteren vorhergehenden Teilschritten eher durch eine Störung bewirkt worden ist und der weitere Verlauf des Atemaktivitätssignals nicht mehr konsistent ist mit der Annahme, dass tatsächlich eine Umschaltung in die nächste Beatmungsphase ausgelöst werden sollte. Eine fälschlich ausgelöste Umschaltung kann daher bereits nach einem oder wenigen Teilschritten wieder zurückgenommen werden, indem das Beatmungsgerät automatisch in die letzte Beatmungsphase vor der Auslösung der Umschaltung zurückspringt. Dadurch wird eine fälschlich ausgelöste Umschaltung bereits in einem frühen Stadium wieder abgebrochen und in die richtige, eigentlich noch vorliegende letzte Beatmungsphase vor der fälschlich ausgelösten Umschaltung zurückgesprungen.
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Dadurch werden die Auswirkungen einer fälschlich ausgelösten Umschaltung erheblich verringert, da nicht fälschlich eine volle Inspiration oder volle Exspiration durchlaufen wird, falls eine Umschaltung durch eine Störung falsch ausgelöst worden ist. Weil die Auswirkungen von fälschlichen Umschaltungen insoweit durch das erfindungsgemäße Beatmungsgerät erheblich verringert sind, erlaubt es das erfindungsgemäße Beatmungsgerät auch, die Schwellenkriterien empfindlicher vorzugeben, da eine gewisse Erhöhung von fälschlich erfüllten Schwellenkriterien durch Störungen aufgrund der deutlich verringerten Auswirkungen solcher fälschlich ausgelösten Umschaltungen toleriert werden kann.
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Das Konzept dieser „schrittweisen” Umschaltung mit der jeweiligen Überprüfung, ob das Atemaktivitätssignal noch mit der Hypothese eines tatsächlichen Übergangs in die nächste Beatmungsphase konsistent ist, wird bevorzugt auf Atemaktivitätssignale angewendet, die nicht direkt durch die Steuerung des Beatmungsgerätes beeinflusst werden. Das Beatmungsgerät steuert die pneumatischen Größen des Beatmungsvorgangs, so dass pneumatische Atemaktivitätssignale wie Atemwegsdruck und Volumenstrom (Flow) direkt durch das Beatmungsgerät beeinflusst werden. Atemaktivitätssignale, die nicht pneumatischer Natur sind und insofern nicht direkt von dem Beatmungsgerät beeinflusst werden, sind zum Beispiel elektromyographische Signale, die von Elektroden an der Hautoberfläche des Brustkorbs aufgenommen werden. Das ist insbesondere der Fall, da die elektrische Aktivität der respiratorischen Muskulatur nicht augenblicklich auf einen Ventilatorhub reagiert. Bei pneumatischen (oder davon abgeleiteten) Signalen ist das Zeitfenster, für einen mögliche Rücksprung in die vorhergehende Beatmungsphase prinzipbedingt begrenzt, da bei erfülltem Schwellenkriterium der Ventilator schnell reagiert und pneumatische Atemaktivitätssignale schnell verändert.
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Die Funktionsweise eines Beatmungsgerätes gemäß der Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels in den Zeichnungen beschrieben, wobei in der 1 der Verlauf des Atemaktivitätssignals, der Verlauf eines Schwellenkriteriums und der Verlauf der Führung der Beatmungsgröße durch das Beatmungsgerät als Funktionen der Zeit dargestellt sind.
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In 1 ist zunächst ein vorverarbeitetes EMG-Signal gezeigt. Eine solche Vorverarbeitung des EMG-Rohsignals erfolgt in bekannter Weise derart, dass das EMG-Rohsignal von Störsignalen (z. B. EKG, Bewegungsartefakte, Netzbrummen) befreit und schließlich eine Hüllkurvendetektion durchgeführt wird. Eine Hüllkurvendetektion kann zum Beispiel durch eine „Gleichrichtung” und anschließende Tiefpassfilterung erfolgen, wobei die „Gleichrichtung” durch eine den Betrag abbildende Operation (z. B. Quadrierung oder reine Betragsbildung) vorgenommen wird. Nach einer Tiefpassfilterung erhält man dann die Hüllkurve (Envelope), d. h. die den Signalverlauf des Rohsignals einhüllende Kurve. Eine bevorzugte Realisierung der Hüllkurvendetektion ist die Bildung des sogenannten RMS (Root Mean Square) über die Länge eines gleitenden Zeitfensters. Das Konzept der EMG-Amplitudenschätzung, das unter dem Begriff „Hüllkurvendetektion” verstanden wird, ist ausführlich in Merletti, R. Parker P. A.: Electromyography. Physiology, Engineering, and Noninvasive Applications. IEEE Press, Wiley Interscience, 2004, ab Kapitel 6.4 bzw. Seite 139 ff, beschrieben.
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Dieses vorverarbeitete EMG-Signal ist in 1 mit 2 bezeichnet. Die mit 3 bezeichnete gestrichelte Kurve zeigt eine Schwelle, in diesem Fall eine zeitabhängige dynamische Schwelle. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung der Schwelle für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung, die Erfindung ist vorteilhaft auch mit konstanten Schwellen anwendbar. Im vorliegenden Beispiel ist aber auch eine dynamische Schwelle zur Erkennung der nächsten Inspiration geeignet, die zu Beginn einer Exspiration zunächst mit einem relativ hohen Wert für eine vorgegebene Zeitdauer beginnt und danach auf einen Zielwert abgesenkt wird, der zum erwarteten Zeitpunkt des Endes der Exspiration erreicht werden soll; der erwartete Endpunkt der Exspiration kann zum Beispiel aus der Dauer der vorangegangenen Exspirationsphasen abgeschätzt sein. Die vorgegebene Zeitdauer, für die die Schwelle nach Beginn der Exspiration auf einem relativ hohen konstanten Wert gehalten wird, soll so gewählt sein, dass sie deutlich kürzer als alle erwarteten Exspirationsphasen ist, d. h. die Wahrscheinlichkeit, dass während dieser Zeitdauer bereits eine neue Inspiration beginnt, sollte verschwindend gering sein; eine solche Zeitdauer kann zum Beispiel 200 ms sein. Der Zielwert der Schwelle kann z. B. aus den Maximal- und Minimalwerten der Signale u max / pneu und u min / pneu und u max / non-pneu und u min / non-pneu in vorhergehenden Beatmungsphasen abgeleitet werden.
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Umgekehrt beginnt die Schwelle zur Erkennung der nächsten Exspiration bei Beginn einer Inspiration mit einem niedrigen Wert für eine vorgegebene Zeitdauer und wird danach auf einen vorgegebenen Zielwert angehoben, der zum erwarteten Zeitpunkt des Endes der Inspiration erreicht werden soll. Der erwartete Endpunkt der Inspiration kann wiederum aus der Dauer der vorangegangenen Inspirationsphasen abgeschätzt sein und die Zielwerte aus den Maximal- und Minimalwerten der Signale u max / pneu und u min / pneu und u max / non-pneu und u min / non-pneu in vorhergehenden Beatmungsphasen abgeleitet sein.
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Der Gedanke, der solchen dynamischen Schwellen zugrunde liegt, besteht darin, dass gerade nach Beginn einer Beatmungsphase die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, dass innerhalb der vorgegebenen kurzen Zeitdauer bereits wieder ein Wechsel in die nächste Beatmungsphase stattfinden könnte. Daher kann zu Beginn einer Beatmungsphase mit so gesetzten Schwellen gearbeitet werden, dass eine fehlerhafte Umschaltung auch bei großen Störungen nahezu ausgeschlossen ist, während nach der vorgegebenen Zeitdauer die Schwelle auf einen Zielwert gebracht wird, der zum erwarteten Ende der Beatmungsphase erreicht werden soll, so dass der Beginn der nächsten Beatmungsphase mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden kann. Der erwartete Wert kann dem Wert entsprechen, der für eine empfindliche konstante Schwelle geeignet ist. Insofern wird gegen Ende der Beatmungsphase eine empfindliche Auslösung sichergestellt, zu deren Beginn jedoch eine Fehlauslösung durch Störungen unterdrückt.
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In 1 ist ferner mit der dünn gestrichelten Kurve der Verlauf der von dem Beatmungsgerät eingestellten Beatmungsgröße dargestellt, im vorliegenden Beispiel der Verlauf des von dem Beatmungsgerät vorgegebenen Volumenstroms (Flow).
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Die Darstellung beginnt am linken Ende mit dem Rest einer Inspirationsphase, d. h. der Volumenstrom (dünn gestrichelte Linie) ist auf einem hohen konstanten Wert eingestellt. Das EMG-Signal 2 beginnt gegen Ende dieser Inspirationsphase bereits abzufallen und fällt am Ende steil auf einen Basiswert ab. Am Ende dieses steilen Abfalls ist das Schwellenkriterium für die Auslösung der Umschaltung in die Exspiration erfüllt, woraufhin der Volumenstrom durch das Beatmungsgerät von dem hohen konstanten Wert heruntergefahren wird. Dies erfolgt nun nicht in einem einzigen Schritt, sondern in mehreren Teilschritten, wobei nach jedem Teilschritt eine kurze Verzögerung vorgesehen ist, so dass ein treppenartiger Verlauf des Volumenstroms zu beobachten ist. Nach jedem Teilschritt oder auf jeder Stufe des treppenartigen Verlaufs wird das Schwellenkriterium, das die Umschaltung ausgelöst hat, mit dem aktuellen Atemaktivitätssignal erneut überprüft. Soweit das Atemaktivitätssignal, das die Umschaltung auslösende Schwellenkriterium weiterhin erfüllt, wird die Teilschrittfolge fortgesetzt. Bei der in 1 links dargestellten Umschaltung in die Exspiration ist das der Fall, denn das Volumenstromsignal nimmt einen stufenweise absteigenden Verlauf bis zum Basiswert, auf dem es dann längere Zeit verbleibt.
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In der Exspirationsphase ab etwa 117,6 s bleibt das EMG-Signal weitgehend niedrig, es sind lediglich kleinere Signalerhebungen (Artefakte durch das EKG-Signal) zu erkennen, die aber zunächst deutlich unterhalb der dynamischen Schwelle 3 bleiben. Gegen Ende der Exspirationsphase tritt in dem mit dem Bezugszeichen 4 versehenen Bereich wieder ein solches Artefakt auf. Zu dieser Zeit ist die dynamische Schwelle jedoch schon relativ niedrig, da die Dauer der gegenwärtigen Exspirationsphase sich bereits dem Erwartungswert für Exspirationsphasen nähert. Daher erfüllt das EMG-Signal durch das im Bereich des Bezugszeichens 4 auftretende Artefakt das Schwellenkriterium zum Umschalten in die nächste Beatmungsphase (Inspiration). Folglich wird die danach durchzuführende Anhebung des Wertes der Beatmungsgröße durch das Beatmungsgerät eingeleitet. Diese Anhebung des Volumenstroms erfolgt wiederum in Teilschritten. Nach jedem Teilschritt des treppenartigen Verlaufs des Anstiegs des Volumenstrom wird das diese Umschaltung auslösende Schwellenkriterium mit dem dann vorliegenden Atemaktivitätssignal erneut überprüft und der Anstieg nur fortgesetzt, wenn das Schwellenkriterium immer noch erfüllt ist. Im Bereich des Artefakts 4 ist dies für drei Teilschritte der Fall, d. h. es werden drei Teilschritte oder Stufen des Anstiegs durchlaufen. Bei der dann wieder durchgeführten Überprüfung des diese Umschaltung in die Inspiration auslösenden Schwellenkriteriums mit dem dann vorliegenden Atemaktivitätssignal wird aber festgestellt, dass das Schwellenkriterium nicht mehr erfüllt ist, da das Artefakt im Bereich 4 nur relativ kurz andauert und nach dem dritten Teilschritt der Einleitung der Inspiration bereits wieder soweit abgefallen ist, dass das Schwellenkriterium für die Umschaltung in die Inspiration nicht mehr erfüllt ist. Daraufhin wird die Umschaltung in die Inspiration abgebrochen und das Beatmungsgerät in den Zustand zurückgesetzt, der vor Einleitung der Inspiration im Bereich 4 vorlag, d. h. in den Exspirationszustand. Dieser Exspirationszustand dauert dann noch eine kurze Zeit an.
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Danach beginnt das EMG-Signal eine anhaltende Aktivitätssteigerung zu zeigen. Diese führt zunächst dazu, dass das Schwellenkriterium für das Umschalten in die Inspiration wieder erfüllt ist. Daraufhin beginnt die Einstellung der Beatmungsgröße Volumenstrom auf den Inspirationszustand in mehreren Teilschritten (in dem dargestellten Beispiel sind es fünf Teilschritte). Da zu diesem Zeitpunkt, bei Beginn einer echten Inspiration, das EMG-Signal dauerhaft erhöht ist, wird der stufenartige Anstieg des Volumenstroms ohne Rücksprung fortgesetzt und die Umschaltung in die Inspiration dauerhaft beibehalten. Danach setzt sich der Vorgang in der zuvor beschriebenen Weise mit der Inspiration fort bis rechts in 1 die Umschaltung in die nächste Exspirationsphase erfolgt.
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Die konstante Phase nach jedem Teilschritt kann zum Beispiel etwa 50 ms betragen. In dieser Zeit wird das auslösende Schwellenkriterium überprüft und, wenn es die Bedingung für die Annahme des Übergangs in die nächste Beatmungsphase nicht mehr erfüllt, wird in den vor die Einleitung der Umschaltung gültigen Beatmungszustand des Beatmungsgerätes zurückgesprungen. Grund dafür, dass das Schwellenkriterium nicht mehr erfüllt ist, kann sowohl eine Änderung des Atemaktivitätssignals als auch eine Änderung einer dynamischen Schwelle sein, die nach Auslösung des ersten Teilschrittes eingetreten ist; allerdings ist der letztere Fall von geringerer Bedeutung, da sich dynamische Schwellen sich in Zeiträumen der Teilschritte der Umschaltung sehr langsam ändern, insbesondere gegen Ende einer Beatmungsphase. Bleibt das Schwellenkriterium jedoch nach einem Teilschritt erfüllt, erfolgt der nächste Teilschritt auf die nächste Stufe. Ist die letzte Stufe erreicht, ist dies gleichbedeutend mit einem vollständigen Wechsel in die nächste Beatmungsphase.
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Die Anzahl der Teilschritte beträgt vorzugsweise zwei bis zehn. Die Zeit für die Umschaltung von Atemwegsdruck oder Flow auf den vorgegebenen Zielwert wird typischerweise in einem Bereich von 100 bis 300 ms, vorzugsweise etwa 200 ms gewählt. Dies entspricht einer Zeitdauer für den einzelnen Teilschritt von etwa 20 ms bis 100 ms.
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Die Teilschritte können gleichmäßig in dem Sinne sein, dass die Schrittweite der Beatmungsgrößenänderung für alle Teilschritte gleich ist. Es ist aber bevorzugt, dass die Schrittweite des ersten Teilschritts kleiner als die wenigstens eines folgenden Teilschrittes ist. Auch kann die Schrittweite vom ersten bis zum letzten Teilschritt von Schritt zu Schritt oder nach mehreren Teilschritten zunehmen. Eine Verfahrensweise mit Schrittweitenerhöhung hat den Vorteil, dass zunächst bei dem ersten oder bei den ersten Teilschritten erst kleinere Schrittweiten gewählt werden, weil kurz nach Beginn der Umschaltung die Wahrscheinlichkeit am größten ist, dass die Auslösung der Umschaltung durch eine Störung verursacht worden ist und dass ein Rücksprung in den letzten Beatmungszustand notwendig ist. Nach bereits erfolgten Teilschritten wird es immer unwahrscheinlicher, dass die soweit schon erfolgte Umschaltung durch eine Störung ausgelöst worden ist, da das Schwellenkriterium nun bereits über mehrere vorangegangene Teilschritte sich als erfüllt erwiesen hat.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Änderung des Sollwertes in jedem Teilschritt auf einen wählbaren Höchstwert der Änderungsgeschwindigkeit begrenzt wird. Dies ist tatsächlich auch bevorzugt, so dass die Folge der Teilschritte keine echte Treppenfunktion mit senkrechten oder nahezu senkrechten Anstiegen bzw. Abfällen darstellt, sondern in jedem Teilschritt ein kontinuierlicher Anstieg erfolgt. Bei entsprechender Wahl des Höchstwertes der Änderungsgeschwindigkeit kann sich in jedem Teilschritt ein kontinuierlicher linearer Anstieg ergeben, so dass die Folge der Teilschritte dann insgesamt einen rampenförmigen Anstieg vom Istwert zum Sollwert ergibt. Der Rücksprung nach Abbruch einer begonnenen Umschaltung in den Zustand der vorhergehenden Beatmungsphase soll natürlich möglichst schnell erfolgen, so dass hierzu keine Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit vorgesehen ist.
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Die Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit wird vorzugsweise auf den Sollwertverlauf der Beatmungsgröße angewandt, kann aber z. B. auch durch eine kurzzeitige Änderung der Reglereigenschaften des Beatmungsgerätes realisiert werden. Vorzugsweise wird die Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit vmax an die Breite τ und Höhe hi des i-ten Teilschritts angepasst, z. B. durch die Formel vmax = hi/τ.
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Anstelle einer Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertverlaufs kann alternativ der Sollwertverlauf einer Tiefpassfilterung unterzogen werden, welche zu einer Glättung des treppenförmigen Signals führt. Vorzugsweise wird die Grenzfrequenz f des Tiefpassfilters an die Breite der Teilschritte τ angepasst, z. B. durch die Formel f = 1/(2πτ).
