DE10253946B3 - A method for a respirator, ventilator, and storage medium - Google Patents

A method for a respirator, ventilator, and storage medium

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Beatmungsgerät. The invention relates to a method for a respirator. Hierbei wird ein erstes Polynom an den zeitlichen Verlauf eines Atemflusses angepasst. Here, a first polynomial to the time characteristic of a respiratory flow is adjusted. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein Beatmungsgerät, bei dem die Ableitung des Atemflusses nach der Zeit geschätzt wird und ein zweites Polynom an die Ableitung angepasst wird. Furthermore, the invention relates to a method for a respirator, wherein the derivative of the respiratory flow is estimated after the time and a second polynomial is matched to the dissipation. Ferner betrifft die Erfindung ein Beatmungsgerät, insbesondere ein CPAP-Gerät, zur Durchführung dieser Verfahren sowie ein Speichermedium, das entsprechende Programme enthält. Further, the invention relates to a ventilator, in particular a CPAP device, for carrying out this method and a storage medium containing such programs.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein Beatmungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Beatmungsgerät und ein Speichermedium. The invention relates to a method for a ventilator according to the preamble of claim 1 and to a ventilator and a storage medium. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Auswertung von Atemzyklen durch das Extrahieren therapierelevanter Information. More particularly, the invention relates to the analysis of breathing cycles by extracting therapy-relevant information.
  • Bekannt sind Beatmungsgeräte oder Respiratoren zur maschinellen, künstlichen Beatmung bei allen Formen des Sauerstoffmangelzustands. are known ventilators or respirators for the machine, the artificial respiration in all forms of oxygen-deficient state. Sie werden unter anderem für die Langzeitbeatmung eingesetzt, wobei je nach dem Umschaltmechanismus von In- zu Expiration drei Grundtypen unterschieden werden, nämlich druckgesteuerte, volumengesteuerte und zeitgesteuerte Respiratoren. They are used among other things for the long-term ventilation, be a distinction depending on the switching mechanism from Germany to Expiration three basic types, namely, pressure-controlled, volume-controlled and time-controlled respirators. Die Beatmungsgeräte neueren Typs verfügen über technische, meist elektronisch gesteuerte Einrichtungen, die einen patientengerechten Beatmungstyp erlauben. The ventilators newer type have technical, usually electronically controlled devices that allow a patient-oriented ventilation type. Beispielsweise kann die Inspirationszeit bis auf das Dreifache der Expirationszeit verlängert werden, eine Druckbeatmung durchgeführt werden sowie der Respirator durch den Patienten „getriggert" werden, wobei bereits schwache Atemzüge impulsgebend für die maschinelle Unterstützung sind (Roche Lexikon Medizin, 4. Auflage, herausgegeben von der Hoffmann-La Roche AG und Urban & Fischer, Urban & Fischer, München, Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm). For example, the inspiration time can be up to three times the expiration time extended, a positive pressure ventilation to be carried out and the respirator are "triggered" by the patient, already weak breaths are pulse decisive for the mechanical support (Roche Lexikon Medizin, 4th Edition, published by Hoffmann-La Roche AG and Urban & Fischer, Urban & Fischer, Munich, Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm).
  • Bekannt sind ferner Geräte zur Durchführung der CPAP (continuous positive airway pressure)-Therapie, die in dieser Anmeldung auch als Beatmungsgeräte bezeichnet werden. Device for carrying out the CPAP are also known (Continuous Positive Airway Pressure) therapy, referred to in this application as ventilator. Die CPAP-Therapie wird in Chest. CPAP therapy is in Chest. Volume No. Volume No. 110, Seiten 1077–1088, Oktober 1996 und Sleep, Volume No. 110, pages 1077-1088, October 1996 and Sleep, Volume No. 19, Seiten 184–188 beschrieben. 19, pp 184-188 described. Ein CPAP-Gerät appliziert mittels eines Kompressors, vorzugsweise über einen Luftbefeuchter, über einen Schlauch und eine Nasenmaske einen positiven Überdruck bis zu etwa 30 mbar in den Atemwegen des Patienten. A CPAP device applied by means of a compressor, preferably via a humidifier, via a tube and a nose mask a positive pressure of up to about 30 mbar in the respiratory tract of the patient. Dieser Überdruck soll gewährleisten, dass die oberen Atemwege während der gesamten Nacht vollständig geöffnet bleiben und somit keine obstruktiven Atmungsstörungen (Apnoen) auftreten ( This pressure is to ensure that the upper airway during the whole night and remain fully open so that no obstructive breathing disorders (apnea) occur ( DE 198 49 571 A1 DE 198 49 571 A1 ). ).
  • 1 1 zeigt CPAP-Gerät shows CPAP 1 1 und einen Patienten and a patient 19 19 . , Das CPAP-Gerät wiederum umfasst einen Kompressor The CPAP device in turn comprises a compressor 4 4 , einen Beatmungsschlauch A breathing tube 9 9 , eine Beatmungsmaske , A breathing mask 18 18 , einen Drucksensor , A pressure sensor 11 11 sowie einen Flusssensor and a flow sensor 16 16 . , Zur Erzeugung eines Überdrucks enthält der Kompressor eine Turbine In order to generate an overpressure, the compressor includes a turbine 8 8th . , Die Turbine wird auch als Lüfter, Lüftereinheit, Verdichter, Ventilator oder Gebläse bezeichnet. The turbine is also referred to as a fan, fan unit, compressor, fan or blower. Diese Begriffe werden in diesem Patent synonym verwendet. These terms are used interchangeably in this patent. Bei dem dargestellten CPAP-Gerät befindet sich der Drucksensor In the illustrated CPAP device, the pressure sensor is 11 11 im Kompressorgehäuse. in the compressor housing. In oder nahe bei der Maske sind ein oder mehrere kleine Löcher In or near the mask, one or more small holes 2 2 angebracht, so dass im zeitlichen Mittel ein Luftstrom vom Kompressor zu den Löchern mounted so that averaged over time, a flow of air from the compressor to the holes 2 2 entsteht. arises. Dies verhindert die Anreicherung von CO 2 in Beatmungsschlauch This prevents the accumulation of CO 2 in breathing tube 9 9 und ermöglicht die Versorgung des Patienten mit Sauerstoff. and enables the care of the patient with oxygen.
  • Die Drehzahl der Turbine The speed of the turbine 8 8th wird durch einen Mikrocontroller is by a microcontroller 5 5 so geregelt, dass der mit dem Drucksensor controlled so that the pressure sensor with the 11 11 gemessene Istdruck mit einem vorgegebenen Solldruck übereinstimmt. measured actual pressure with a predetermined desired pressure coincides. Der Solldruck wird herkömmlicherweise unter Aufsicht eines Arztes voreingestellt und als Titrationsdruck bezeichnet. The target pressure is conventionally default under the supervision of a doctor and called titration. Der Flusssensor kann z. The flow sensor can, for. B. ein Sensor mit Heizdraht B. a sensor with a heating wire 17 17 sein, der sein Messsignal über eine Messleitung an den Mikrocontroller im Kompressorgehäuse liefert. be delivering its measurement signal via a measuring line to the microcontroller in the compressor housing. Bei einer anderen Bauform des CPAP-Geräts kann für die Atemflussmessung eine Verengung im Beatmungsschlauch vorgesehen sein. In another design of the CPAP device, a constriction may be provided in the breathing tube for the breath flow measurement. Der Mikrocontroller kann auch die Druckregelung übernehmen. The microcontroller can also take on the pressure control.
  • Im Lauf der Therapie ist eine Überprüfung der Verträglichkeit des Gerätes und des eingestellten CPAP-Drucks notwendig. In the course of therapy, an examination of the compatibility of the device and the set CPAP pressure is necessary. Gewöhnlich verbringt ein Patient zu diesem Zweck eine Kontrollnacht in einem Schlaflabor. Usually a patient spends for this purpose a control night in a sleep laboratory.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Patienten den vom CPAP-Gerät erzeugten Überdruck als unangenehmen Widerstand empfanden, gegen den sie ausatmen mussten. It has been found that patients felt the pressure generated by the CPAP device as unpleasant resistance against which they had to exhale. Es wurden deshalb Steuerverfahren für CPAP-Geräte entwickelt, die den Solldruck so weit wie möglich absenken. There have therefore been developed control method for CPAP devices, which lower the target pressure as much as possible. Die The WO 94/23780 WO 94/23780 beschreibt ein solches Vertahren zur Steuerung des Solldrucks. describes such Vertahren to control the desired pressure. Falls keine Atmungsstörungen während des Schlafes auftreten, wird der Druck allmählich abgesenkt. If no respiratory disturbances during sleep, the pressure is gradually lowered. Falls Schlafstörungen wie Apnoen, Hypopnoen oder Schnarchen auftreten wird der Druck erhöht. If sleep disorders such as apnea, hypopnea or snoring occur the pressure is increased.
  • Die The US 5,335,654 US 5,335,654 , . EP 0 612 257 B1 EP 0612257 B1 , . WO 99/24099 WO 99/24099 und and EP 0 934 723 A1 EP 0934723 A1 beschreiben ähnliche Verfahren. describe similar methods.
  • Um den als unangenehm empfundenen Überdruck zu reduzieren wurden ferner BiPAP-Geräte und Multilevel-Geräte entwickelt. To reduce perceived as unpleasant pressure BiPAP devices and multi-level devices have also been developed. Ein solches Gerät ist in der Such a device is in the DE 691 32 030 T2 DE 691 32 030 T2 beschrieben. described. Der Druck wird durch ein Ventil während des Einatmens angehoben und während des Ausatmens abgesenkt. The pressure is raised by a valve during inspiration and lowered during exhalation.
  • Gemäß der According to the US 5,740,795 US 5,740,795 wird das Atemflusssignal einem bandbegrenzten Differentiator zugeführt. the respiratory flow signal is supplied to a band-limited differentiator. Wenn das Ausgangssignal des Differentiators eine Einatemschwelle überschreitet oder eine Ausatemschwelle unterschreitet wird ein Ausatemdetektionssignal bzw. ein Einatemdetektionssignal ermittelt. When the output signal of the differentiator crosses a Einatemschwelle or falls below a Expiratory a Ausatemdetektionssignal or a Einatemdetektionssignal is determined.
  • In der In the DE 101 18 968 DE 101 18 968 ist weiteres ein Steuerungsverfahren für CPAP-Geräte beschrieben. Another is a control method for CPAP devices described. Die The DE 101 18 968 DE 101 18 968 wird durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen. is incorporated by reference into this application. Das Steuerungsverfahren berechnet zunächst aus einer gemessenen Atemflusskurve und einer gemessenen Istdruckkurve eines CPAP-Geräts Merkmale. The control method first calculates from a measured respiratory flow curve and a measured Istdruckkurve a CPAP device characteristics. Spezielle Kombinationen der Merkmale werden zu Detektoren zusammengefasst. Specific combinations of the features are combined into detectors. In den Detektoren werden Flags gesetzt, wenn sie ein Ereignis detektieren. In the detectors flags are set when they detect an event. Das Steuerverfahren verändert dann anhand der Ereignis-Flags der Detektoren den Solldruck. The control method then changes the target pressure based on the event flags of the detectors.
  • Die Merkmale umfassen die Expirationszeit, eine Rückwärtskorrelation, ein mittleres Inspirationsvolumen, eine mittlere Krümmung des Atemflusses während der Inspiration sowie Häufigkeit von Nulldurchgänge im Wechselanteil des CPAP-Istdrucks. The features include the expiration time, a reverse correlation, a mean inspiratory volume, an average curvature of the respiratory flow during inspiration and the frequency of zero crossings in the alternating component of the actual pressure CPAP.
  • Beim Übergang von Inspiration zu Expiration ist im zeitlichen Verlauf des Atemflusses eine ausgeprägte Flanke zu erkennen, welche zur Detektion einzelner Atemzüge verwendet wird. In the transition from inspiration to expiration, a pronounced edge is seen in the time course of the respiratory flow, which is used for detection of individual breaths. Die lokalen Maxima der ersten Ableitung des Atemflusses nach der Zeit entsprechen der maximalen Steigung des Atemflusses beim Übergang zwischen Inspiration und Expiration. The local maxima of the first derivative of the respiratory flow after the time corresponding to the maximum slope of the respiratory flow in the transition between inspiration and expiration. Vom Ende der Inspiration aus wird der Anfang der Inspiration gesucht, indem nach dem ersten lokalen Minimum in der geschätzten Ableitung gesucht wird. the beginning of inspiration is sought by the end of the inspiration from, by looking for the first local minimum in the estimated dissipation. Die Expirationszeit ergibt sich als Zeitdifferenz zwischen einem Minimum der geschätzten Ableitung und dem davor liegenden Maximum der geschätzten Ableitung. The expiration time is obtained as the time difference between a minimum of the estimated derivative and lying in front of the estimated maximum dissipation. Auf Grund von Rauschen in der Atemflusskurve wird die Atemflusskurve nicht lediglich abgeleitet, sondern zusätzlich tiefpassgefiltert. Due to noise in the respiratory flow curve, the respiratory flow curve is not only derived, but also low-pass filtered. Die Ableitung und Tiefpassfilterung erfolgt in einem Filterschritt durch geeignete Wahl der Koeffizienten eines digitalen Filters. The derivation and low-pass filtering takes place in a filtering step through a suitable choice of the coefficients of a digital filter. "Schätzung der Ableitung" wird in dieser Anmeldung Oberbegriff für ableiten und ableiten mit Tiefpassfilterung verwendet. "Estimate of the discharge" in this application derived term for derived and low-pass filtering used.
  • Zur Berechnung der mittleren Krümmung des Atemflusses während der Inspiration wird die geschätzte erste Ableitung des Atemflusses während der Inspiration nach der Zeit verwendet. To calculate the mean curvature of the respiratory flow during inspiration, the estimated first derivative of the respiratory flow during inspiration is used to time. Anschließend wird an die geschätzte erste Ableitung eine Gerade angepasst. Subsequently, the estimated first derivative of a line adapted. Die Steigung dieser angepassten Geraden ergibt die mittlere Krümmung der Inspiration. The slope of this fitting line gives the mean curvature of inspiration.
  • Gemäß der Lehre der According to the teaching of DE 101 18 968 DE 101 18 968 werden aus den Merkmalen ein Atemstillstands-Detektor, ein Apnoe-Detektor, ein Hypopnoe-Detektor und ein Atemflusslimitations-Detektor als Hinweis auf eine Druckerhöhung sowie ein Normal-Detektor als Hinweis auf stabile Atmung und mögliche Drucksenkung berechnet. a respiratory arrest detector, an apnea detector, a hypopnea detector and a Atemflusslimitations detector as an indication of an increase in pressure and a normal detector are calculated as an indication of stable breathing and possible pressure reduction from the features.
  • Für die Erkennung stabiler Atmung verwendet der Normal-Detektor die Rückwärtskorrelation. For the detection of stable breathing normal detector uses the reverse correlation. Stabile Atmung liegt vor, wenn der Solldruck während einer vorgegebenen Zeit z. Stable breathing is present if the desired pressure during a predetermined time z. B. 180 sec. nicht geändert wurde und während dieser Zeit die Rückwärtskorrelation beispielsweise ≥ 0.86 ist. B. 180 sec. Was not changed, and during this time the reverse correlation, for example, ≥ 0.86.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiterentwickeltes Verfahren für ein Beatmungsgerät, ein weiterentwickeltes Beatmungsgerät sowie ein Speichermedium anzugeben. The object of the invention is to provide a further developed method for a respirator, a more advanced ventilation device and a storage medium.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved by the subject matters of the independent claims.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Preferred developments of the invention are subject of the dependent claims.
  • Vorteilhaft am Anpassen eines Polynoms an den zeitlichen Verlauf einer Atemflusskurve oder deren Ableitung ist eine erhebliche Datenreduzierung, eine Tiefpassfilterung zur Rauschunterdrückung sowie die Extraktion therapierelevanter Information, also Information, die den Zustand des Patienten charakterisiert. Advantageously, on fitting a polynomial to the time course of a respiratory flow curve or its derivative is a significant data reduction, low-pass filtering for noise reduction as well as the extraction of therapy-relevant information, that is information that characterizes the state of the patient. Diese Information kann in vorteilhafter Weise sofort vom Beatmungsgerät beispielsweise zur Korrektur eines Solldrucks verwendet werden. This information can be used for example advantageously immediately from the ventilator to correct a target pressure.
  • Ferner kann das Polynom in Form seiner Koeffizienten gespeichert werden und Oftline von einem Arzt zur Therapiekontrolle ausgewertet werden. Furthermore, the polynomial can be stored in the form of its coefficients and Oftline be evaluated by a doctor for therapy monitoring. Diese Form der Auswertung macht für einen geringen Mehraufwand an elektronischen Bauteilen Kontrollnächte in Schlaflabors überflüssig, wodurch sich eine Kostenvorteil für die Krankenkassen ergibt. This form of analysis eliminates the need for a small additional expenditure on electronic components Control nights in the sleep laboratory, resulting in a cost advantage for the health results. Die Daten, die während einer Kontrollnacht gewonnen werden, können so auf für den Patienten angenehmere Weise in seiner häuslichen Umgebung aufgezeichnet werden. The data obtained during a control night, can be recorded on the patient more comfortable manner in his home environment like this.
  • Ein an den Atemflussverlauf während einer Inspirationsphase angepasstes Polynom vierten Grades enthält gerade noch die therapierelevante Information und stellt so einen guten Kompromiss zwischen Datenreduktion und Beibehalten von therapierelevanter Information dar. A fourth breath flow pattern during an inspiration phase adjusted polynomial barely contains the therapy-relevant information and thus represents a good compromise between data reduction and maintaining therapy-relevant information.
  • Das Anpassen des Polynoms an eine Inspirationsphase des Atemflussverlaufs ist insbesondere für die CPAP-Therapie vorteilhaft, weil nur während der Inspirationsphase der Druck in den Atemwegen geringer als der Umgebungsdruck ist und deshalb die Atemwege zusammenfallen und zu einer Apnoe führen können. Adjusting the polynomial to an inspiration phase of the respiratory flow curve is particularly advantageous for the CPAP therapy, because it is only during the inspiratory phase, the pressure in the airways less than the ambient pressure and therefore can coincide the airways and lead to apnea.
  • Das Vorsehen einer Schnittstelle für eine externe Speichereinheit macht das Beatmungsgerät bedienungsfreundlicher, weil der Patient nicht das ganze Gerät, sondern lediglich die externe Speichereinheit für die Therapiekontrolle zum Arzt bringen muss. The provision of an interface for an external storage unit makes the ventilator easy to use, because the patient does not have to take the whole device, but only the external storage unit for therapy monitoring to the doctor.
  • Noch bequemer ist die Datenfernübertragung per Modem, weil hier kein physikalischer Gegenstand bewegt werden muss. Even more convenient remote data transmission via modem, because no physical object has to be moved here.
  • In vorteilhafter Weise können die drei evtl. komplexen Nullstellen der Ableitung eines Polynoms vierten Grades, das an den zeitlichen Atemflussverlauf angepasst wurde, zur Einstellung des Solldrucks herangezogen werden. Advantageously, the three possibly complex zeros of the derivative of a fourth degree polynomial, which has been adapted to the time course of respiratory flow can be used to adjust the nominal pressure. In gleicher Weise eignen sich die drei evtl. komplexen Nullstellen eines Polynoms dritten Grades, das an die zeitliche Ableitung des Atemflussverlaufs angepasst wurde. In the same way, the three possibly complex zeros of a polynomial of the third degree, which has been adapted to the time derivative of the respiratory flow curve are suitable.
  • Ein Merkmal für die Qualität der Atmung ist der Imaginärteil der konjugiert komplexen Nullstellen, falls vorhanden. A feature of the quality of breathing is the imaginary part of the complex conjugate zeros, if any.
  • Ein noch stabileres Merkmal scheint die Fläche des von den drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks zu sein. More responsive feature seems to be the area of ​​the plane defined by the three zeros in the complex plane triangle.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. In the following preferred embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings. Dabei zeigen: They show:
  • 1 1 ein CPAP-Gerät, a CPAP device,
  • 2 2 Inspirationsphasen einer Atemflusskurve bei regelmäßiger Atmung, Inspiration phases of a respiratory flow curve with regular breathing,
  • 3 3 Inspirationsphasen einer Atemflusskurve bei flusslimitierter Atmung, sowie Inspiration phases of a respiratory flow curve for flow limited breathing, and
  • 4 4 und and 5 5 Flussdiagramme zweier erfindungsgemäßer Verfahren. Flowcharts of two inventive methods.
  • Wie oben erwähnt, verbringt herkömmlicherweise ein Patient zur Therapiekontrolle hin und wieder eine Kontrollnacht in einem Schlaflabor. As mentioned above, conventionally, a patient spends for therapy monitoring now and then a control night in a sleep laboratory. Die Informationen, die in einer Kontrollnacht gewonnen werden, lassen sich im wesentlichen aus den aufgezeichneten Flussdaten extrahieren. The information obtained in a control night, can essentially be extracted from the recorded flow data. Insbesondere muss zur Therapiekontrolle anhand der aufgezeichneten Flussdaten entschieden werden, ob der Atemfluss während des Schlafs begrenzt ist oder nicht. In particular, it must be decided for therapy monitoring based on the recorded flow data if the airflow is restricted during sleep or not. Deshalb lassen sich Kontrollnächte mit einer Speichervorrichtung für Flussdaten am CPAP-Gerät einsparen. Therefore, control nights can be saved to a storage device for flow data on CPAP device.
  • Die erforderliche Datenmenge lässt sich wie folgt abschätzen: Bei einer durchschnittlichen Schlafdauer von 8 Stunden entsprechend 28800 s atmet ein Mensch ca. 28 800s/3 s = 9600 mal. The amount of data required can be estimated as follows: With an average sleep time of 8 hours according to 28,800 s breathes a man about 28 800s / 3 s = 9600 times. Bei einer Sampling-Rate von 100 Hz beläuft sich somit die Datenanzahl auf 2,88⋅10 6 Datenpunkte pro Nacht. With a sampling rate of 100 Hz, thus the number of data amounts to 2,88⋅10 6 data points per night. Diese Datenmenge ist für eine Speicherung in einem herkömmlichen CPAP-Gerät zu groß. This amount of data is too large for storage in a conventional CPAP device.
  • Die therapierelevante Information in den unterschiedlichen Inspirationsmustern bei normaler bzw. flusslimitierter Atmung lässt sich mit einem reellen Polynom The therapy-relevant information in the different inspiration patterns in normal or flow limited breathing can be a real polynomial 4 4 . , Ordnung (Gleichung 1) herausfiltern. Procedure (Equation 1) to filter out. Ein Polynom a polynomial 4 4 . , Ordnung enthält genügend Information, um die unterschiedlichen Inspirationsmuster zwischen normaler und flusslimitierter Atmung genau genug zu beschreiben, um sich zur Therapiekontrolle zu eignen. Regulations contain enough information to describe the different inspiration patterns between normal and flow limited breathing well enough to suitable for therapy monitoring.
  • Mehrere Inspirationsphasen von normalen und flusslimitierten Atemzügen sind in den Several inspiration phases of normal and flow-limited breaths are in the 2 2 bzw. or. 3 3 dargestellt. shown. Die weniger glatten Kurven The less smooth curves 81 81 und and 83 83 stellen die gemessenen Flussdaten dar. Die glatteren Kurven represent the measured flow data. The smoother curves 82 82 und and 84 84 sind die an die Flussdaten angepassten Polynome are adapted to the flow data polynomials 4 4 . , Ordnung. Order. Man erkennt deutlich, dass die Inspirationsphasen von normalen, regelmäßigen Atemzügen in It is clearly evident that the inspiration phase of normal, regular breaths 2 2 nach unten geöffneten Parabeln ähneln. similar to open down parabolas. Im Gegensatz dazu weisen die in In contrast, in 3 3 dargestellten Inspirationsphasen einen eher eckigen, parallelogrammförmigen Verlauf auf. Inspiration phases shown a rather square, parallelogram-shaped course on. Nach einem Maximum nach dem ersten Fünftel der Inspirationsphase fällt der Atemfluss langsam fast bis zum Ende der Inspirationsphase ab. After a maximum after the first fifth of the inspiratory phase of the respiratory flow drops slowly until almost the end of the inspiratory phase. Der Abfall des Atemflusses beschleunigt sich oft erst im letzten Zehntel der Inspirationsphase. The drop in airflow often accelerates at the last tenth of the inspiratory phase. Wie man an den glatteren Polynomkurven How to smoother polynomial 84 84 sieht, verläuft der Atemfluss über einen weiten Teil der zweiten Hälfte der Inspirationsphasen horizontal oder hat sogar in der zweiten Hälfte der Inspirationsphasen ein lokales Maximum. the respiratory flow over a wide portion of the second half of the inspiration phase provides, extends horizontally or even in the second half of the inspiration phases a local maximum. Insbesondere bei der ersten, dritten und vierten der in In particular, in the first, third and fourth in the 3 3 dargestellten Inspirationsphasen weisen die angepassten Polynome zwei Maxima und ein dazwischen liegendes lokales Minimum auf. Inspiration phases have shown the customized polynomials to two maxima and an intervening local minimum.
    Figure 00070001
  • In Gleichung 1 ist V(t) der Luftfluss, t die Zeit und a 0 bis a 4 wählbare Polynomkoeffizienten. In equation 1, V (t) is the air flow, the time t and a 0 to a 4 selectable polynomial coefficients. Zur Darstellung einer Inspirationsphase genügt es, die 5 Polynomkoeffizienten a 0 bis a 4 zu speichern. To illustrate an inspiration phase, it is sufficient to store the polynomial coefficients a 0 to a 5. 4 Somit reduziert sich der Speicherbedarf pro Nacht bei 9 600 Atemzügen auf 48 000 Polynomkoeffizienten anstelle von 2,88⋅10 6 Datenpunkten. Thus, the memory requirements per night reduced in 9600 breaths 48 000 polynomial instead of 2,88⋅10 six data points. Der Speicherbedarf reduziert sich also um einen Faktor 60. The memory requirement is thus reduced by a factor of 60th
  • Das Anpassen der Polynomkoeffizienten a 0 bis a 4 kann in herkömmlicher Weise dadurch erfolgen, dass die Summe Quadrate der Abweichungen zwischen gemessenen und berechneten Flusswerten gemäß Gleichung 2 minimiert werden. Adjusting the polynomial coefficients a 0 to a 4 can be effected in a conventional manner in that the sum of squares of the deviations between measured and calculated flow rates according to equation 2 can be minimized. Hierzu gibt es bekannte Algorithmen, die eine numerisch aufwendige Minimumsuche durch das Lösen eines linearen Gleichungssystems bewerkstelligen. For this purpose, there are known algorithms that achieve a numerically consuming minimum search by solving a system of linear equations. In anderen Ausführungsformen können andere Kriterien für das Anpassen eines Polynoms, insbesondere eines 4. Ordnung an den Atemflussverlauf herangezogen werden. In other embodiments, other criteria for fitting a polynomial, in particular a 4th order used their breath river course. Insbesondere können gemäß Gleichung 3 die Summe der Absolutwert der Differenzen zwischen Messwerten und Polynomwerten minimiert werden. In particular, the sum of the absolute value of the differences between measured values ​​and Polynomwerten can be minimized according to the equation. 3
    Figure 00070002
  • Ein Polynom a polynomial 4 4 . , Ordnung kann entweder 1 oder 3 Extrema besitzen. Regulations may have either one or three extremes. Wie Fachleuten bekannt ist, findet man Extrema, indem man in der Ableitung nach Nullstellen sucht. As professionals is known, one finds extremes by searching in the derivative with respect to zeros. Gleichung 4 enthält die Ableitung des Polynoms Equation 4 contains the derivative of the polynomial 4 4 . , Ordnung aus Gleichung 1 nach der Zeit. Order from Equation 1 with respect to time. Es kann als Polynom It can as a polynomial 3 3 . , Ordnung mit dem Koeffizienten b 0 bis b 3 dargestellt werden. Order with the coefficient b are represented 0 to B3. Die Koeffizienten b 0 bis b 3 können durch einen Koeftizientenvergleich mit dem Koeffizienten a 1 bis a 4 in einen Zusammenhang gesetzt werden. The coefficients b 0 to b 3 can be set by a Koeftizientenvergleich with the coefficients a 1 to a 4 in a context.
    Figure 00080001
  • Ein Polynom a polynomial 3 3 . , Ordnung mit reellen Koeffizienten weist drei Nullstellen n 1 , n 2 und n 3 auf, von denen zwei konjugiert komplexe Nullstellen sein können. Order with real coefficients has three zero points n 1, n 2 and n 3, two of which are complex conjugate zeros can be. Ohne Beschränken der Allgemeinheit soll die Nullstelle n 1 stets reell sein. Without limiting the generality, the root n 1 should always be real. Findet man in Gleichung 5 drei reelle Nullstellen, so hat das entsprechende Polynom Equation 5 can be found in three real zeros, so has the corresponding polynomial 4 4 . , Ordnung in Gleichung 1 zwei lokale Maxima und ein lokales Minimum (vgl. Inspirationsmuster in Procedure in Equation 1 has two local maxima and a local minimum (cf. inspiration pattern. In 3 3 ). ). Findet man lediglich eine reelle von zwei konjugiert komplexen Nullstellen in Gleichung 5, so hat das entsprechende Polynom One finds only a real two complex conjugate zeroes in equation 5, so has the corresponding polynomial 4 4 . , Ordnung in Gleichung 1 lediglich ein Maximum. Procedure in equation 1 is only a maximum. In letzterem Fall gleichen die Inspirationsphasen nach unten geöffneten Parabeln (vgl. Inspirationsmuster in In the latter case, the same inspiration phases to open down parabolas (see. Inspiration pattern in 2 2 ). ).
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Auswertung des Betrags der betragsmäßig gleichgroßen Imaginärteile der beiden konjugiert komplexen Nullstellen ein Merkmal im Sinne der It has been found that the evaluation of the amount of magnitude equal imaginary parts of the complex conjugate zeros a feature within the meaning of DE 101 18 968 DE 101 18 968 liefert. supplies. Je größer der Betrag der Imaginärteile, desto stabiler ist die Atmung. The larger the amount of the imaginary parts, the more stable breathing. Hieraus kann ein anderer Normal-Detektor im Sinne von From this it can be another normal detector within the meaning of DE 101 18 968 DE 101 18 968 gewonnen werden, indem der Betrag der Imaginärteile mit einem Schwellenwert verglichen wird und ein Normalereignis ermittelt wird, falls der Betrag der Imaginärteile über dem Schwellwert liegt. are obtained by dividing the amount of the imaginary parts is compared with a threshold and a normal event is determined if the absolute value of the imaginary parts is higher than the threshold value. Vorteilhaft an einem solchen Normal-Detektor gegenüber dem auf der Rückwärtskorrelation beruhendem Normal-Detektor aus An advantage of such a normal detector with respect to the beruhendem on the reverse correlation detector from Normal DE 101 18 968 DE 101 18 968 ist, dass er pro Atemzug ein Ergebnis liefert, also nicht eine Vielzahl von Atemzügen benötigt. is that it provides a result per breath, so do not require a large number of breaths.
  • Nach derzeitigem Kenntnisstand ist die Fläche des durch die drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks sogar ein noch stabileres Merkmal im Sinne der According to present knowledge, the surface of the plane defined by the three zeros in the complex plane triangle is an even more stable feature in the sense of DE 101 18 968 DE 101 18 968 . , Sollten sich bei instabiler Atmung drei reelle Nullstellen ergeben, so ist diese Fläche Null. If there are three real roots in unstable breathing, that area is zero. Durch Berechnung der Fläche braucht keine Fallunterscheidung zwischen drei reellen oder nur einer reellen Nullstelle durchgeführt werden. By calculating the area no case distinction between three real or only one real zero needs to be performed.
  • Zur Definition eines weiteren Normal-Detektors kann diese Dreiecksfläche mit einem Schwellenwert verglichen werden, wobei ein Normalereignis vorliegt, wenn der Schwellenwert überschritten wird. For the definition of a further normal detector this triangular area can be compared with a threshold value, a normal event is present, when the threshold is exceeded. Auch ein so definierter Normal-Detektor liefert pro Atemzug ein Ergebnis. Even so defined normal detector provides an earnings per breath.
  • Vorteilhaft an solchen Merkmalen ist, dass sie die Qualität von Normalatmung bewerten können. An advantage of such features that they can assess the quality of normal breathing. Eine Drucksteuerung zur optimalen Einstellung des Solldrucks in einem CPAP-Gerät braucht dann nicht mehr, wie in der SEP A pressure control for optimum adjustment of the set pressure in a CPAP device no longer needs, as in September 20 20 (anwaltliches Aktenzeichen: SEP (Attorney Docket: September 20 20 , "Verfahren zum Steuern des von einem CPAP-Gerät gelieferten Drucks, CPAP-Gerät sowie Speichermedium", Anmelder: seleon gmbh) respiratorische Ereignisse provozieren, um zu erkennen, dass der Solldruck nicht weiter abgesenkt werden kann. "A method for controlling supplied by a CPAP machine pressure CPAP device and storage media," Applicants: seleon gmbh) provoke respiratory events to recognize that the set pressure can not be lowered further. Durch die oben beschriebenen Merkmale kann vielmehr noch im Bereich der Normalatmung erkannt werden, unterhalb welchen Drucks eine Atemflusslimitation droht. The above-described characteristics of normal breathing can be recognized rather still in the region, under which pressure threatens an inspiratory flow. Der Patient wird dann in seinem Schlaf weniger durch provozierte repiratorische Ereignisse gestört. The patient is then less disturbed in his sleep by provoking repiratorische events.
  • In einer anderen Ausführungsform kann ein Polynom dritten Grades (siehe Gleichung 4) an die zeitliche Ableitung oder die geschätzte zeitliche Ableitung des Atemflusses angepasst werden. In another embodiment, (see Equation 4) is a third-degree polynomial to be adapted to the time derivative or the estimated time derivative of the respiratory flow. Die zeitliche Ableitung des Atemflusses wird zur Bestimmung der Übergänge zwischen Inspiration und Expiration sowieso geschätzt, so dass Daten über die Ableitung des Atemflusses vorliegen. The time derivative of the respiratory flow is anyway estimated to determine the transitions between inspiration and expiration, so that data on the derivative of the respiratory flow are present. Das Anpassen eines Polynoms dritten Grades ist weniger rechenaufwendig als die Anpassung eines Polynoms vierten Grades. The fitting a polynomial of the third degree is less computationally intensive than the adaptation of a fourth order polynomial. Das Anpassen des Polynoms an die Ableitung kann gemäß der in Gleichungen 2 und 3 genannten Kriterien oder anderer Kriterien erfolgen. Adjusting the polynomial to the derivative can be carried out criteria or other criteria 2 and 3, in accordance with the equations. Da das Anpassen von Polynomen an Messkurven keine lineare Operation ist, werden sich durch das Vertauschen der Reihenfolge von Polynomanpassung und Ableitung leicht unterschiedliche Koeffizienten für die Polynome dritter Ordnung ergeben, auch wenn von identischen Messdaten ausgegangen wird. Because the adjusting of polynomials of waveforms is not a linear operation, there will be slightly different coefficients for the third order polynomials by interchanging the order of polynomial fit and discharge, even if it is assumed that identical data. Somit werden auch die Nullstellen leicht unterschiedlich sein. Thus, the zeros will be slightly different. Dies kann jedoch durch ein Verschieben der Schwellenwerte in den entsprechenden Normal-Detektoren ausgeglichen werden. However, this can be compensated by shifting the threshold values ​​in the corresponding normal detectors.
  • Die Polynome dritter Ordnung enthalten zwar weniger therapierelevante Information. Although the third-order polynomials contain less therapy-relevant information. Insbesondere enthalten diese Polynome keine Information über das mittlere Inspirationsvolumen. In particular, these polynomials do not contain information about the average inspiratory volume. Wenn es hierauf jedoch nicht ankommt, können auch die Koeffizienten der Polynome dritter Ordnung aufgezeichnet werden und später von einem Arzt zur Therapiekontrolle ausgewertet werden. If it then but does not arrive, the coefficients of the third order polynomials can be recorded and later evaluated by a doctor for therapy monitoring.
  • Ein Beatmungsgerät kann zur Durchführung des Datenreduktionsverfahrens einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder einen Mikrocontroller A ventilator may be used to carry out the data reduction process a digital signal processor (DSP) and / or a microcontroller 5 5 enthalten. contain. Zum Speichern der Daten kann eine externe Speichereinrichtung To save the data, an external storage device 7 7 z. z. B. in Form einer PCMCIA-Karte, einer Smartcart, eines Speichdongels oder eines Memonsticks vorgesehen sein, für die das CPAP-Gerät einen Steckplatz For example, be provided in the form of a PCMCIA card, a SMARTCART, a Speichdongels or Memonsticks for which the CPAP apparatus comprises a slot 6 6 aufweisen kann. may have.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Beatmungsgerät mit einem Modem In another embodiment, the ventilator can with a modem 12 12 (modulator demodulator) ausgerüstet sein, über das das CPAP-Gerät die Daten beispielsweise über ein öffentliches Telefonnetz (PSTN, public switched telephone network) zu einem Computer eines Arztes übertragen kann. (Modulator-demodulator) be provided, via which the CPAP device can be transmitted to a computer of a doctor, the data for example via a public switched telephone network (PSTN, Public Switched Telephone Network). Ferner können bei Beatmungsgeräten auch Notrufe über das Modem Further, in ventilators and emergency calls via the modem 12 12 abgegeben werden. be issued. Besonders vorteilhaft ist es, die Flussdaten zunächst im Beatmungsgerät zwischenzuspeichern, um nicht eine laufende Verbindung über das öffentliche Telefonnetz aufrecht erhalten zu müssen. It is particularly advantageous initially buffer the flow of data in the ventilator, to avoid having to get a running connection via the public telephone network is maintained. Eine Datenreduktion vermindert die Verbindungsdauer und damit die Telefonkosten. A data reduction reduces the connection time and phone costs.
  • Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. The invention was explained in detail with reference to preferred embodiments. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. but is obvious to one skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt. Therefore, the scope is defined by the following claims and their equivalents.
  • 1 1
    CPAP-GerätLoch CPAP device hole
    2 2
    Loch hole
    4 4
    Kompressor compressor
    5 5
    Mikrocontroller microcontroller
    6 6
    Steckplatz slot
    7 7
    Speichermedium storage medium
    8 8th
    Turbine turbine
    9 9
    Beatmungsschlauch breathing tube
    10 10
    Datenleitung data line
    11 11
    Drucksensor pressure sensor
    12 12
    Modem modem
    16 16
    Flusssensor flow sensor
    17 17
    Heizdraht heating wire
    18 18
    Beatmungsmaske breathing mask
    19 19
    Schlafender Sleeping
    40 40
    Flußdiagramm Flow chart
    41–48 41-48
    Schritte steps
    50 50
    Flußdiagramm Flow chart
    51–58 51-58
    Schritte steps
    81 81
    gemessene Atemflusskurve measured respiratory flow curve
    82 82
    angepasste Atemflusskurve customized respiratory flow curve
    83 83
    gemessene Atemflusskurve measured respiratory flow curve
    84 84
    angepasste Atemflusskurve customized respiratory flow curve

Claims (11)

  1. Verfahren für ein Beatmungsgerät mit: wiederholtem Messen ( A method for a respirator comprising: repeatedly measuring ( 16 16 , . 17 17 , . 42 42 ) eines Atemluftflusses während des Betriebs des Beatmungsgeräts ( ) Of a respiratory air flow during the operation of the ventilator ( 1 1 ) zu mehreren Zeitpunkten; ) At multiple time points; und Abspeichern der Messpunkte des Atemflusses; and storing the measurement points of the breath flow; gekennzeichnet durch : Anpassen eines ersten Polynoms ( characterized by: adjusting a first polynomial ( 44 44 ) an den zeitlichen Verlauf der Messpunkte. ) On the time course of the measurement points.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Polynom um ein Polynom vierten Grades handelt. A method according to claim 1, characterized in that it is in the first polynomial to a fourth order polynomial.
  3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte des Atemflusses in einzelne Inspirations- und Expirationsphasen unterteilt werden und das erste Polynom an die zu einer Inspirationsphase gehörenden Punkte angepasst wird. Method according to one of the above claims, characterized in that the measuring points of the respiratory flow are subdivided into individual inspiratory and Expirationsphasen and the first polynomial is adapted to belong to an inspiration phase points.
  4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beatmungsgerät die Polynomkoeffizienten des ersten Polynoms über eine Schnittstelle ( Method according to one of the above claims, characterized in that the ventilator the polynomial coefficients of the first polynomial (via an interface 6 6 ) an die externe Speichereinheit ( ) (In the external storage unit 7 7 ) überträgt. ) Transfers.
  5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beatmungsgerät die Polynomkoeffizienten des ersten Polynoms über ein Modem ( Method according to one of the above claims, characterized in that the ventilator the polynomial coefficients of the first polynomial (using a modem 12 12 ) und ein öffentliches Telefonnetz (PSTN) zu einem weiteren Computer überträgt. ) And a public switched telephone network (PSTN) transmits to another computer.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder den Ansprüchen 3 und 5, soweit sie sich auf Anspruch 2 rückbeziehen, mit: Berechnen ( The method of claim 2 or claims 3 and 5, as far as they refer back to claim 2, comprising: calculating ( 46 46 ) der Ableitung des ersten Polynoms, wobei ein zweites Polynom dritten Grades entsteht. ) Of the derivative of the first polynomial, a second third degree polynomial produced.
  7. Verfahren für ein Beatmungsgerät mit: wiederholtem Messen ( A method for a respirator comprising: repeatedly measuring ( 16 16 , . 17 17 , . 42 42 ) des Atemflusses während des Betriebs des Beatmungsgeräts ( ) Of the respiratory flow during operation of the ventilator ( 1 1 ) zu mehreren Zeitpunkten; ) At multiple time points; und Abspeichern der Messpunkte des Atemflusses; and storing the measurement points of the breath flow; gekennzeichnet durch Schätzen ( characterized by estimating ( 53 53 ) der Ableitung des Atemflusses nach der Zeit; ) Of the derivative of the respiratory flow with respect to time; Anpassen ( To adjust ( 54 54 ) eines zweiten Polynoms dritten Grades an die Ableitung. ) Of a second third degree polynomial of the derivative.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner mit: Bestimmen der drei Nullstellen ( The method of claim 6 or 7, further comprising: determining the three zeros ( 46 46 , . 56 56 ) des zweiten Polynoms; ) Of said second polynomial; Auswerten ( evaluating ( 47 47 , . 57 57 ) des Imaginärteils der zwei konjugierten komplexen Nullstellen, falls das zweite Polynom nur eine reelle Nullstelle hat. ) Of the imaginary part of the two complex conjugate zeroes, if the second polynomial has only one real root.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner die Fläche ( The method of claim 8, further wherein the surface ( 47 47 , . 57 57 ) des von den drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks wird. ) Of the plane spanned by the three zeros in the complex plane triangle.
  10. Beatmungsgerät, insbesondere CPAP-Gerät mit einem Flusssensor ( Ventilator, in particular CPAP device (with a flow sensor 16 16 ), einem Befehlsspeicher und einer zentralen Verarbeitungseinheit ( (), An instruction memory and a central processing unit 5 5 ), die in dem Befehlsspeicher abgelegte Befehle abarbeitet, so dass das Beatmungsgerät ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt. ), Which executes stored in the instruction memory instructions, so that the ventilator to perform a method according to any one of claims 1 to 9.
  11. Speichermedium zur Verwendung mit einem Beatmungsgerät, insbesondere CPAP-Gerät, das einen Flusssensor ( Storage medium for use with a ventilator, in particular CPAP device (a flow sensor 16 16 ) und eine zentrale Verarbeitungseinheit ( ) And a central processing unit ( 5 5 ) zur Abarbeitung der in dem Speichermedium gespeicherten Befehle umfasst, wobei das Beatmungsgerät bei der Abarbeitung der im Speichermedium gespeicherten Befehle ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 durchführt. ) Comprises for processing the data stored in the storage medium commands, wherein the ventilator during the execution of the stored instructions in the storage medium to perform a method according to claims 1 to 9.
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