DE4103801A1

DE4103801A1 - Verfahren zur temperaturregelung eines inkubators

Info

Publication number: DE4103801A1
Application number: DE19914103801
Authority: DE
Inventors: Jochim Dr Koch
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Medical GmbH
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2011-02-09
Also published as: JPH066143B2; JPH05184630A; DE4103801C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsparameter eines Gerätes zur Warmhaltung von Früh- und Neugeborenen, bei dem zur Ermittlung der Zustands-Istwerte mit dem Körper bzw. mit seiner Umgebungsatmosphäre in Verbindung stehende Sensoren vorgesehen sind, deren Ausgangswerte einer Meßwertverarbeitungsanlage zugeführt und von dieser zu Stellgrößen zur Beeinflussung der Betriebsparameter verarbeitet werden.

Die Herbeiführung und Einhaltung eines definierten Wärmehaushaltes besitzt für Säuglinge große Bedeutung und hat die Entwicklung von Inkubatoren, Wärmebettchen, Strahlungsheizungen, und sogenannten offenen Intensivpflegebetten wesentlich bestimmt und ist bis heute noch nicht zufriedenstellend gelöst. Zur Definition des Wärmezustandes und zur Dosierung der zugeführten Wärmeenergie genügt im allgemeinen eine vorbekannte rektale oder örtliche Hauttemperaturmessung nicht. Diese Meßwerte sind als Einzelwerte hinsichtlich des gesamten Wärmehaushaltes des Säuglings nicht genügend aussagekräftig, und es besteht daher die Aufgabenstellung, ein Verfahren anzugeben, welches mit möglichst wenig Hilfsmitteln einen Gesamtüberblick über die Wärmebilanz des Säuglings und über dessen Zustand ermöglicht. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Aufrechterhaltung eines sogenannten Zustandes des Wohlbefindens für den Säugling, bei dem der Wärmehaushalt des Säuglings möglichst gering belastet ist, was sich u. a. durch einen minimalen Sauerstoffverbrauch auszeichnet, der zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen noch notwendig ist.

Ein Inkubator mit Strahlungsheizkörpern ist in der DE-A1 36 16 359 dargestellt. Dabei ist vorgeschlagen worden, eine Sensor- bzw. Fühleinrichtung für die wichtigeren Parameter, beispielsweise Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Hauttemperatur, Pulsfrequenz usw. anzuordnen und mit einer Aufzeichnungseinrichung zu kombinieren. Eine Alarmeinrichtung soll unmittelbar jede Abweichung 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 Betriebsparameter ist daher im wesentlichen durch überlieferte Vorgabewerte bestimmt.

Die Erfindung geht von der speziellen Aufgabenstellung aus, die Betriebsparameter eines Gerätes zur Warmhaltung von Früh- und Neugeborenen gezielt aufgrund eines genau definierten Wärmezustandes des Früh- oder Neugeborenen festzulegen und Aussagen über das körperliche Wohlbefinden aufgrund der ermittelten Sensor-Istwerte zur Regelung der Betriebsparameter des Gerätes heranzuziehen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß von wenigstens zwei an dem Körper anbringbaren Temperatursensoren Ausgangs-Istwerte der Meßwertverarbeitungsanlage zugeführt werden, welche entweder:

a) aus dem Istwert des ersten Temperatursensors und der Differenz zwischen den Istwerten des ersten und des zweiten Temperatursensors einen logischen Vergleichswert ermittelt, und daß aus dem Vergleichswert die Stellgröße der Betriebsparameter des Inkubators verändert werden;
und/oder
b) aus dem Istwert des ersten Temperatursensors und dem Istwert des zweiten Temperatursensors einen logischen Vergleichswert herstellt und daraus die Stellgröße der Betriebsparameter des Inkubators verändert wird.

Die betrachteten Geräte lassen sich summarisch, jedoch ohne vollständig zu sein, als Inkubator, Wärmebettchen, Strahlungsheizung, offener Intensivpflegeplatz mit Strahlenheizung, bezeichnen, wobei im folgenden der Einfachheit halber auf den Inkubator als Repräsentant der genannten Geräteklasse Bezug genommen wird. Die Erfindung läßt sich auch auf andere Geräte anwenden, sofern sie geeignet sind, die für das Früh- und Neugeborene erforderliche Wärmeumgebung bereitzustellen.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß nunmehr nicht nur eine einzige Körpertemperatur für die Betriebsparameter des Inkubators maßgeblich ist, sondern mindestens zwei, die sich auf unterschiedliche Meßorte am Körper beziehen. Beispielsweise kann der erste Temperatursensor die Kerntemperatur und der zweite Temperatursensor die Peripherietemperatur des Körpers aufnehmen. Mit der Kenntnis der zentralen Körpertemperatur und der peripheren Temperatur kann außer über die aktuell gemessene Temperatur nun auch eine Aussage über den Zustand des im Inkubator befindlichen Patienten gemacht werden. Z.B. kann der Fachmann unterscheiden, ob der Körper unterkühlt, normotherm oder überhitzt ist. Diese Aussage läßt die bisherige Messung allein einer einzigen Temperatur, z. B. der Hauttemperatur, nach dem Stand der Technik nicht zu. Deshalb ist der Einsatz beispielsweise einer Hauttemperaturregeleinrichtung für einen Inkubator begrenzt. Im Schockzustand (normale Kerntemperatur, kalte Hauttemperatur) würde die Hauttemperaturregelung allein den im Inkubator befindlichen Patienten auf eine Fiebertemperatur anwärmen. Im Fieberzustand (hohe Kerntemperatur, hohe oder kalte Hauttemperatur (je nach Zeitpunkt)) würde die Hauttemperaturregelung das Fieber herunterkühlen bzw. verstärken, ohne daß vom behandelnden Personal eine schlüssige Diagnose gestellt werden könnte. Mit der Messung von mindestens zwei Temperaturwerten können Rückschlüsse auf den "Wohlbefindlichkeitszustand" des Patienten gezogen werden und die folgerichtige Entscheidung durch das behandelnde Personal getätigt werden. Die Regelung wird so eingesetzt, daß der Patient auf der Kerntemperatur unter Berücksichtigung seines allgemeinen Wärmezustandes gehalten wird. Es handelt sich somit nicht nur um eine feste Regelung auf eine bestimmte Regelgröße (vorzugsweise der Temperatur), gemessen an einem einzigen Ort, sondern um eine angepaßte Regelung unter Berücksichtigung verschiedener Zustände des Patienten in bezug auf seinen Wärmehaushalt.

Zweckmäßigerweise mißt der erste Temperatursensor einen für die Kerntemperatur repräsentativen Istwert, und der zweite Temperatursensor einen für die Peripherie repräsentativen Istwert. Diese beiden Meßorte decken in ihrer Aussagefähigkeit die Mehrzahl der in bezug auf den Wärmehaushalt eintretbaren Zustände eines Patienten im Inkubator ab.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß bei Überschreiten des Temperatur-Istwertes des ersten Sensors eines ersten Obergrenzwertes die Wärmezufuhr in den Inkubatorinnenraum unterbrochen wird, und daß bei dessen Unterschreiten eines unteren Grenzwertes und bei gleichzeitigem Vorliegen einer Istwert-Differenz zwischen beiden Sensoren die Wärmezufuhr in geregelter Form wieder in Gang gesetzt wird, bzw. aufrechterhalten bleibt. Bei dieser Art logischen Verknüpfung der Temperatur-Istwerte wird sichergestellt, daß der Obergrenzwert einen Sicherheitswert darstellt, über den hinaus der Patient auf keinen Fall angewärmt werden darf. Unterschreitet hingegen der Temperatur-Istwert des ersten Sensors einen unteren Grenzwert und ist dennoch eine Differenz zwischen den Istwerten des ersten und des zweiten Sensors vorhanden, wird die Wärmezufuhr in normaler, geregelter Form entweder aufrechterhalten bzw. wieder in Gang gesetzt. Bei Überschreiten der Temperatur des ersten Sensors, z. B. der Kerntemperatur, eines Obergrenzwertes wird somit die Heizung ausgeschaltet, da von einem Zustand des Fiebers ausgegangen werden kann. Beim Unterschreiten eines unteren Grenzwertes für die Kerntemperatur und einer vorhandenen Temperaturdifferenz zwischen beiden Sensoren (Unterkühlung) wird die Heizung eingeschaltet bzw. läuft innerhalb der bisher eingestellten Regelkennlinie normal weiter.

Es kann ebenfalls günstig sein, daß bei Überschreiten des Temperatur-Istwertes eines der beiden Sensoren über einen Obergrenzwert hinaus die Wärmezufuhr unterbrochen wird, und daß bei Unterschreiten des Temperatur-Istwertes des ersten Sensors unterhalb eines unteren Grenzwertes, und bei Vorliegen des Temperatur-Istwertes eines zweiten Sensors innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs die Wärmezufuhr wieder in Gang gesetzt wird bzw. aufrechterhalten bleibt. Beispielsweise ist der Obergrenzwert auf 37,5°C für den Sensor zur Messung der Körperkerntemperatur eingestellt, dessen Überschreitung die Abschaltung der Heizung zur Folge hat. Bei Unterschreiten des Istwertes dieses Sensors unterhalb 36°C und bei einem Temperatur-Istwert des zweiten Sensors innerhalb von beispielsweise 37,0 bis 37,5°C wird die Heizung eingeschaltet bzw. bleibt eingeschaltet. Die Meßwertverarbeitungsanlage verarbeitet daher die logischen Vergleichswerte derart, daß der im Inkubator befindliche Patient immer sowohl auf die Einhaltung der gewünschten Kerntemperatur als auch auf die Einhaltung einer warmen Peripherietemperatur gehalten bleibt. Dieser Zustand kann als "thermischer Komfort" definiert werden, der sich u. a. auch durch einen minimalen Sauerstoffverbrauch auszeichnet, wodurch der Kreislauf und die Organtätigkeit des Patienten nicht überanstrengt wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren zweckmäßigen Ausgestaltungen werden anhand der folgenden Beispiele noch einmal dargestellt:

Beispiel 1

Mit dem einen Sensor wird die Kerntemperatur gemessen, mit dem zweiten eine Peripherietemperatur, z. B. am Fuß. Die Kerntemperatur ist ungefähr 37°C, der Fuß ist ca. 2°C kälter.

Als Temperaturdifferenz-Sollwert wird 1°C eingestellt. Also wird die Inkubatorluftheizung zugeschaltet, um den Säugling stärker zu erwärmen. Erreicht die Differenz zwischen Kern- und Peripherietemperatur den Sollwert von 1°C, dann wird die Heizung ausgeschaltet.

Die Sollwertvorgabe für die Temperaturdifferenz wird von dem Bedienungspersonal, abhängig von dem Alter, dem Geburtsgewicht und dem Gestationsalter entschieden und an der Meßwertverarbeitungseinheit über ein Tastenfeld eingegeben.

Beispiel 2

Obwohl ein Sollwert für die Temperaturdifferenz von 3°C eingegeben wurde und der Fuß 4°C kälter als der Kern ist, schaltet die Heizung des Inkubators nicht ein, wenn die Kerntemperatur größer ist als 37,5°C. Der Säugling könnte sich gerade in einem fiebrigen Zustand befinden, bei dem der Blutstrom zentralisiert wurde. Dieser Zustand kann durch die gleichzeitige Messung der absoluten Kerntemperatur und durch die Temperaturdifferenzmessung erkannt und entsprechend gewarnt werden.

Dieses wird von den bekannten Temperaturregeleinrichtungen nicht erkannt. Die Inkubatorheizleistung wäre noch verstärkt und der fiebrige Zustand verschlimmert worden, ohne daß eine Warnung gegeben würde, wenn nur der Periphertemperatur-Istwert zur Regelung herangezogen worden wäre.

Beispiel 3

Der Patient ist gerade in einen schockähnlichen Zustand geraten: Die Kerntemperatur ist normal, und die Peripherie ist plötzlich stark abgefallen. Dieses wird von der Meßwertverarbeitungseinheit als Schockzustand analysiert, und es kann Hilfe durch entsprechende Warnung herbeigerufen werden. Die Heizung des Inkubators kann normal weiterlaufen, damit der Säugling nicht auskühlt oder überhitzt.

Dieser Zustand konnte von den bisherigen Temperaturregeleinrichtungen ebenfalls nicht erkannt werden. Diese hätten die Inkubatorheizleistung stark erhöht und den Säugling evtl. überhitzt, ohne eine Warnung zu geben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Inkubators mit der Meßwertverarbeitungsanlage

Fig. 2 ein logisches Ablaufdiagramm für die Steuerung der Betriebsparameter.

In Fig. 1 ist ein Inkubatorgehäuse (1) dargestellt, über welches eine Inkubatorhaube (2) aufgesetzt ist, in dessen Innenraum sich eine Liegefläche (3) befindet. Auf dieser Liegefläche (3) ruht ein Patient (4), an den ein erster Temperatursensor (5) zur Messung der Kerntemperatur T_K und ein zweiter Temperatursensor (6) zur Messung der Peripherietemperatur T_P am Fuß angebracht sind. Die Anwärmung des Inkubatorinnenraumes erfolgt durch eine Umwälzung der Innenraumluft entlang der dargestellten Strömungspfeile (7). Dabei wird die Inkubatorluft durch einen Strömungskanal (8) geführt, in dessen Verlauf sich sowohl eine Heizvorrichtung (9) sowie ein Lüfter (10) befinden. Dadurch wird die Strömung der angewärmten Inkubatorluft aufrechterhalten. Die Heizvorrichtung (9) und der Lüfter (10) sind über Anschlußkontakte (11) an jeweilige zugehörige, nicht dargestellte Stromversorgungseinheiten angeschlossen. Die Temperatursensoren (5, 6) und die Meßverstärker (15, 16) sind an eine Meßwertverarbeitungsanlage (12) angeschlossen. Die von den Sensoren (5, 6) ermittelten Istwerte sind an der Istwert-Darstellung (13) angezeigt. Die beiden von den Meßverstärkern (15, 16) übermittelten Werte werden von der Meßwertverarbeitungsanlage (12) verglichen und der sich ergebende Differenzwert an der Differenzwertdarstellung (14) angezeigt. Die zu den Temperaturwerten und den Differenzwerten zugehörigen Sollwerte sind an den Sollwertdarstellung (17) und der Differenzsollwertdarstellung (18) eingegeben und angezeigt. Die entsprechenden Sollwerte (17, 18) werden der Meßwertverarbeitungsanlage (12) zugeführt. Istwerte und Sollwerte werden in der Meßwertverarbeitungsanlage in einem in ihr enthaltenen Prozeßrechner nach einem einprogrammierten Algorithmus logisch verknüpft und die entsprechenden logischen Ergebnisse als ein Logiksignal an einen nachgeschalteten Regler (19) weitergegeben, der über eine Regelleitung (20) mit einem der Anschlußkontakte (11) der Heizvorrichtung (9) verbunden ist. Je nachdem wie das logische Ergebnis aus der Meßwertverarbeitungsanlage ermittelt wird, wird über eine Warn- und Anzeigevorrichtung (21) der den gemessenen Temperaturwerten zugrunde liegende Wärmezustand des Patienten in Form eines Textes angezeigt bzw. unerwünschte Zustände optisch und/oder akustisch übermittelt.

Fig. 2 stellt einen logischen Ablauf dar, wie er in dem Algorithmus der Meßwertverarbeitungsanlage (12) abgearbeitet wird. Die Signale aus den Meßverstärkern (15, 16) werden zunächst daraufhin überprüft, welche der beiden von den Sensoren (5, 6) ermittelten Temperaturen T_K und T_P die größere ist. Danach wird beispielsweise festgestellt, daß die höhere der Temperaturen die Kerntemperatur T_K ist. Nach anschließender Differenzwertbildung Delta T wird abgefragt, ob der Istwert T_K größer als der Sollwert T_K (oberer Grenzwert) ist. Falls dies zutrifft, wird die Heizung ausgeschaltet und eine akustische Warnung gegeben sowie als Text auf der Warn- und Anzeigevorrichtung (21) das Wort "Fieber" angezeigt. Ist der Istwert T_K kleiner als der Sollwert T_K (unterhalb des oberen Grenzwertes) wird weiterhin gefragt, ob der Istwert der Temperaturdifferenz Delta T gleich dem Sollwert für die Temperaturdifferenz Delta T ist. Falls dies zutrifft, wird die Heizung ausgeschaltet, falls jedoch der Istwert Delta T kleiner als der Sollwert Delta T ist, wird anschließend abgefragt, wie groß die Wachstumsrate des Istwertes Delta T ist. Ist sie hoch, erkennt der Algorithmus der Meßwertverarbeitungsanlage (12) einen Schockzustand, der an der Warn- und Anzeigevorrichtung (21) akustisch und durch eine Textanzeige "Schock" dargestellt wird. Die Heizung (9) bleibt dabei eingeschaltet und die Inkubator-Temperatur wird auf normale Regelwerte eingestellt. Ist die Abweichung des Istwertes Delta T von dem Sollwert Delta T nur langsam im Verlaufe der Zeit erfolgt, ist eine unerwünschte Abkühlung der Peripherie eingetreten, so daß die Heizung entsprechend in ihrer notwendigen Leistungszufuhr eingeschaltet wird.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Betriebsparameter eines Gerätes zur Warmhaltung von Früh- und Neugeborenen, bei dem, zur Ermittlung der Zustands-Istwerte, mit dem Körper bzw. mit seiner Umgebungsatmosphäre in Verbindung stehende Sensoren vorgesehen sind, deren Ausgangswerte einer Meßwertverarbeitungsanlage zugeführt und von dieser zu Stellgrößen zur Beeinflussung der Betriebsparameter verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens zwei an dem Körper (4) anbringbaren Temperatursensoren (5, 6) Ausgangs-Istwerte der Meßwertverarbeitungsanlage (12) zugeführt werden, welche entweder:

a) aus dem Istwert des ersten Temperatursensors (5) und der Differenz zwischen den Istwerten des ersten (5) und des zweiten (6) Temperatursensors Delta T einen logischen Vergleichswert ermittelt, und daß aus dem Vergleichswert die Stellgröße der Betriebsparameter des Inkubators (1, 2) verändert wird,
und/oder
b) aus dem Istwert des ersten Temperatursensors (5) und dem Istwert des zweiten Temperatursensors (6) einen logischen Vergleichswert herstellt und daraus die Stellgröße der Betriebsparameter des Inkubators verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperatursensor (5) ein einen für die Kerntemperatur repräsentativen Istwert ermittelnder, und der zweite Temperatursensor (6) ein einen für die Peripherie repräsentativen Istwert ermittelnder Fühler ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Temperatur-Istwertes des ersten Sensors (5) eines ersten Obergrenzwertes die Wärmezufuhr in den Inkubatorinnenraum unterbrochen wird, und daß bei dessen Unterschreiten eines unteren Grenzwertes und bei gleichzeitigem Vorliegen einer Istwert-Differenz zwischen beiden Sensoren (5, 6) die Wärmezufuhr in geregelter Form wieder in Gang gesetzt bzw. aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Temperatur-Istwertes eines der beiden Sensoren (5, 6) über einen Obergrenzwert die Wärmezufuhr unterbrochen wird, und daß bei Unterschreiten des Temperatur-Istwertes des ersten Sensors (5) unterhalb eines unteren Grenzwertes und bei Vorliegen des Temperatur-Istwertes des zweiten Sensors innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs die Wärmezufuhr wieder in Gang gesetzt bzw. aufrechterhalten wird.