DE3930363A1 - Verfahren zur steuerung der betriebsparameter eines inkubators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der den Wärmehaushalt eines in einen Inkubator eingebrach­ ten Früh- oder Neugeborenen bestimmenden Betriebspara­ meter, bei dem zur Ermittlung der Zustands-Istwerte mit dem Körper bzw. mit seiner Umgebungsatmosphäre in Ver­ bindung stehende Sensoren vorgesehen sind, deren Aus­ gangswerte einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt und von dieser zu Stellgrößen zur Beeinflussung der Betriebs­ parameter verarbeitet werden.

Die Herbeiführung und Einhaltung eines definierten Wärme­ haushaltes besitzt bei Säuglingen große Bedeutung und hat die Entwicklung der Inkubatoren, Wärmebettchen und Strah­ lungsbeheizungen wesentlich bestimmt.

Zur Definition des Wärmezustandes und zur Dosierung der zugeführten Wärmeenergie genügt im allgemeinen eine vorbekannte rektale oder örtliche Hauttemperatur­ messung nicht. Diese Meßwerte sind hinsichtlich des gesamten Wärmehaushaltes des Säuglings nicht genügend aussagekräftig, und es besteht daher die Aufgabenstel­ lung, ein Verfahren anzugeben, welches mit möglichst wenig Hilfsmitteln einen Gesamtüberblick über die Wärme­ bilanz des Säuglings und über dessen Zustand (Unterküh­ lung, Neutralverhalten, Fieber, Schock usw.) ermöglicht.

Ein Inkubator mit Strahlungsheizkörpern ist in der DE-OS 36 16 359 dargestellt. Dabei ist bereits vorge­ schlagen worden, eine Sensor- bzw. Fühleinrichtung für die wichtigeren Parameter, beispielsweise Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Hauttemperatur, Pulsfrequenz usw. anzu­ ordnen und mit einer Aufzeichnungseinrichtung zu kombi­ nieren. Eine Alarmeinrichtung soll unmittelbar jede Ab­ weichung von dem zugelassenen Bereich der Parameter anzeigen. Ein solches Überwachungsverfahren verfügt jedoch nicht über hinreichende Kenntnisse der den Wärmehaushalt bestimmenden Temperaturzonen, und die Steuerung der Be­ triebsparameter ist daher im wesentlichen durch willkür­ lich gewählte Vorgabewerte bestimmt.

Die Erfindung geht von der speziellen Aufgabenstellung aus, die Betriebsparameter eines Inkubators gezielt aufgrund eines genau definierten Wärmezustandes des Früh- oder Neugeborenen festzulegen. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß für verschiedene körperbezogene Temperaturzonen wenigstens zwei von vier Temperatursensoren, nämlich für die Messung der Körperkerntemperatur, für die Messung der Hauttemperatur, für die Messung der Körper­ peripherietemperatur und für die Messung der Umgebungs­ temperatur vorgesehen sind, deren Ausgangswerte der Da­ tenverarbeitungsanlage zugeführt werden, welche eine erste mehrdimensionale Tabelle enthält, deren eine Dimen­ sion durch die verwendeten Sensoren,und deren andere Di­ mension durch personenbezogene Auswahlgrößen bestimmt ist und deren Tabellenelemente aus erfahrungsbestimmten Zu­ stands-Vorgabewerten bestehen, und daß aus der ersten Tabelle nach Eingabe von personenbezogenen Auswahlgrößen eine Matrix mit für das Früh- oder Neugeborene speziellen Zustands-Vorgabewerten für die verschiedenen Temperatur­ zonen (Kerntemperatur, Hauttemperatur, Peripherietempe­ ratur usw.) ermittelt wird, und daß aus dem Vergleich mit einer zweiten mehrdimensionalen Tabelle, welche die Tole­ ranzen für die Beschreibung der verschiedenen Temperatur­ zustände (z.B. zu kalt, normal, zu warm usw.) enthält, in Verbindung mit den Zustands-Istwerten das Früh- oder Neu­ geborene in seinem Wärmezustand (z.B. Kern im Normalzustand, Haut zu kalt, Peripherie zu kalt usw.) in aus einem Ent­ scheidungsfeld abrufbaren Daten definiert wird.

Ein solches Verfahren definiert den Wärmezustand eines Früh- oder Neugeborenen exakt, und aus der Relation der Temperaturwerte in den einzelnen körperbezogenen Tempera­ turzonen lassen sich sowohl das aktuelle Befinden als auch mögliche Weiterentwicklungen bei Änderung der Betriebs­ parameter feststellen bzw. vorhersagen.

Bei der direkten Temperaturmessung kann man zweckmäßig ein vereinfachtes Temperaturzonenmodell dadurch erreichen, daß vier Temperaturparameter, nämlich die Kerntemperatur, die Hauttemperatur, die Peripherietemperatur und die Umge­ bungstemperatur im Inkubator gemessen werden. Aus diesen Temperaturen läßt sich vereinfacht der Zustand des Kernes, der Hautschale, der Peripherie und die Beziehung zur Um­ gebungstemperatur darstellen.

Die einzelnen Wärmezustände lassen sich durch die Verhält­ nisse zwischen den einzelnen Temperaturwerten definieren. So bedeuten beispielsweise

• - starke Unterkühlung  Kerntemperatur und Peripherie­ temperatur unterhalb von 36,5°C,
• - leichte Unterkühlung  Kerntemperatur ca. 37°C und Peri­ pherietemperatur unterhalb von 36,5°C,
• - Normalbereich  Kerntemperatur und Peripherietem­ peratur ca. 37°C,
• - leichtes Fieber  Kerntemperatur und Peripherietem­ peratur oberhalb 37°C,
• - Schock  Kerntemperatur ca. 35°C, Hauttem­ peratur unterhalb 35°C.

Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann u.U. dadurch erreicht werden, daß zusätzlich zu den Ausgabewerten der Temperatursensoren der Ausgabewert eines Feuchtigkeits­ sensors aus der Umgebungsatmosphäre verarbeitet wird. Der Feuchtigkeitsgrad beeinflußt wesentlich das Wärmeleit­ vermögen der umgebenden Luft und den Wärmeaustausch zwischen Körper und Umgebungsatmosphäre.

Besonders wesentlich erscheint eine Weiterbildung , bei der der definierte Wärmezustand in körpergerechter visu­ eller Darstellung auf einem Ausgabedisplay sichtbar ge­ macht wird (sogenanntes "Wärmemonitoring"), wobei die Größe der Abweichung zwischen dem Zustands-Istwert und dem Zustands-Vorgabewert durch ein optisch unterscheidbares Erkennungsraster hervorgehoben wird. Die visuelle Darstel­ lung kann zweckmäßig mehrfarbig erfolgen; dadurch lassen sich die einzelnen körperbezogenen Temperaturzonen und deren Veränderungen besonders sinnfällig darstellen.

Eine zweckmäßige Ausbildung kann ferner vorsehen, daß durch einen Steuerbefehl die Stellgrößen des Inkubators derart verändert werden, daß sich die Zustands-Istwerte den Zustands-Vorgabewerten nähern.

Ergibt beispielsweise das Ergebnis der logischen Abfrage die folgenden Temperaturen: Kerntemperatur 36,5°C, Peri­ pherietemperatur 36,5°C, Hauttemperatur 36,5°C, Umgebungs­ temperatur im Inkubator 36,5°C, so ist nach dem oben An­ gegebenen davon auszugehen, daß der Säugling unterkühlt ist, und daß zusätzlich die Umgebungstemperatur zu niedrig ist, um ihn genügend aufzuwärmen.

Der Wärmezustand wird auf dem Display, gegebenenfalls durch farbige Unterscheidung der körperbezogenen Tempe­ raturzonen, sichtbar gemacht, und auf dem Display kann als Empfehlung ausgegeben werden, eine höhere Temperatur­ einstellung des Inkubators zu wählen. Durch den Steuer­ befehl kann der Sollwert für die Temperatur der Inkubator­ heizvorrichtung automatisch höher gesetzt werden, und damit ergibt sich eine Einregelung der Heizung auf höhere Temperaturwerte.

Bei der mehrfarbigen Darstellung werden zweckmäßig für die einzelnen Temperaturzonen ausdrucksvolle Farbgebungen, bei­ spielsweise blau für kältere und rot für wärmere Zonen in verschiedener Abstufung gewählt.

Es kann ferner zweckmäßig sein, daß durch eine willkür­ liche fiktive Änderung der Betriebsparameter fiktive Zustands-Istwerte als Ausgangswerte erzeugt werden, und daß diese nach Eingabe der personenbezogenen Auswahlgrößen mit den daraus resultierenden Zustands-Vorgabewerten ver­ glichen werden, wodurch Übungs- bzw. Testläufe für die Einstellung der Betriebsparameter durchgeführt bzw. diese in ihrer Auswirkung auf die Zustands-Istwerte optimiert werden können. Dadurch läßt sich beispielsweise üben, welche Auswirkungen verschiedene Bedienungsbefehle in Form von Trends oder thermischen Zuständen des Säuglings haben. Es läßt sich vorher durch Abfrage und Herausgabe des Exper­ tenwissens eine Empfehlung dafür erlangen, wie z.B. die Heizvorrichtung eingestellt werden müßte, um den Säugling in den gewünschten Wärmezustand zu bringen.

Es kann ferner zweckmäßig sein, daß in dem Entscheidungs­ feld Grenzwerte für die Abweichung der Zustands-Istwerte von den Zustands-Vorgabewerten festgelegt sind, bei deren Überschreitung Kennfelder aufgerufen werden, welche Warn­ anzeigen, z.B. optische und/oder akustische Signale aus­ lösen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann darin bestehen, daß die zeitliche Veränderung der Abweichung zwischen den eingegebenen Zustands-Istwerten und den ermittelten Zustands-Vorgabewerten in einem aufrufbaren Prognosefeld der Datenverarbeitungsanlage abgelegt werden.

Schließlich erscheint es zweckmäßig, im Prognosefeld Grenzwerte für die zeitliche Veränderung der Abweichung der Zustands-Istwerte von den Zustands-Vorgabewerten festzulegen, bei deren Überschreitung Kennfelder aufgerufen werden, welche Prognoseanzeigen, gegebenenfalls unmittelbar im Klartext, auslösen.

Durch die Merkmale der Erfindung wird ein Verfahren angegeben, mit dem der Wärmezustand eines Früh- oder Neugeborenen einwandfrei definiert wird, so daß gezielte Stellbefehle zur Veränderung der Betriebsparameter im Hinblick auf den gewünschten Wärmezustand erteilt werden können.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden, aus der sich weitere Erfindungsmerkmale ergeben.

Das schematische, teilweise als Flußdiagramm aufgebaute Schaubild zeigt einen Inkubator 1, in dem sich auf einem Liegebettchen 2 ein Säugling 3 befindet. Zur Dastellung der körperbezogenen Temperaturzonen sind ein Sensor 4 für die Umgebungstemperatur t1, ein Sensor 5 für die Körperkerntemperatur t2, ein Sensor 6 für die Hauttemperatur t3 und ein Sensor 7 für die Peripherietemperatur t4 vorgesehen. Zusätzlich kann noch ein in der Zeichnung nicht dargestellter Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung der relativen Feuchtigkeit rf vorhanden sein.

Die Ausgangswerte der Sensoren werden in einem Meßstellenumschalter 8 zusammengefaßt und einzeln über einen Meßverstärker 9 einer Datenverarbeitungsanlage 10 zugeführt. Die Datenverarbeitungsanlage 10 enthält eine Matrix 11 mit den Meßwerten dieses Säuglings.

Zur Eingabe der personenbezogenen Daten ist eine Eingabeeinheit 12 vorgesehen, mit der die speziellen personenbezogenen Auswahlgrößen (z.B. Alters- und Gewichtsangaben, Schwangerschaftswochen) in die Datenverarbeitunganlage 10 eingegeben werden können. Die Datenverarbeitungsanlage 10 enthält eine erste mehrdimensionale Tabelle 13, in der erfahrungsbestimmte Zustands-Vorgabewerte abgelegt sind. Diese sind z.B. Gewicht, Alter, Gestationsalter Umgebungstemperatur T1, Körperkerntemperatur T2, Hauttemperatur T3, Peripherietemperatur T4 und relative Feuchtigkeit rF. Aus dieser ersten mehrdimensionalen Tabelle werden Erfahrungswerte des Fachwissens an eine Matrix 14 zur Ausgabe der Zustands-Vorgabewerte F (T1, T2, T3, T4 rF) des speziellen Säuglings weitergegeben. Eine Vergleichseinheit 15 vergleicht die Zustands-Istwerte mit den Vorgabewerten in einer Einheit 16, welche die Unterschiede Δ F zwischen den vorhandenen Zustands-Istwerten und den Zustands-Vorgabewerten feststellt.

In einer zweiten mehrdimensionalen Tabelle 17 sind die Toleranzen der Zustands-Vorgabewerte gespeichert, und diese werden durch eine weitere Vergleichseinheit 18 mit den tatsächlich vorliegenden Abweichungen verglichen. Bei Überschreitung können dabei zusätzliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Kennfelder aufgerufen werden, welche beispielsweise eine Warnanzeige in Form eines akustischen Signals auslösen.

Die körperbezogenen Temperaturzonen werden auf einem Display 19 in Form eines vereinfachten Körperschaubildes farbig ausgegeben. Eine zusätzliche Trendanzeigeeinheit 20 ergibt Hinweise auf mögliche Zustandsänderungen.

Außerdem kann durch eine Rückführung der Meßwerte auf die Führungsgröße (Regelkreis) einer Regeleinrichtung 21 für die Heizvorrichtung des Inkubators erreicht werden, daß sich die Zustands-Istwerte am Säugling in erwünschter Weise verändern.

Die verwendeten Meß-Sensoren können zweckmäßig nach verschiedenen bekannten Meßprinzipien, beispielweise zur direkten Temperaturmessung oder als Thermographiekameras (Infrarot-Messung) ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Verfahren zur Steuerung der den Wärmehaushalt eines in einen Inkubator eingebrachten Früh- oder Neuge­ borenen bestimmenden Betriebsparameter, bei dem zur Ermittlung der Zustands-Istwerte mit dem Körper bzw. mit seiner Umgebungsatmosphäre in Verbindung stehende Sensoren vorgesehen sind, deren Ausgangswerte einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt und von dieser zu Stellgrößen zur Beeinflussung der Betriebsparameter verarbeitet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für verschiedene körperbezogene Temperaturzonen wenigstens zwei von vier Temperatur­ sensoren, nämlich für die Messung der Körperkerntem­ peratur, für die Messung der Hauttemperatur, für die Messung der Körperperipherietemperatur und für die Messung der Umgebungstemperatur vorgesehen sind, deren Ausgangswerte der Datenverarbeitungsanlage zugeführt werden, welche eine erste mehrdimensionale Tabelle enthält, deren eine Dimension durch die verwendeten Sensoren, und deren andere Dimension durch personen­ bezogene Auswahlgrößen bestimmt ist, und deren Tabel­ lenelemente aus erfahrungsbestimmten Zustands-Vorgabe­ werten bestehen, und daß aus der ersten Tabelle nach Eingabe von personenbezogenen Auswahlgrößen eine Matrix mit für das Früh- oder Neugeborene speziellen Zustands- Vorgabewerten für die verschiedenen Temperaturzonen (Kerntemperatur, Hauttemperatur, Peripherietempe­ ratur usw.) ermittelt wird, und daß aus dem Vergleich mit einer zweiten mehrdimensionalen Tabelle, welche die Toleranzen für die Beschreibung der verschiedenen Temperaturzustände (z.B. zu kalt, normal, zu warm usw.) enthält, in Verbindung mit den Zustands-Istwerten das Früh- oder Neugeborene in seinem Wärmezustand (z.B. Kern in Normalzustand, Haut zu kalt, Peripherie zu kalt usw.) in aus einem Entscheidungsfeld abruf­ baren Daten definiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich zu den Ausgabewerten der Temperatursensoren der Ausgabewert eines Feuchtigkeitssensors der Umgebungsatmosphäre verarbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der definierte Wärme­ zustand in körpergerechter visueller Darstellung an einem Ausgabedisplay sichtbar gemacht wird, wobei die Größe der Abweichung zwischen dem Zustands-Istwert und dem Zustands-Vorgabewert durch ein optisch unterscheid­ bares Erkennungsraster sichtbar gemacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die visuelle Darstellung mehr­ farbig erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch einen Steuerbefehl die Stellgrößen des Inkubators derart verändert werden, daß sich die Zustands-Istwerte den Zustands-Vorgabe­ werten annähern.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch eine willkürlich fiktive Änderung der Betriebsparameter fiktive Zustands-Istwerte als Ausgangswerte erzeugt werden, und daß diese nach Eingabe der personenbezogenen Auswahlgrößen mit den daraus resultierenden Zustands-Vorgabewerten verglichen werden, und daß dadurch Übungs- bzw. Testläufe für die Einstellung der Betriebsparameter durchgeführt bzw. diese in ihrer Auswirkung auf die Zustands-Istwerte optimiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entscheidungs­ feld Grenzwerte für die Abweichung zwischen Zustands-Ist­ werten und Zustands-Vorgabewerten festgelegt sind, bei deren Überschreitung Kennfelder aufgerufen werden, welche Warnanzeigen auslösen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ver­ änderung der Abweichung zwischen eingegebenen Zustands-Ist­ werten und den ermittelten Zustands-Vorgabewerten in einem aufrufbaren Prognosefeld der Datenverarbeitungs­ anlage abgelegt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Prognosefeld Grenzwerte für die zeitliche Veränderung der Abweichung der Zustands-Istwerte von den Vorgabe­ werten festgelegt sind, bei deren Überschreitung Kennfelder aufgerufen werden, welche Prognosean­ zeigen auslösen.