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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Bestimmung der Durchgängigkeit
des Luftweges eines Patienten.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
der obstruktiven Schlafapnoe handelt es sich um eine Schlaferkrankung,
welche durch die Erschlaffung des Luftweges einschließlich des
Genioglossus-Rachenmuskelgewebes während des Schlafes gekennzeichnet
ist. Wenn dies eintritt, kann der erschlaffte Muskel den Luftweg
des Patienten teilweise oder vollständig blockieren, ein Zustand,
der häufiger
bei übergewichtigen
Patienten auftritt. Eine teilweise Blockierung kann zu Schnarchen
führen.
Eine vollständige
Blockierung kann zu einer Schlafapnoe führen.
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Wenn
eine vollständige
Blockierung auftritt, führen
die Einatembemühungen
des Patienten nicht zu einem Einsaugen von Luft und dem Patienten
wird der Sauerstoff entzogen. Als Reaktion darauf beginnt der Patient
aufzuwachen. Wenn er einen beinahe aufgewachten Zustand erreicht
hat, nimmt der Genioglossus-Muskel wieder seine normale Spannung
ein, wodurch der Luftweg freigemacht wird und das Einatmen erfolgen kann.
Der Patient fällt
dann in einen tieferen Schlaf zurück, woraufhin der Genioglossus-Muskel
wieder erschlafft und sich der Apnoezyklus wiederholt.
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Um
eine zentrale Apnoe handelt es sich, wenn kein Einatemversuch erfolgt
oder dieser verzögert
ist. Eine zentrale Apnoe kann mit einer obstruktiven Apnoe kombiniert
sein, was als gemischte Apnoe bekannt ist. Andere Unregelmäßigkeiten
der Atmung, wie z.B. eine Cheynes-Stokes-Atmung, können Apnoeintervalle
aufweisen, wenn der Einsaug-Luftstrom
aufhört.
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Bei
einigen Patienten können
Fälle von
Schlafapnoe Dutzende Male im Verlauf eines Schlafabschnitts auftreten.
In der Folge erreicht der Patient wegen des wiederholten Aufwachens
in einen beinahe aufgewachten Zustand niemals einen völlig entspannten
Tiefschlafabschnitt. Dem Patienten wird auch der REM-Schlaf (rapid
eye movement) vorenthalten. Personen, welche von Schlafapnoe geplagt
werden, sind unablässig
müde, sogar
nach einem anscheinend normalen Nachtschlaf.
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Zur
Behandlung der obstruktiven Schlafapnoe wurde das sogenannte kontinuierliche
positive Luftweg-Drucksystem (CPAP) erfunden, bei dem eine vorgeschriebene
Höhe an
positivem Druck im Luftweg kontinuierlich auf die Luftwege des Patienten
aufgebracht wird. Das Vorhandensein eines derartigen positiven Druckes
auf die Luftwege sorgt für
einen Drucksplint, durch welchen der negative Druck beim Einatmen
ausgeglichen und die Stellungsspannung des Gewebes und hierdurch
ein offener Luftweg des Patienten aufrechterhalten wird. Die positive
Verbindung des Luftwegs mit dem Patienten wird typischerweise durch
ein Nasenkissen erzielt, wie es z.B. in der US-4782832 offenbart
ist, bei der das Nasenkissen mit den Nasenlöchern des Patienten abgedichtet
zusammenarbeitet und auf die Nasendurchgänge den positiven Luftwegdruck
aufbringt.
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Das
CPAP-System stößt jedoch
bei Patienten auf Bedenken, da der Patient gegen den positiven Druck ausatmen
muß. Hierdurch
wird die Arbeit für
das Ausatmen erhöht.
Einige Patienten haben Schwierigkeiten damit, sich hieran zu gewöhnen, und
brechen in der Folge möglicherweise
die Therapie ab. Ferner wird ein Austrocknen der Nase und des Luftweges
aufgrund der kontinuierlichen Zirkulation von Raumluft be klagt. Auch
bleibt bisweilen ausgeatmetes Kohlendioxid in einigen Nasenmasken
bei der CPAP-Therapie zurück.
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Wenn
eine CPAP-Therapie angeordnet wird, muß der Patient üblicherweise
eine oder zwei Nächte
in einem Schlafbehandlungslabor verbringen, wo zunächst festgestellt
wird, ob der Patient an einer Erkrankung der Atmung, z.B. an Schlafapnoe,
leidet. Wenn dem so ist, dann wird der Patient mit einem CPAP-Gerät ausgerüstet, woraufhin
der Gasdruck bestimmt wird, welcher erforderlich ist, um den notwendigen
Luftsplint bereitzustellen, durch den die Durchgängigkeit des Luftweges aufrechterhalten
wird.
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Der
Druck, welcher notwendig ist, um die Durchgängigkeit aufrechtzuerhalten,
ist üblicherweise
höher, wenn
der Patient auf seinem oder die Patientin auf ihrem Rücken schläft, als
wenn er/sie in einer seitlichen Ruheposition schläft. Der
höhere
Druck wird üblicherweise
angeordnet, um sicherzustellen, daß ein ausreichender Druck in
allen Schlafstellungen vorliegt. Der höhere Druck wird jedoch nicht
unter allen Bedingungen benötigt.
Die höheren
Drücke
werden zum Beispiel nicht benötigt,
bevor der Patient eingeschlafen ist sowie in den frühen Stadien
des Schlafes. Zusätzlich
sind die höheren
Drücke
oft nicht notwendig während
des Tiefschlafes, wenn sich der Patient in einer seitlichen Ruhestellung
befindet. Darüber
hinaus ist es möglich,
daß ein
bestimmter Patient einer Schlafapnoe nur unter bestimmten Bedingungen
unterworfen ist, zum Beispiel dann, wenn der Patient extrem müde ist oder
unter dem Einfluß von
Alkohol oder Schlafmitteln steht. Der Patient wird folglich der
körperlichen
Beschwerde der hohen angeordneten Drücke sogar dann ausgesetzt,
wenn es nicht notwendig ist. Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Durchgängigkeit
des Luftweges eines Patienten, wie im Anspruch 1 angegeben, bereitgestellt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Bestimmung der Durchgängigkeit
des Luftweges eines Patienten, wie in Anspruch 11 angegeben, bereitgestellt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungsfiguren
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In
der Zeichnung zeigen:
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1:
eine Draufsicht auf den Kopf eines schlafenden Patienten, welcher
mit dem bevorzugten Patienten-Kopplungs-Kopfgeschirr dargestellt
ist, welches mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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2:
eine Seitenansicht des Kopfes des Patienten und des Kopfgeschirrs
von 1, welches mit dem bevorzugten Unterbringungsgehäuse des
Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung mit doppelter Leitung verbunden gezeigt
ist;
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3:
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung mit einfacher Leitung;
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4:
eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispieles von 2 mit
doppelter Leitung;
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5:
eine Draufsicht auf das bevorzugte Entlüftungsventilelement in der
Stellung über
den Entlüftungsenden
des Ausführungsbeispieles
von 4 mit doppelter Leitung;
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6:
graphische Darstellungen eines typischen Atemzyklus, welcher eine
Einatemphase und eine Ausatemphase umfaßt, des Nasen-Luftdrucks, welcher
während
des Atemzyklus auf den Luftweg des Patienten aufgebracht wird, und
der Schritte des Entlüftungsventils,
welche erforderlich sind, um die Soll-Drücke aufrecht zu erhalten;
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7:
eine elektrische schematische Darstellung des Mikrokontrollers und
der mit diesem verbundenen Komponenten der vorliegenden Erfindung;
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8:
ein elektrisches Schaltbild der Steuerung des Gebläsemotors;
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9:
ein elektrisches Schaltbild der Steuerung des Schrittmotors für das Entlüftungsventil;
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10:
eine schematische Darstellung einer Schaltung des Druckwandlers;
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11:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms, in dem der START-UP-Abschnitt der Hauptroutine
dargestellt ist;
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12:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des HAUPTSCHLEIFEN-Abschnitts der Hauptroutine;
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13:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms der VENTILSCHRITT-Subroutine;
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14:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des ADC-Interrupts;
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15:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms der PRÜFE
GEBLÄSEDREHZAHL-Subroutine.
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16:
ein elektrisches Blockschaltbild, in dem ein Analysekreis für Spektralgeräusche dargestellt
ist;
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17:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms der SOUND-ANALYSE-Subroutine;
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18:
ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung, mit dem die Durchgängigkeit des Luftwegs eines
Patienten bestimmt wird;
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19:
ein Satz von fünf
Diagrammen des Ausführungsbeispiels
von 18, in dem Durchflußrate, Druck und Admittanz
des Luftwegs und ferner zwei Admittanzschemata dargestellt sind;
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20:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms, mit dem der Mikroprozessors von 18 betrieben
wird; und
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21:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms eines weiteren Ausführungsbeispiels des Programms,
mit dem der Mikrokontroller von 18 betrieben
wird;
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22:
ein Blockschaltbild der pneumatischen Komponenten des Kompensations-Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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23:
ein Blockschaltbild der elektronischen Komponenten in Verbindung
mit dem Kompensations-Ausführungsbeispiel
von 22;
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24:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des PRIMÄR-Moduls,
mit dem das Kompensations-Ausführungsbeispiel
betrieben wird;
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25:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des INITIALISIEREN-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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26:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des AUSATMEN-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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27:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des EINATMEN-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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28:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des CPAP-BACKUP-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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29:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des BPM-ZYKLUS-BACKUP-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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30:
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des PATIENTENZYKLUS-BACKUP-Moduls des PRIMÄR-Moduls;
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31A: ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des ersten Abschnitts des A/D-INTERRUPT-Moduls
des PRIMÄR-Moduls;
und
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31B: ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms des restlichen Abschnitts des A/D INTERRUPT-Moduls.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nun
wird auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen. In diesen zeigt 3 schematisch
ein Ausführungsbeispiel
eines bevorzugten Druckgerätes 10 für Atemwege
mit einer einzelnen Leitung, welches allgemein eine(n) längliche(n)
biegsame(n) Schlauch oder Leitung 12, ein mit einem Ende
der Leitung 12 verbundenes Nasenkissen 14, eine
dem gegenüberliegenden
offenen Entlüftungsende
der Leitung 12 benachbart angeordnete Entlüftungsventilanordnung 16,
eine mit der Leitung 12 zwischen dem Kissen 14 und
der Entlüftungsventilanordnung 16 fluidverbundene
Gebläseeinheit 18 und
eine Steuerung 20 aufweist, welche mit dem Nasenkissen 14 pneumatisch
und mit der Entlüftungsventilanordnung 16 und
der Gebläseeinheit 18 elektrisch verbunden
werden kann.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Entlüftungsventilanordnung 16,
die Gebläseeinheit 18 und
die Steuerung 20 innerhalb eines Gehäuses 22 aufgenommen,
wie z.B. dem, welches in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel mit doppelter
Leitung in 2 dargestellt ist. Insoweit
weist die Leitung 12 einen inneren Abschnitt, welcher innerhalb
des Gehäuses 22 aufgenommen
ist, und einen äußeren Abschnitt 26 auf, welcher
sich von dem Gehäuse
zu dem Nasenkissen 14 erstreckt. Die Leitung 12 umfaßt zusätzlich ein
Kupplungsende 28, welches mit dem Nasenkissen 14 verbunden
ist, ein Einlaßende 30,
welches mit der Gebläseeinheit 18 verbunden
ist und von diesem mit atembarem Gas, vorzugsweise Umgebungsluft,
gespeist wird, und ein Entlüftungsende 32,
welches zu der Entlüftungsventilanordnung 16 benachbart
angeordnet ist.
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Bei
dem Nasenkissen 14 handelt es sich um die bevorzugte Einrichtung
zur Verbindung mit dem Patienten. Sie ist weiter in der US-4782832
dargestellt, welche hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Ein Kopfgeschirr 34 hält das Na senkissen 14 am
Kopf des Patienten 36, so daß es mit den Atemwegen des
Patienten 36 und vorzugsweise mit den Nasenlöchern des
Patienten in Fluidverbindung steht. Das Nasenkissen 14 ist
so ausgelegt, daß es
ein Verbindungsstück 38 für einen
Drucksensor aufweist, welches mit der Steuerung 20 durch
eine pneumatische Leitung 40 verbunden ist, welche vorzugsweise
innerhalb der Leitung 12 verläuft, so daß die Leitung 40 in
günstiger
Weise aus dem Weg und die Wahrscheinlichkeit geringer ist, daß sie von
dem Patienten während
der Verwendung des Gerätes 10 gequetscht
oder behindert wird. Das Nasenkissen 14 umfaßt auch
eine Entlüftungsöffnung 42,
welche durch es hindurch gebildet ist und welche kontinuierlich
eine geringe Menge an Druck aus dem Nasenkissen 14 abläßt, wodurch
verhindert wird, das sich in ihm Feuchtigkeit bildet und anschließend kondensiert.
Die Öffnung 42 verhindert
auch die Zunahme ausgeatmeter Gase einschließlich Kohlendioxid.
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Die
Entlüftungsventilanordnung 16 umfaßt einen
Schrittmotor 44 und ein Ventilelement 46, welches mit
dessen Ausgangswelle verbunden ist. Das Ventilelement 46 ist
vorzugsweise aus einer flachen Platte aufgebaut, welche so ausgelegt
ist, daß sie
zwei gegenüberliegende
gebogene nockenartige Ränder 48a,
b aufweist, wie in 5 dargestellt ist. Das Element 46 ist
zu dem Entlüftungsende 32 der
Leitung 12 benachbart angeordnet, so daß, wenn der Schrittmotor 44 das
Ventilelement 46 im Uhrzeigersinn dreht, wie in 5 dargestellt
ist, der Rand 48a das Entlüftungsende 32 zunehmend
bedeckt und hierdurch begrenzt. Umgekehrt gibt der Rand 48a einen
größer werdenden
Bereich des Entlüftungsendes 32 zunehmend
frei, so daß zusätzlich Gas
aus diesem abgelassen werden kann, wenn der Motor 44 das
Element 46 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.
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In 4 ist
das zweite Ausführungsbeispiel
des bevorzugten Gerätes 10 dargestellt,
welches eine doppelte Leitung aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel
gleicht dem von 3 und entsprechende Elemente sind
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel 50 umfaßt zusätzlich einen Auslaßschlauch 52,
welcher ein Verbindungsende 54 aufweist, welches mit dem äußeren Abschnitt 26 der
Leitung an der Verzweigung 56 fluidverbunden ist, und umfaßt ein Auslaßende 58,
welches benachbart zu dem Ventilelement 46 in der selben Öffnungs-/Schließungsbeziehung
mit dem gekrümmten
Rand 48b angeordnet ist, welche das Entlüftungsende 32 gegenüber dem
gekrümmten
Rand 48a aufweist. Bei dieser Konfiguration weist die Leitung 12 zusätzlich einen
Einatemschlauch 60 zwischen der Verzweigung 56 und
der Gebläseeinheit 18 auf.
Bei dem Modell mit doppeltem Schlauch weist das Nasenkissen 14 kein
Entlüftungsloch 42 auf, und
der Schlauch zwischen den Enden 54 und 28 umfaßt einen
Verteiler 61, welcher ihn in zwei getrennte Kanäle trennt.
Das zweite Ausführungsbeispiel 50 kann
auch ein Einatem-Rückschlagventil 62,
welches innerhalb des Einatemschlauches 60 zu der Verzweigung 56 benachbart
angeordnet ist, und ein Ausatem-Rückschlagventil 64 aufweisen,
welches innerhalb des Auslaßschlauches 52 ebenfalls
zu der Verzweigung 56 benachbart angeordnet ist. Das Einatem-Rückschlagventil 62 verhindert,
daß der
Atem des Patienten in Richtung auf das Entlüftungsende 32 durch
es hindurchtritt, so daß der
Atem des Patienten das System durch das Auslaßende 58 verlassen
muß. Pneumatische
Leitungen 66 bzw. 68 koppeln die Steuerung 20 mit
dem Einatemschlauch 60 beziehungsweise dem Auslaßschlauch 52.
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Insgesamt
steuert die Steuerung 20 das Gerät 10 so, daß der Druck
des Gases, welches dem Patienten zu einem Zeitpunkt während des
Atemzyklus des Patienten unmittelbar vor dem Einatmen bereitgestellt wird,
sich erhöht
und der Druck an schließend
sinkt, um das Ausatmen zu erleichtern. Im oberen Diagramm von 6 ist
der Luftstrom eines typischen Atmungszyklus dargestellt. Während des
Einatmens erhöht
sich der Durchsatz des Gases zu dem Patienten hin allmählich bis
zu einem Maximum und sinkt dann ab. Am Ende des Einatmens macht
der Patient typischerweise eine kleine Pause, bevor das Ausatmen
beginnt. Während des
Ausatmens erhöht
sich der ausgeatmete Gasstrom von dem Patienten allmählich bis
zu einem Maximum und fällt
dann wieder ab. Dem Ausatmen folgt eine Nach-Ausatempause, welche
typischerweise etwas länger ist
als die Pause nach dem Einatmen. Nach der Nach-Ausatempause beginnt der Patient wieder
mit dem Einatmen.
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Das
mittlere Diagramm von 6 zeigt den Druck im Nasenluftweg,
welcher dem Patienten 36 während des Betriebs des Geräts 10 bereitgestellt
wird. Bei Patienten, welche einer Schlafapnoe unterliegen, ist es
wünschenswert,
den Druck im Nasenluftweg unmittelbar vor dem Einatmen zu erhöhen, um
den Druck im Luftweg zu splinten, so daß das Genioglossus-Gewebe positioniert
und hierdurch der Luftweg offen gehalten wird. Demzufolge zeigt
dieses mittlere Diagramm einen Anstieg des Druckes im Nasenluftweg
unmittelbar vor dem Einatmen bis zu einem ausgewählten vorgeschriebenen Druckpegel,
welcher ausreicht, um das umliegende Gewebe zur Seite zu drücken und
diesen Luftweg zu öffnen.
Nach dem Ende des Einatmens wird der Soll-Druck, welcher dem Nasenluftweg
bereitgestellt wird, reduziert, so daß das Ausatmen gegen einen
geringen Druckpegel oder sogar gegen einen der Umgebung entsprechenden
Druckpegel erfolgt. Am Ende des Ausatmens wird der Druck im Nasenluftweg
wieder vor der nächsten
Einatemphase erhöht.
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Um
diese Druckänderungen
ausführen
zu können,
erzeugt die Gebläseeinheit 18 in
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein insgesamt konstantes Volumen an atembarem Gas
pro Zeiteinheit, welches wahlweise durch das Entlüftungsende 32 abgelassen
wird. Das abgelassene Gasvolumen wird durch die Entlüftungsventilanordnung 16 gesteuert.
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Im
unteren Diagramm von 6 sind grafisch die unterschiedlichen
Stellungen des Ventilelements 46 in bezug auf das Entlüftungsende 32 dargestellt,
mit denen das in dem mittleren Diagramm dargestellte gewünschte Druckprofil
im Nasenluftweg erzielt wird. Zum Beispiel aktiviert die Steuerung 20 während der
Pause nach dem Ausatmen den Schrittmotor 44, welcher das
Ventilelement 46 im Uhrzeigersinn (wie in 5 dargestellt)
dreht, so daß der
Druck im Nasenluftweg bis zu dem gewünschten Sollwert erhöht wird,
was durch die Steuerung 20 mittels der pneumatischen Leitung 40 erfaßt wird.
Wenn der Patient einzuatmen beginnt, wird Gas, welches von der Gebläseeinheit 18 abgegeben
wird, von dem Patienten eingeatmet. Um den Soll-Druck aufrechtzuerhalten,
dreht die Steuerung dann das Ventilelement 46 schrittweise
weiter im Uhrzeigersinn, wodurch die Gasmenge reduziert wird, welche
abgelassen wird. Wenn das Einatmen seinen Spitzen-Durchsatz passiert,
beginnt die Steuerung 20 die Stellung des Ventilelements 46 zurück zu fahren,
so daß zusätzliches Gas
abgelassen und der Soll-Druck
aufrechterhalten wird.
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Am
Ende des Einatmens ist ein geringerer Soll-Druck gewünscht und
die Steuerung 20 dreht schrittweise das Ventilelement 46 entgegen
dem Uhrzeigersinn weiter, so daß zusätzliche
Gasmengen abgelassen werden und ein neuer niedrigerer Soll-Druck
erreicht wird.
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Am
Ende der Pause nach dem Einatmen beginnt der Patient auszuatmen.
Um den gewünschten
niedrigeren Soll-Druck aufrechtzuerhalten, muß das zusätzlich vom Patienten ausgeatmete
Gas durch das Entlüftungsende 32 abgelassen
werden.
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Demzufolge
bewirkt die Steuerung 20, daß sich das Ventilelement 46 weiter
im Uhrzeigersinn dreht und das Entlüftungsende 32 noch
weiter geöffnet
wird. Wenn der Durchsatz beim Ausatmen absinkt, dreht die Steuerung 20 das
Ventilelement 46 im Uhrzeigersinn, wodurch das Ablassen
reduziert und der niedrigere Soll-Druck aufrechterhalten wird. Am
Ende des Ausatmens bewirkt dann die Steuerung 20, daß sich das
Ventilelement 46 weiter im Uhrzeigersinn dreht und sich
der Druck auf den höheren
Druck-Sollwert erhöht.
Dies erzeugt eine Spannung im Genioglossus-Muskel, durch die der
Luftweg als Vorbereitung auf die nächste Einatemphase geöffnet wird.
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Die
Prüfung
des oberen und des unteren Diagramms zeigt, daß die Profile der Kurven ähnlich sind. Dies
bedeutet, daß die
Steuerung 20 den Atemzyklus des Patienten dadurch verfolgen
kann, daß sie
die gestuften Stellungen des Ventilelements 46 verfolgt,
welche erforderlich sind, um die Soll-Drücke aufrecht zu erhalten. Auf
diese Weise kann die Steuerung 20 das Ende der Einatemphasen
bzw. der Ausatemphasen bestimmen und die Ausatem- und Einatem-Intervallzeiten
vorhersagen.
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Nun
wenden wir uns der Steuerung 20 zu. Durch sie werden elektrische
Ausgangssignale zur Verfügung
gestellt, mit denen die Drehzahl der Gebläseeinheit 18 und die
Stellung des Schrittmotors 44 gesteuert werden. Die Steuerung 20 erhält eine
elektrische Rückkoppelung
von der Gebläseeinheit 18,
durch die deren Drehzahl angezeigt wird, und mittels der pneumatischen
Leitung 40 ein pneumatisches Eingangssignal, mit welchem
der Druck am Nasenkissen 14 und hierdurch in den Durchgängen des
Nasen-Luftweges des Patienten angezeigt wird.
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Die
Steuerung 20 umfaßt
eine Druckwandlerschaltung 700 (7), welche
ein elektrisches Eingangssignal einer Mikro kontrollerschaltung 800 (8)
bereitstellt, durch das der Druck am Nasenkissen 14 angezeigt
wird, welche wiederum eine Gebläsemotorschaltung 900 (9)
und eine Schrittmotorschaltung 1000 (10)
mit Ausgangssignalen versorgt. Zusätzlich umfaßt die Steuerung 20 eine
herkömmliche
Stromversorgung (nicht dargestellt) von 120 Volt Wechselstrom auf
+5 Volt Gleichstrom, +12 Volt Gleichstrom und +24 Volt Gleichstrom,
welche für
digitale und analoge integrierte Schaltungskomponenten geeignet
ist.
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Die
in 7 dargestellte Druckwandlerschaltung 700 ist
typisch für
die Druckwandlerschaltung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung mit einfacher ebenso wie mit doppelter Leitung. Dies heißt, daß bei dem
Ausführungsbeispiel
von 3 mit einfacher Leitung nur ein Druckwandler verwendet
wird, wohingegen in dem in 4 schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Druckwandler verwendet werden, welche beide eine Schaltung
verwenden, wie sie in 7 dargestellt ist.
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Der
bevorzugte Druckwandler umfaßt
SENSYM Typ SX01DN mit einem Betriebsbereich von 0 bis 70 cm Wassersäule. Der
bevorzugte Wandler umfaßt
vier Dehnungsmeßstreifen,
welche in einer herkömmlichen Wheatstonebrücke 701 mit
Dehnungsmeßstreifen
X1, X2, X3 und X4 angeordnet sind, die jeweils nominal 4650 Ohm
aufweisen. Die Brücke 701 weist
eine Erregerklemme 702, welche mit +12 Volt Gleichstrom
verbunden ist, und eine gegenüberliegende
Erregerklemme 704 auf, welche wie dargestellt geerdet ist.
Die Brücke 701 erzeugt
an Klemmen 706 und 708 Ausgangssignale. Ein Potentiometer 710 für den Nullabgleich
verbindet die Klemmen 704 und 706 miteinander.
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Der
Ausgang von der Klemme 708 ist mit der positiven Eingangsklemme
eines Rechenverstärkers 712 (eine
Hälfte
des Typs LT1014) verbunden. Der Ausgang des Rechenverstärkers 712 ist
mit dessen negativer Eingangsklemme rückgekoppelt und speist mittels
eines Widerstands R1 (1 kOhm) die positive Eingangsklemme des Verstärkers 714.
Der Ausgang ist ferner über
einen Widerstand R2 (750 kOhm) geerdet.
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Die
Ausgangsklemme 706 der Dehnungsmeßstreifenbrücke ist mit der positiven Eingangsklemme
des Rechenverstärkers 716 (der
anderen Hälfte
der Einheit LT1014) verbunden. Der Ausgang von dem Verstärker 716 ist
mit dessen negativer Eingangsklemme rückgekoppelt und über einen
Widerstand R3 (1 kOhm) mit der negativen Eingangsklemme des Verstärkers 714 verbunden.
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Der
Ausgang des Verstärkers 714 ist
mit dessen negativer Eingangsklemme über einen Widerstand R4 (750
kOhm) rückgekoppelt.
Der Ausgang von dem Verstärker 714 ist über einen
Widerstand R5 mit einer Ausgangsklemme 718 verbunden, welche
mittels der gerade beschriebenen Schaltung ein Ausgangssignal zwischen
0 und +5 Volt Gleichstrom entsprechend einem Druck von 0 bis 25
cm Wassersäule
bereitstellt.
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Wenn
ein zweiter Druckwandler verwendet wird, wird an der entsprechenden
Klemme 720 ein gleiches Ausgangssignal bereitgestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel
mit doppelter Leitung stellen zwei Wandler zusätzliche Druckinformationen
bereit, was eine präzisere
Verfolgung der Gasströmungen
beim Einatmen und Ausatmen des Patienten und hierdurch eine präzisere Verfolgung
des Atmungszyklus ermöglicht.
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In 8 ist
ein elektrisches Schaltbild der Mikrokontrollerschaltung 800 dargestellt,
welche einen Mikrokontroller 802 (INTEL Typ 8097BH), eine
programmierbare Vektorlogik (PAL) (Typ PC16L8), einen löschbaren
und programmierbaren ROM-Speicher (EPROM) (Typ 27256), einen Adress speicher 808 (Typ 74HC373),
Lese-/Schreibspeicher (RAM) (Typ 6264P), eine serielle Datenschnittstelle
für die
Ein/Ausgangssignale (RS232 Typ MAX232), eine Schalteranordnung 814 für die Vorgaben
(RX) und einen Eingangsdatenspeicher 816 aufweist.
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Der
Mikrokontroller 802 erhält
Strom (Vcc) bei +5 Volt Gleichstrom an den Klemmen VCC, VPD, BW, RDY,
VPP und VREF, wie dargestellt. Die Klemmen NMI, VSS, EA und ANGND
sind geerdet. Ein Quarz 802, mit dem die Signale bei 12
MHz getaktet werden, ist zwischen den Klemmen XTAL1 und XTAL2 wie
dargestellt angeschlossen, und an ihn sind jeweils geerdete Kondensatoren
C1 und C2 (jeweils 33 pF) angeschlossen.
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Die
Mikroprozessorsteuerung 802 erhält an der RESET-Klemme vom
Reset-Subschaltkreis 820 ein Reset-Signal. Beim Einschalten
werden ein geerdeter Kondensator C3 (22 uF) und die Eingangsklemmen
eines SCHMITT-Trigger-NAND-Gatters 822 durch einen Widerstand
R5 (100 kOhm) mit Strom gespeist. Zunächst ist die resultierende
Eingangsspannung am NAND 822 niedrig und sein Ausgangssignal
ist logisch eins. Dieses Ausgangssignal logisch eins liegt an einer
Ausgangsklemme 824 an, welche der Gebläsemotorschaltung 900 ein
Reset-Signal bereitstellt,
wie hiernach weiter erläutert
ist. Das Ausgangssignal vom NAND 822, welches zunächst logisch
eins ist, wird durch einen Inverter 826 invertiert, so
daß an
der RESET-Klemme des Mikrokontrollers ein Signal logisch null anliegt,
wodurch der Mikrokontroller 802 im Reset gehalten wird, bis
sich die Ladung am Kondensator C3 bis zum Triggerpegel des NAND 822 aufgebaut
hat. Hierdurch wird Zeit zur Verfügung gestellt, während der
sich das System initialisieren kann und während der Einschaltschwingungen
unterdrückt
werden können.
Wenn die Ladung am Kondensator C3 bis zum Triggerpegel angestiegen ist,
wird das Reset-Signal
von der Ausgangsklemme 824 und dem Mikrokontroller 802 entfernt.
Der Ausgang des Inverters 826 wird ebenfalls mit einer
Seite eines Haltewiderstands R6 (10 kOhm) verbunden, dessen andere
Seite mit Vcc verbunden ist.
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Die
Resetschaltung 820 umfaßt auch einen normalerweise
offenen Resetschalter 828, welcher über den Kondensator C3 angeschlossen
ist und einen manuellen Reset ermöglicht. Eine Diode D1 ist über den Widerstand
R5 angeschlossen und stellt einen Entladungsweg für C5 für den Fall
des Ausschaltens bereit.
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Der
Mikrokontroller 802 erhält
auch ein Eingangssignal des Druckwandlers an der Klemme ACH0 und auch
an ACH1, wenn ein zweiter Wandler verwendet wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel
mit doppelter Leitung. Um eine Unterdrückung von Einschaltschwingungen
zu schaffen und um die analoge Spannung von der Druckwandlerschaltung 700 zu
glätten,
ist eine Seite eines Kondensator C4 (0,005 nF) zusammen mit der
Anode einer Diode D2 und der Kathode einer Diode D3 mit der Klemme 718 verbunden.
Die andere Seite des Kondensators C4 und die Anode der Diode D3
sind wie dargestellt geerdet und die Kathode der Diode D2 ist mit
der Speisespannung Vcc verbunden. Für die Klemme 720 ist
unter Verwendung von Dioden D4, D5 und eines Kondensators C5 eine
identische Schaltung vorgesehen. Der Mikrokontroller 802 umfaßt interne A/D-Wandler
(ADC), welche die jeweiligen analogen Eingangssignale an den Klemmen
ACH0 und ACH1 erhalten und diese in eine digitale Form konvertieren,
so daß sie
in dem Mikrokontroller 802 intern verwendet werden können.
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Der
Mikrokontroller 802 erhält
auch an der Klemme HS1.0 ein Eingangssignal, bei dem es sich um
ein Impulssignal von der Gebläsemotorschaltung 900 handelt,
welches der Drehzahl der Gebläseeinheit 18 entspricht,
wie hiernach weiter erläutert
ist.
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Der
Mikrokontroller 802 verwendet auch einen gemeinsamen Adress/Datenbus 830,
welcher den Mikrokontroller 802 wie in 8 dargestellt
an den Klemmen mit PAL 804, EPROM 806, Adressspeicher 808, RAM 810 und
Datenspeicher 816 verbindet, so daß ein Fluß der Daten- und Adressinformationen
möglich
ist. In 8 sind auch die anderen herkömmlichen
Verbindungen zwischen diesen Komponenten dargestellt.
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Der
Mikrokontroller 802 stellt ein serielles Daten-Ausgangssignal von
der Klemme TXD an die Klemme 11 der Schnittstelle 812 bereit
und erhält
Daten von deren Klemme 12 an der Klemme RXD des Mikrokontrollers.
Die Schnittstellenklemmen 14 und 13 erhalten im Wechsel RS232-Daten,
welche ein Fernablesen und eine Fernsteuerung des Mikrokontrollers 802 und
hierdurch des Gerätes 10 ermöglichen.
Dieses Merkmal ist besonders hilfreich zum Beispiel in einem Schlaflabor,
um die vorgeschriebenen Drücke
einzustellen, so daß die
optimale Therapie durchgeführt
werden kann.
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Die
Schalteranordnung 814 umfaßt acht wählbare Schalter, mit denen
Eingangsdaten bereitgestellt werden können, welche den gewünschten
vorgeschriebenen Soll-Drücken
für das
Einatmen und Ausatmen entsprechen. Im einzelnen werden die oberen
vier Schalter dazu verwendet, den vorgeschriebenen Einatemdruck
einzustellen, und die unteren vier Schalter werden dazu verwendet,
den vorgeschriebenen Ausatemdruck einzustellen. Da vier Schalter
für jeden
Sollwert vorhanden sind, stehen 16 mögliche Einstellungen zur Verfügung, welche
zwischen 3 und 16 cm Wassersäule
für das
Einatmen und zwischen 0 und 14 cm Wassersäule für das Ausatmen liegen. Der
Datenspeicher 816 ist mit der Schalteranordnung 814 wie
dargestellt gekoppelt und speichert die vorgeschriebenen Daten,
wenn er das Speichersignal von der Klemme 12 von PAL 804 erhält. Die
vorgeschriebenen Daten werden über
den Bus 830 übermittelt.
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Der
Mikrokontroller 802 stellt auch zwei zusätzliche
Ausgangssignale bereit. Bei dem ersten handelt es sich um Daten
an die Schrittmotorschaltung 1000 mittels eines Ausgangsbusses 832 mit
sechs Leitungen von den Klemmen P1.0–1.5 des Mikrokontrollers zu
der Ausgangsklemme 834. Bei dem zweiten zusätzlichen Ausgangssignal
handelt es sich um ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) an die
Gebläsemotorschaltung 900 mittels
Leitung 834 und Ausgangsklemme 836.
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Bei 9 handelt
es sich um ein elektrisches Schaltbild, in dem die Gebläsemotorschaltung 900 dargestellt
ist, welche das pulsweitenmodulierte Signal an der Klemme 836 von
dem Mikrokontroller 802 und auch ein invertiertes Reset-Signal an der Klemme 824 von
der Resetschaltung 820 erhält. Die Gebläsemotorschaltung 900 stellt
dem Mikrokontroller 802 auch ein Impuls-Ausgangssignal
an der Klemme 902 bereit, welches der Drehzahl des Gebläsemotors 904 entspricht.
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Das
an der Klemme 824 erhaltene Reset-Signal ist mit der Klemme
10 des Motortreibers 906 (Typ UC3524A) verbunden. Das pulsweitenmodulierte
Signal von dem Kontroller 802 an der Klemme 836 wird
der Klemme 2 des Treibers 906 mittels eines Tiefpaßfilters
C6 (1.0 uF) und eines Widerstands R7 (24,9 kOhm) bereitgestellt.
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Eine
Treiberklemme 7 ist über
einen Kondensator C7 (0,003 uF) und eine Klemme 6 über einen
Widerstand R8 (49,9 kOhm) geerdet. Eine Klemme 8 ist geerdet und
eine Klemme 15 wird bei +12 Volt Gleichstrom mit Strom versorgt.
Die Treiberklemmen 12, 13 und 16 sind mit Vcc bei +5 Volt Gleichstrom
verbunden.
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Der
Motortreiber 906 konvertiert das pulsweitenmodulierte Eingangssignal
bei 0 bis 5 Volt Gleichstrom in ein entsprechendes Ausgangssignal
bei 0 bis +12 Volt Gleichstrom an seinen Klemmen 11 und 14 auf die Klemme
1 der programmierbaren Vektorlogik (PAL) (Typ 16L8). Diese Klemmen
sind auch mittels eines Widerstands R9 (0,5 Ohm) geerdet. PAL 908 erzeugt
an den Klemmen 19 und 18 jeweils ein Ausgangssignal als zwei Phasen
für den
Stator und den Rotor eines bürstenlosen
Gleichstromgebläsemotors 904 (Fasco
Corp. Typ 70000-S517).
Bei den Ausgangssignalen von PAL 908 handelt es sich jeweils
um die Eingangssignale in Pegelkonvertern 910 und 912 (MC14504),
welche den Spannungspegel von +5 auf +12 Volt Gleichstrom verschieben.
Die Ausgangssignale mit +12 Volt Gleichstrom von den Pegelkonvertern 910 und 912 werden
wiederum an die jeweiligen Gatter der Feldeffekttransistoren (SENSFET)
(Motorola SENSFET Typ MTP40N06M) 914 und 916 weitergeleitet.
Die jeweiligen Drainanschlüsse
SENSFETS 914 und 916 sind jeweils mit Klemmen 0A
und 0B des Gebläsemotors 904 verbunden
und stellen die jeweiligen Phasen-Eingangssignale an dessen Stator und
Rotor bereit.
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Den
Pegelkonvertern 910 und 912 und einer gemeinsamen
Leistungsklemme CP des Gebläsemotors 904 wird
zusätzlich
Strom bei +12 Volt Gleichstrom bereitgestellt.
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Die
Quellenklemme der jeweiligen SENSFET 914, 916 ist
wie dargestellt geerdet.
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SENSFETS 914, 916 weisen
jeweils ein zusätzliches
Paar von Ausgängen
an den Leitungen 918 und 920 auf, mit denen der
Stromfluß durch
den jeweiligen SENSFET hindurch angetastet werden kann. Diese Ausgänge sind über einen
Widerstand R10 (100 Ohm) miteinander gekoppelt, so daß den Klemmen
3 und 4 des Motortreibers 906 ein Stromweg für den Stromabtastwert und
hierdurch ein diesem entsprechendes Spannungssignal bereitgestellt
wird. Der Treiber 906 spricht auf diese dem Stromfluß durch
den Gebläsemotor 904 entsprechende
Eingangsspannung so an, daß die
Einschaltdauer der Ausgangssignale an den Klemmen 11 und 14 im Falle
eines Überstroms
im Motor reduziert wird.
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Der
Gebläsemotor 904 ist
zusätzlich
mit einem Hall-Effekt-Wandler
ausgerüstet,
welcher jedesmal einen Spannungsimpuls bereitstellt, wenn ein magnetischer
Pol des Stators des Motors sich an ihm vorbeibewegt. Diese Ausgangsimpulse
entsprechen der Drehzahl des Motors 904 und werden an der
Motorklemme HALL mittels der Leitung 922 der Ausgangsklemme 902 und
als Rückkoppelung
dem Motortreiber 906 bereitgestellt. Die Ausgangsimpulse
entsprechend der Drehzahl des Gebläsemotors an der Klemme 902 werden dem
Mikrokontroller 802 an deren Klemme HS1.0 bereitgestellt.
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Die
Impulse, welche der Drehzahl des Gebläsemotors entsprechen, werden
in ein entsprechendes Spannungssignal umgewandelt, bevor sie in
die Klemmen 1 und 9 des Motortreibers eingespeist werden. Wie in 9 dargestellt
ist, ist die Leitung 922 mit einer Seite eines Kondensators
C8 (0,01 uF), dessen andere Seite mit einer Seite eines Widerstands
R11 (10 kOhm) verbunden ist, und mit der Anode einer Diode D6 verbunden.
Die andere Seite des Widerstands R11 ist geerdet.
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Die
Kathode der Diode R6 ist mit einer Seite des geerdeten Kondensators
C9 (0,1 uF), mit einem geerdeten Widerstand R12 (1 MOhm) und mit
einer Seite eines Widerstands R13 (100 kOhm) verbunden. Die andere
Seite des Widerstands R13 ist mit einer Seite eines Kondensators
C10 (0,22 uF), mit einer Seite eines Widerstands R14 (10 MOhm) und
mit der Klemme 1 des Motortreibers als Eingang zu diesem verbunden.
Die an dere Seite des Kondensators C10 und des Widerstands R14 ist
mit der Klemme 9 des Treibers verbunden.
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Dieses
Netzwerk aus den Komponenten C8 bis C10, R11 bis R16 und der Diode
D6 wandelt die Frequenzimpulse auf der Leitung 922 in ein
hierzu entsprechendes Spannungssignal um. Dies bedeutet, daß dieses
Netzwerk infolge der großen
Kapazität
des Kondensators C9 (0,1 uF), welche eine Langzeitkonstante bildet,
als Frequenz-Spannungswandler arbeitet. Der Spannungswert, der an
den Klemmen 1 und 9 des Motortreibers anliegt, ist mit einem internen
Komparator rückgekoppelt,
welcher die Spannung mit einem Sollwert vergleicht, der von einem
an der Klemme 2 erhaltenen pulsweitenmodulierten Signal abgeleitet
wurde.
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In 10 ist
eine Schrittmotorschaltung 1000 dargestellt, welche den
Schrittmotor 44 so aktiviert, daß das Ventilelement 46 in Übereinstimmung
mit den Daten positioniert wird, welche von dem Mikrokontroller 802 an
dessen Klemmen 834 erhalten wurden. Bei dem Schrittmotor 44 handelt
es sich vorzugsweise um ein VEXTA®-Modell,
welches bei der Oriental Motor Company erhältlich ist und eine Umdrehung
in 400 "Schritten" bereitstellen kann
und welches, falls benötigt,
auch halbe Schrittweiten ausführen
kann. Der Fachmann erkennt, daß der
Motor 44 sich um einen Schritt verschieben kann, sobald
an ihm das Muster des nächsten
sequentiellen Spannungsschrittes angelegt wird, welches über den
Ausgangsbus 832 als Eingangssignal an der Klemme 834 anliegt.
Der Bus 832 umfaßt
insbesondere sechs Leitungen, bei denen es sich um die Daten des
Musters für
den Treiberchip handelt.
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Die
Daten für
das Schrittmuster werden dem Treiberchip 1002 (Typ S'GS'L298N) des Schrittmotors
an den Klemmen A, B, C bzw. D von den Klemmen P1.0 bis 1.3 des Mikrokontrollers 802 bereitgestellt.
Der Treiber 1002 verschiebt die Spannung der Eingangsdaten
von +5 Volt Gleichstrom auf +12 Volt Gleichstrom, so daß entsprechende
Ausgangssignale an den Klemmen 2, 3, 13 und 14 anliegen, welche
mit dem Schrittmotor 44 verbunden sind, so daß an diesen
das Schrittmuster bei +12 Volt Gleichstrom anliegt. Die Anoden der
Dioden D7, 8, 9 und 10 sind mit den jeweiligen vier Ausgangsleitungen
des Treibers 1002 und deren Kathoden mit +12 Volt Gleichstrom
verbunden, so daß die
Spannung hochgezogen wird. Entsprechend sind die Kathoden der Dioden
D11, 12, 13 und 14 jeweils mit den Ausgangsleitungen verbunden,
und die jeweiligen Kathoden der Dioden sind, wie dargestellt, geerdet,
so daß die
Spannung nach unten gezogen wird.
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Wie
in 10 dargestellt ist, liegt an der Klemme 9 des
Treibers +5 Volt Gleichstrom und an der Klemme 4 des Treibers +12
Volt Gleichstrom an, und die Klemmen 1, 8 und 15 sind alle geerdet.
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Bei
den 11 bis 14 handelt
es sich um Flußdiagramme
für Computerprogramme,
in denen das Betriebsprogramm für
den Mikrokontroller 802 dargestellt ist.
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In 11 ist
der START-UP-Abschnitt der Hauptroutine des Computerprogramms für den Betrieb
des Mikrokontrollers 802 dargestellt. Nachdem das Reset-Signal
von logisch null zu logisch eins wird, steigt das Programm bei Schritt 1102 ein,
in dem die Steuerung 20 aufgefordert wird, die Entlüftungsventilanordnung 16 in
ihre "Ausgangs"-Stellung zu verschieben.
Insbesondere wird durch diesen Schritt der Mikrokontroller 802 dazu
aufgefordert, Daten von Ausgangssignalen mit sequentiellen Mustern
mittels der Leitung 832 und der Klemme 834, welche
zu der Steuerschaltung 1000 für den Schrittmotor führen, zu
erzeugen. Hierdurch wird der Schrittmotor 44 in eine Stellung
im mittleren Bereich ver schoben, in der das Ventilelement 46 die
Leitungsenden 32 und 58 ungefähr halb bedeckt, wie in 5 dargestellt
ist, oder nur das Leitungsende 32 in dem Ausführungsbeispiel
mit einfacher Leitung. Durch den Schritt 1102 werden auch
die Variablen, Zähler,
Interruptroutinen usw. in dem Programm initialisiert.
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Das
Programm bewegt sich dann zu dem Schritt 1104, wo die vorgeschriebenen
Druckwerte für
das Einatmen und das Ausatmen gelesen werden, welche an der Schalteranordnung 814 eingestellt
und mittels des Adressdatenbusses 830 gelesen worden sind.
Diese Werte werden dann im RAM gespeichert. Im Schritt 1104 wird
der Mikrokontroller 802 auch aufgefordert, die Betriebsdrehzahl
des Gebläsemotors 904 in Übereinstimmung
mit der Vorgabe des Druckes, welcher am Schalter 814 eingestellt
ist, einzustellen. Die Drehzahl des Gebläses sollte auf eine Geschwindigkeit
eingestellt werden, welche schnell genug ist, um sicherzustellen, daß der Leitung 12 genügend Umgebungsluftvolumen
zur Verfügung
gestellt wird, so daß der
vorgegebene Druckpegel während
des maximalen Einatmens erreicht werden kann. Die Drehzahldaten
des Gebläsemotors, welche
den Vorgabeeinstellungen entsprechen, werden vorzugsweise in einer
Referenztabelle gespeichert. Der Schritt 1104 löscht auch
alle Werte, welche in dem internen Puffer an der Klemme HS1.0 des
Mikrokontrollers gespeichert sind.
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Das
Programm bewegt sich dann zu dem Schritt 1106, in dem es
den getakteten Interrupts des Programms ermöglicht wird, mit dem Takten
zu beginnen.
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Im
Schritt 1108 setzt das Programm das Softwareflag "Phase" gleich dem Einatmen "E", wodurch das Programm von der Einatemphase
des Atemzyklus des Patienten aus initialisiert wird. Durch diesen
Schritt wird auch der Gebläse-Prüfzähler auf
Null initialisiert. Wie hiernach weiter erläutert ist, liest das Programm
die Drehzahl des Gebläses
nach 128 Durchläufen
durch die Hauptschleife.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1110, welcher den
internen A/D-Wandler (ADC) startet, welcher mit den Eingangsklemmen
ACH0 und ACH1 des Mikrokontrollers verbunden ist.
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Im
Schritt 1112 wird der Sollwert für den Druck für die Einatemphase
entsprechend dem Vorgabewert für
das Einatmen eingestellt, welcher an der Schalteranordnung 814 entsprechend
der Daten in der Referenztabelle eingestellt worden ist. Durch diesen
Schritt wird auch der Startup-Modus des Gerätes als kontinuierlicher positiver
Druck im Luftweg (CPAP) definiert. Dies bedeutet, wie hiernach weiter
erläutert
wird, daß das Programm
das Gerät 10 so
betreibt, daß für die ersten
acht Atemzüge
des Patienten ein kontinuierlicher positiver Druck in Höhe des Solldrucks
für das
Einatmen vorliegt. Der Schritt 1112 initialisiert auch
den Atemzähler auf
null in Vorbereitung darauf, die Atemzyklen des Patienten zu zählen.
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Nach
dem Abschluß des
Schritts 1112 bewegt sich das Programm zur HAUPTSCHLEIFE 1200 der Hauptroutine,
wie in 12 dargestellt ist. Bei dem
Schritt 1202 handelt es sich um den ersten Schritt dieser Routine,
bei dem das Programm den mittleren Druck über acht ADC-Konversionen berechnet,
wie er von dem Druckwandler 701 erfaßt wird. Dies bedeutet, daß der Mikrokontroller 802 einen
internen "Ring-"Puffer aufweist,
in dem die acht jüngsten
Druckanzeigewerte gespeichert sind, welche an der Klemme ACH0 (und
auch RCH1 beim Ausführungsbeispiel
mit zwei Leitungen) des Mikrokontrollers erhalten werden. Wie unten
weiter erläutert
ist, wandelt die RDC-Interruptroutine die analogen Werte des Ein gangs
alle 22 Mikrosekunden in eine digitale Form um und speichert die
jüngsten
digitalen Werte kontinuierlich in dem Ringpuffer. In dem Schritt 1020 wird
der Mittelwert dadurch berechnet, daß der kumulative Wert des Puffers
durch acht geteilt wird. Im Schritt 1202 wird auch die
Abweichung berechnet, d.h. der Fehler des mittleren Drucks vom Soll-Druck.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1204, welcher abfragt,
ob die Größe des im
Schritt 1202 berechneten Fehlers größer als ein erlaubter maximaler
Fehler ist. Hierdurch wird eine sogenannte "tote Zone" geschaffen, durch die verhindert wird,
daß das
System "schwingt".
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Wenn
die Antwort in Schritt 1204 ja ist, bewegt sich das Programm
zum Schritt 1206 und berechnet die Anzahl der Schritte
und die Richtung des Schrittmotors 44, welche erforderlich
sind, um den Druckabweichungsfehler zu korrigieren. Dies bedeutet,
daß abhängig von
dem Volumen an Luft, welches von dem Gebläse erzeugt wird, der Fluidkapazität des Systems
und der Leckage aus diesem die Anzahl der erforderlichen Schritte
näherungsweise
unter Bezugnahme auf Daten bestimmt werden kann, welche zuvor in
einer Referenztabelle gespeichert worden sind.
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Das
Programm bewegt sich dann zu dem Schritt 1208 und führt die
Routine "VENTILSCHRITT" aus, welche in 13 dargestellt
und hiernach weiter erläutert
ist. Die VENTILSCHRITT-Routine 1300 stellt sequentiell
die Datenmuster bereit, welche benötigt werden, um das Ventil
für die
erforderliche Anzahl von Schritten in der im Schritt 1206 bestimmten
Richtung schrittweise zu bewegen.
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Nach
der Ausführung
der Subroutine 1300 oder nach Schritt 1204 kehrt
das Programm zum Schritt 1210 zurück. In diesem Schritt wird
die Anzahl der Ventilschritte, welche tatsächlich ausgeführt wurden,
und die Richtung in einem internen Puffer für die Ventilsteigung gespeichert,
welcher kontinuierlich die acht vorhergehenden Bewegungen des Schrittmotors 44 speichert.
Mit diesen Informationen kann die Steigung der Ventilbewegung berechnet
werden, indem die Summe des Puffers für die Ventilsteigung durch
acht geteilt wird. Dies stellt eine Steigung dar, da die acht Werte
in gleichen Zeitintervallen gespeichert werden. Somit stellt die Summe
des Puffers, welche durch acht geteilt wird, die erste Ableitung
der Ventilbewegung dar.
-
Nun
wird beispielhaft auf 6 Bezug genommen. Nach. der
Pause nach dem Ausatmen und nach dem Erreichen des gewünschten
Soll-Druckes liegt kein signifikanter Fehler des Drucks gegenüber dem
Sollwert vor. Somit ist keine Veränderung der Wertposition erforderlich
und daher wären
die vorhergehenden acht Wertschritte gleich Null, was eine Steigung
von 0 bedeutet und was durch den flachen Abschnitt der Kurve der Ventilstellung
in 6 dargestellt ist. Wenn der Patient beginnt einzuatmen,
muß dagegen
die Ventilstellung anfangs und schnell in Richtung auf die geschlossene
Stellung verschoben werden, um den Druck in der Leitung 32 aufrechtzuerhalten.
Durch eine Anzahl von positiven Schritten, welche am Schrittmotor 44 ausgeführt werden,
zeigen die in dem Steigungspuffer gespeicherten Werte eine stark
positive Steigung an. Umgekehrt muß das Ventil gegen Ende des
Einatmens eine Anzahl von Schritten in negativer Richtung ausführen, damit der
Druck in der Leitung 32 beibehalten wird, was eine stark
negative Steigung bedeutet. Diese Informationen über die Steigung, wie hiernach
weiter erläutert
ist, werden dazu verwendet, unterschiedliche Punkte im Atemzyklus
des Patienten zu bestimmen.
-
Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1212, in dem abgefragt
wird, ob das Phasenflag auf Ausatmen gesetzt ist. Das Programm war
initialisiert worden, während
das Phasenflag auf Einatmen gesetzt war, und daher ist während der
ersten paar Durchläufe
durch die Hauptschleife 1200 die Antwort in 1212 nein
und das Programm bewegt sich zum Schritt 1214, in dem abgefragt
wird, ob das Phasenflag auf Einatmen gesetzt ist. Da dieses Flag
beim Einatmen initialisiert wurde, ist die Antwort im Schritt 1214 ja
und das Programm bewegt sich zum Schritt 1216.
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Im
Schritt 1216 wird abgefragt, ob die Variable "Taktzähler" größer ist
als der Wert für
die Variable "Einatemendzeit" und ob die Steigung,
welche im Schritt 1210 berechnet wurde, kleiner als oder
gleich –5
ist. Die Variable "Taktzähler" (TMR CNT) ist ein
Softwarezähler,
welcher bei null initialisiert worden war und alle 13 ms inkrementiert.
Die Variable "Einatemendzeit" wurde bei einem
Standardwert initialisiert, welcher die Einatemzeit darstellt, die
einem vorgegebenen Mittelwert entspricht. Wie hiernach weiter erläutert ist,
wird die Variable "Einatemendzeit" für jeden
Atemzyklus nach den ersten acht Durchläufen durch die Hauptschleife 1200 neu berechnet.
Der Schritt 1216 wird ausgeführt, um festzustellen, ob eine
Zeit vergangen ist, welche ausreicht, um ein normales Einatmen abzuschließen, was
zusätzlich
dadurch bestätigt
wird, daß die
Steigung der Werte geringer als –5 ist. Dies ist durch die
Steigung der Kurve der Wertpositionen am Ende des Einatmens in 6 dargestellt.
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Während der
ersten paar Durchläufe
durch die Hauptschleife 1200 ist die Antwort im Schritt 1216 nein und
das Programm bewegt sich zum Schritt 1218, welcher abfragt,
ob der Prüfzähler für das Gebläse, welcher bei
null initialisiert wurde, gleich 128 ist. Bis zu diesem Zeitpunkt
ist die Antwort in Schritt 1218 nein und das Programm bewegt
sich zum Schritt 1220, um den Prüfzähler für das Gebläse zu inkrementieren. Das Programm
kehrt dann in einer Schleife zum Schritt 1202 zurück und führt wiederholt
die Schritte 1202 bis 1220 aus, bis die Antwort
im Schritt 1218 ja ist, woraufhin das Programm sich zum
Schritt 1222 bewegt und die Subroutine "PRÜFE
GEBLÄSEDREHZAHL" 1200 ausführt, wie
in 15 dargestellt ist. Wie hiernach weiter erläutert ist,
wird in diesem Schritt die Drehzahl des Gebläses überwacht, so daß sichergestellt
ist, daß es
mit der Soll-Drehzahl
dreht, welche anfangs im Schritt 1104 in Übereinstimmung
mit den vorgeschriebenen Einstellungen eingestellt wurde. Das Programm
kehrt dann zum Schritt 1224 zurück und stellt den Prüfzähler für das Gebläse auf null
zurück.
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Wenn
eine so ausreichende Zeitdauer verstrichen ist, daß die Standardzeitdauer überschritten
wird, welche für
die Einatem-Endzeit eingestellt worden war, und wenn die Steigung
der Kurve der Ventilstellung gleich oder geringer als –5 ist,
wodurch das Ende des Einatmens des Patienten angezeigt wird, ist
die Antwort im Schritt 1216 ja und das Programm bewegt
sich zum Schritt 1218, in dem abgefragt wird, ob der Betriebsmodus
auf Einatem-Nasenluftdruck (INAP) eingestellt ist. Dieser war im
CPAP-Modus in Schritt 1112 initialisiert worden. Während der
ersten acht Atemzyklen ist die Antwort im Schritt 1226 nein
und das Programm bewegt sich zum Schritt 1228, welcher
abfragt, ob der Atemzähler
kleiner als oder gleich acht ist. Der Atemzähler war bei null initialisiert
worden und während
des ersten Durchlaufs des Programms ist die Antwort im Schritt 1220 ja
und das Programm bewegt sich zum Schritt 1230, um den Atemzähler zu
inkrementieren.
-
Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1232, welcher die
Variable "Zykluszeit" gleich dem aktuellen
Wert einstellt, welcher im Taktzähler
vorliegt. Dieser Schritt wird am Ende jeder Einatemphase begonnen
und markiert das Ende eines Atemzyklus und den Anfang eines anderen.
Somit ist die Zeitdauer eines Atemzyklus, das heißt die Zykluszeit,
gleich dem Zeitwert, welcher im Taktzähler vorliegt, welcher am Ende eines
jeden Atemzyklus, auch im Schritt 1232, auf null zurückgesetzt
wird.
-
In
Schritt 1232 wird auch eine neue Einatem-Intervallzeit
gleich der neuen Zykluszeit geteilt durch drei eingestellt. Statistisch
beträgt
die Einatemzeit im Mittel ungefähr
40 Prozent eines typischen Atemzyklus. Im Schritt 1232 wird
das Einatemintervall jedoch gleich 33 Prozent der jüngsten Zykluszeit
eingestellt, um sicherzustellen, daß dieser Wert im Schritt 1216 frühzeitig
ausgezählt
wird, also vor dem Ende der voraussichtlichen tatsächlichen
Einatemzeit.
-
Im
Schritt 1232 wird außerdem
die Variable "Einatem-Startzeit" gleich der neuen
Zykluszeit geteilt durch zwei eingestellt. Da bestimmt wurde, daß der Anfang
eines Zyklus am Ende einer Einatemphase liegt, würde die nächste Einatem-Startzeit normalerweise
erwartungsgemäß dann auftreten,
nachdem 60 Prozent der Zykluszeit abgelaufen sind. Im Schritt 1232 wird
die Einatem-Startzeit jedoch auf 50 Prozent eingestellt, also früher als
die voraussichtliche Einatemzeit, so daß sichergestellt ist, daß sich der
Nasendruck erhöht,
bevor das Einatmen erwartungsgemäß beginnen
würde.
-
Nachdem
die Hauptschleife 1200 erfaßt hat, daß acht Atemzyklen am Atemzähler angezeigt
werden, ist die Antwort im Schritt 1228 nein und das Programm
bewegt sich zum Schritt 1234, in dem der Betriebsmodus
auf INAP gesetzt wird. Die Verzögerung
von acht Zyklen vor der Einstellung auf INAP- Modus stellt sicher, daß zuverlässige Daten
bei der Verfolgung des Atemzyklus vorhanden sind.
-
Indem
der Modus nun auf INAP eingestellt ist, ist die Antwort während des
nächsten
Durchlaufs beim Schritt 1226 ja und das Programm bewegt
sich zum Schritt 1236, in dem der Soll-Druck gleich der
Vorgabe für das
Ausatmen eingestellt wird. Dies bedeutet, daß eine Einatemphase zu Ende
ist, wie im Schritt 1216 bestimmt wurde, acht Atmungen
verfolgt worden sind, wie im Schritt 1228 festgestellt
wurde und der Modus auf INAP eingestellt wurde, wodurch der Druck
während
des Ausatmens abgesenkt werden kann. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind,
wird der gesteuerte Soll-Druck auf den vorgeschriebenen Ausatem-Sollwert
abgesenkt.
-
Normalerweise
wäre vorgeschrieben,
daß der
Ausatemdruck auf null ist, also der Umgebung entspricht, so daß der Patient
normal ausatmen kann. Unter manchen Umständen kann der Therapeut jedoch
einen leicht positiven Druck während
des Ausatmens wünschen.
Dies wird an den unteren vier Schaltern der Schalteranordnung 814 (8)
eingestellt.
-
Im
Schritt 1236 wird auch das Phasenflag auf Ausatmen gesetzt.
-
Während des
nächsten
Durchlaufs durch die Hauptschleife 1200 ist jetzt die Antwort
im Schritt 1212 ja, was bedeutet, daß die Phase "Ausatmen" vorliegt, und das
Programm bewegt sich zum Schritt 1238, in dem abgefragt
wird, ob der laufende Wert am Taktzähler größer als oder gleich wie die
Einatemstartzeit ist, welche zuvor im Schritt 1232 eingestellt
wurde. Alternativ wird im Schritt 1238 abgefragt, ob die
Steigung der Ventilstellung größer ist
als sieben, was in unabhängiger
Weise davon das Ende des Ausatmens anzeigt. Nun wird auf 6 Bezug
genommen. Am Ende des Ausatmens muß das Ventil sich schnell schrittweise
in positiver Richtung bewegen, um das Entlüftungsende 32 zu begrenzen
und den Soll-Druck aufrechtzuerhalten. Durch diese schnelle Änderung
wird eine positive Steigung größer als 70 angezeigt.
-
Wenn
die Antwort im Schritt 1238 nein ist, dann fährt das
Programm fort, die Schleife zu durchlaufen, bis die Antwort ja ist.
Dann bewegt sich das Programm zum Schritt 1240 und setzt
das Phasenflag auf Einatmen, den Soll-Druck auf den vorgeschriebenen
Einatemwert und den Wert für
die Variable "Einatem-Endzeit" gleich dem aktuell
vorliegenden Taktzähler
plus der Einatemintervallzeit. Der vorliegende Wert des Taktzählers entspricht
der Zeit, welche seit dem Beginn des aktuellen Atemzyklus abgelaufen
ist, welcher das Ende der vorhergehenden Einatemphase markiert hatte.
Die gerade beginnende Einatemphase sollte zum laufenden Taktzählerwert
plus der Einatemintervallzeit oder danach enden. Somit wird durch
den Schritt 1240 ein neuer Wert für die Einatemintervallzeit
bereitgestellt, welcher im Schritt 1216 verwendet werden
kann. Dieser Wert wird normalerweise vor dem Ende des aktuellen
Einatmens erreicht und wird dazu verwendet, um sicherzustellen,
daß ein
instabiler Ablesewert der Steigung nicht irrtümlich das Ende der Einatemphase
markiert. Somit ist die Anforderung im Schritt 1216 der
Ablauf der Einatemendzeit genauso wie eine Steigung kleiner oder gleich –5.
-
Der
Fachmann erkennt, daß durch
den Schritt 1238 zusammen mit dem Ausgleich durch das Betriebsprogramm
sichergestellt wird, daß sich
der Einatem-Soll-Druck vor dem Beginn des Einatmens des Patienten erhöht. Zuerst
kann das Ende des Einatmens erfaßt werden, indem überwacht
wird, ob die Steigung der Ventilstellung sieben übersteigt. Indem das Ende einer
Ausatemphase bestimmt wird, wird sichergestellt, daß es sich
hierbei um einen Punkt im Atemzyklus vor dem Beginn der nächsten Einatemphase
handelt. Zusätzlich wird
ein Anstieg des Druckes vor dem Einatmen dadurch sichergestellt,
daß überwacht
wird, ob der Taktzähler größer als
oder gleich wie die vorgeschriebene Einatemstartzeit in Schritt 1238 ist.
Wenn somit ein sporadischer oder fehlerhafter Ablesewert der Steigung
erfaßt
werden sollte, würde
ein Anstieg des Nasendruckes vor dem Einatmen noch sichergestellt
werden, sobald der Taktzähler
die vorgeschriebene Einatemstartzeit überschreitet. Es wird in Erinnerung
gerufen, daß die
Einatemstartzeit in Schritt 1232 etwas kleiner eingestellt
worden war als die voraussichtliche Startzeit.
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In 13 ist
die VENTILSCHRITT-Subroutine 1300 dargestellt, welche im
Betrieb die erforderlichen Schrittmuster am Schrittmotor 44 mittels
der Schrittmotorschaltung 1000 sequentiell aufbringt. Die
Subroutine 1300 beginnt beim Schritt 1302, indem
sie die Variable "Ventil-Endstellung" gleich der aktuellen
Ventilstellung plus (oder minus) der erforderlichen Ventilkorrektur
setzt, welche im Schritt 1206 (2) bestimmt
wurde. Im Schritt 1302 wird auch die Variable "Ventilstellung" gleich der aktuellen
Ventilstellung gesetzt.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1304, in dem abgefragt
wird, ob die Richtung der Korrektur größer als null, d.h. in einer
positiven Richtung, so daß das
Entlüftungsende 32 begrenzt
wird, oder in der entgegengesetzten Richtung ist. Wenn die Antwort
im Schritt 1304 ja ist, bewegt sich das Programm zum Schritt 1306,
in dem abgefragt wird, ob die Endstellung, welche im Schritt 1302 bestimmt
worden war, den Schritt 160 übersteigt. Dies bedeutet, daß in diesem
Schritt festgestellt wird, ob die gewünschte oder erforderliche Endstellung
des Ventils jenseits der maximal zulässigen Stellung liegt. Wenn
ja, bewegt sich das Pro gramm zum Schritt 1308, welcher
die Endstellung des Ventils gleich 160 setzt.
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Wenn
die Antwort im Schritt 1306 nein ist oder nach Schritt 1308 bewegt
sich das Programm zum Schritt 1310 und setzt die Variable "Ventilstellung" gleich "Ventilstellung" plus eins. Mit anderen
Worten, das Programm inkrementiert den Schrittmotor 44 Schritt
um Schritt, bis die Endstellung erreicht ist.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1312, in dem abgefragt
wird, ob die neue Ventilstellung kleiner als oder gleich wie die
Endstellung des Ventils ist, welche im Schritt 1302 bestimmt
wurde. Wenn nein, was bedeutet, daß die gewünschte Endstellung des Ventils
erreicht worden ist, kehrt das Programm zum Schritt 1210 der
Hauptschleife zurück.
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Wenn
die Antwort im Schritt 1312 ja ist, was bedeutet, daß die Endstellung
des Ventils noch nicht erreicht wurde, bewegt sich das Programm
zum Schritt 1314, in dem das Schrittmuster für den nächsten Schritt des
Gebläsemotors
aus dem Speicher abgerufen wird. Das Programm aktiviert dann die
Leitungen des Busses 832, um dieses Schrittmuster an die
Schaltung 1000 des Schrittmotors und hierdurch an den Schrittmotor 34 zu
senden.
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Das
Programm kehrt dann in der Schleife zurück zum Schritt 1310 und
fährt fort,
ein Schrittmuster nach dem anderen auszuführen, bis die Endstellung erreicht
ist.
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Wenn
die Drehrichtung für
die erforderliche Korrektur negativ ist, was in Schritt 1304 bestimmt
wurde, bewegt sich das Programm zu den Schritten 1316 bis 1324,
wie dargestellt ist, und führt
die erforderliche Anzahl der Schritt muster aus, so daß das Ventil
in "negativer" Richtung gedreht
und der Druck reduziert wird, indem mehr Luft abgelassen wird. Im
Schritt 1316 wird abgefragt, ob die in Schritt 1302 bestimmte
Endstellung kleiner als null ist, was bedeutet, daß die Ventilstellung
jenseits der zulässigen
Grenzen des Verfahrweges liegt. Wenn ja, setzt das Programm die
Endstellung in Schritt 1318 gleich null.
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Im
Schritt 1320 wird dann die "Ventilstellung"-Variable dekrementiert und im Schritt 1322 wird
abgefragt, ob die neu festgestellte "Ventilstellung" größer als
oder gleich wie die gewünschte
Endstellung ist. Wenn ja, bewegt sich der Schritt zum Programm 1324 und
kehrt dann in der Schleife zurück
zu Schritt 1322. Wenn die Antwort im Schritt 1322 nein
ist, kehrt das Programm zum Schritt 1210 der Hauptschleife
zurück.
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In 14 ist
die ADC-Interrupt-Subroutine 1400 dargestellt, deren Interrupt
alle 14 Mikrosekunden ausgeführt
wird, so daß für die von
der Druckwandlerschaltung 700 erhaltenen Druckdaten eine
Umwandlung von analog in digital bereitgestellt wird, und mit der
diese Daten im Speicher gespeichert werden. Die Subroutine 1400 beginnt
im Schritt 1402, welcher die aktuellen Daten aus dem ADC-Register
im Inneren des Mikrokontrollers 802 abruft. Diese Daten
werden dann in dem ADC-Puffer zur Verwendung im Schritt 1202 (12) der
Hauptschleife gespeichert. Diese Daten werden an der Speicherstelle "L" gespeichert, bei der es sich um eine
der acht Speicherstellen des Puffers handelt. Das Programm bewegt
sich dann zum Schritt 1404 und inkrementiert die Speicherstellenvariable "L", so daß der nächste Satz von ADC-Daten in
der nächsten
Speicherstelle des Puffers abgelegt wird. Das Programm bewegt sich
dann zum Schritt 1406, in dem abgefragt wird, ob "L" gleich acht ist, was größer ist
als die Anzahl der Speicherstellen, welche in dem ADC-Puffer vorgesehen sind.
Wenn ja, setzt das Programm "L" auf die Speicherstelle
Null zurück,
bei der es sich um die erste Speicherstelle im Puffer handelt. Nach
dem Schritt 1408, oder wenn die Antwort im Schritt 1406 nein
ist, bewegt sich das Programm zum Schritt 1410, welcher
die ADC anweist, eine weitere Datenkonversion zu beginnen. Das Programm
kehrt dann vom Interrupt zur Hauptschleife zurück.
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In 15 ist
die Subroutine 1500 PRÜFE
DIE GEBLÄSEDREHZAHL
dargestellt, welche aus dem Schritt 1222 der Hauptschleife 1200 aufgenommen
wird, und welche beim Schritt 1502 beginnt, in dem die
aktuelle Drehzahl des Gebläses
so abgelesen wird, wie sie von der Klemme HS1.0 des Mikrokontrollers
vom Hall-Effekt-Wandler im Gebläsemotor 94 erhalten
wird. Das Programm bewegt sich dann zum Schritt 1504, welcher
den Sollwert für
die Drehzahl des Gebläses
entsprechend dem vorgeschriebenen Einatemdruck abruft und den Sollwert
mit der erfaßten
niedrigeren Drehzahl vergleicht. Das Programm bewegt sich dann zum Schritt 1506,
in dem abgefragt wird, ob sich die Drehzahl des Gebläses innerhalb
eines maximalen Fehlerbereiches der Soll-Drehzahl befindet. Wenn
nein, paßt
das Programm im Schritt 1508 die Impulsweite des pulsweitenmodulierten
Signals an, welches an der Klemme PWM des Mikrokontrollers erzeugt
und an die Schaltung 902 des Gebläsemotors übertragen wird. Nach dem Schritt 1508,
oder wenn die Antwort im Schritt 1506 ja ist, kehrt das
Programm zur Hauptschleife zurück.
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Luftweggeräusche-Ausführungsbeispiel
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In
den 16 und 17 ist
ein weiterer Aspekt der Erfindung dargestellt, bei dem Veränderungen des
Drucks im Luftweg des Patienten und insbesondere Luftweg-Geräusche überwacht
werden und als Reaktion hierauf der Druck im Luftweg des Patienten
gesteuert wird. Im einzelnen handelt es sich bei 16 um ein
elektrisches Blockschaltbild, welches den Geräuschanalyseschaltkreis 1600 darstellt,
welcher Eingangssignale von dem Drucksensorschaltkreis 700 über dessen
Klemme 718 empfängt
und welcher Ausgangssignale an den Mikrokontroller 802 abgibt.
Der Fachmann weiß,
daß es
sich bei Geräuschen
um Druckveränderungen handelt.
Somit dient der bevorzugte Drucksensorschaltkreis 700 auch
dazu, Druckveränderungen
zu erfassen, welche Geräuschen
im Luftweg entsprechen, und diese Veränderungen in entsprechende,
an der Klemme 718 anliegende Signale umzuwandeln.
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Die
Signale vom Drucksensorschaltkreis 700 werden an einen
Vorverstärker 1602 übergeben,
welcher die Signalstärke
anhebt und die Signale an einen Tiefpaßfilter 1604, einen
Bandpaßfilter 1606,
einen Bandpaßfilter 1608 und
einen Hochpaßfilter 1610 übergibt.
Der Tiefpaßfilter 1604 ist
vorhanden, um dem Mikrokontroller 802 ein "DC"-Ausgangssignal bereitzustellen,
welches Druckveränderungen
tiefer Frequenz (Subaudio) und den Nasendruck anzeigt.
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Die
Filter 1606 bis 1610 spalten das Audio-Frequenzspektrum
in drei Komponenten auf: 10 bis 200 Hz, 200 bis 800 Hz bzw. 800
Hz und mehr. Die Ausgangssignale von den Filtern 1606 bis 1610 passieren Gleichrichter 1612, 1614 bzw. 1616,
welche wiederum den Tiefpaßfiltern 1618, 1620 und 1622 gleichgerichtete Ausgangssignale
bereitstellen. Die Tiefpaßfilter 1618 bis 1622 wandeln
die entsprechenden gleichgerichteten Eingangssignale in äquivalente
Gleichspannungs-Ausgangssignale "LOW", "MED" und "HI" um, welche den jeweiligen
Audio-Spektralkomponenten
entsprechen. Diese drei Ausgangssignale werden zusammen mit dem Ausgangssignal "DC" als Eingangssignale
dem Mikrokontroller 802 bereitgestellt, welcher eine interne A/D-Umwandlung
verwendet, um digitale Daten zu erzeugen, welche den drei Komponenten
des Spektrums entsprechen.
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Bei 17 handelt
es sich um ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms der SOUND-ANALYSE-Subroutine 1700,
welche vorteilhafterweise ein Teil des Programms ist, mit dem der
Mikrokontroller 802 in Verbindung mit dem Druckveränderungsaspekt
der Erfindung betrieben wird. Die Subroutine 1700 beginnt
am Schritt 1702, welcher die analog-zu-digital-Umwandlung der analogen Eingangssignale "DC", "LOW", "MED" und "HI" initiiert, welche
vom Schaltkreis 1600 erhalten wurden. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der Schritt 1702 mehrere Male (z.B. 10 mal) für jedes
Einatmen implementiert und die Umwandlungswerte sind gemittelt.
Die mittleren Werte der digitalen Entsprechungen von DC, LOW, MED
und HI werden dann für
die. Schritte 1706 bis 1716 verwendet, wie hiernach
weiter erläutert
ist.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 1704, welcher die
Softwarevariable "old
state" (OS) gleich
der Variablen "new
state" (NS) setzt,
die während
der vorhergehenden Durchläufe
durch das Programm bestimmt worden sind. In diesem Schritt wird
dann die Variable NS = Null gesetzt.
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Im
Schritt 1706 fragt das Programm ab, ob das Eingangssignal "DC" größer ist
als ein vorgegebener Schwellenwert. Dieser Schwellenwert ist so
ausreichend hoch, daß angezeigt
wird, daß erfaßbare Geräusche im
Luftweg vorliegen. Wenn die Antwort nein ist, kehrt das Programm
zur Hauptschleife zurück.
Wenn die Antwort ja ist, bewegt sich das Programm zum Schritt 1708,
in dem zusammen mit den nachfolgenden Schritten eine spektrale Analyse
der Geräusche
im Luftweg, wie sie im Schaltkreis 1600 bestimmt worden
sind, durchgeführt
wird. Insbesondere wird im Schritt 1708 abgefragt, ob das
Eingangssignal LOW einer vorgegebenen Schwelle ent spricht. Wenn
ja, bewegt sich das Programm zum Schritt 1710, welcher
die Variable NS um eins inkrementiert.
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Wenn
die Antwort im Schritt 1710 nein ist oder nach Schritt 1710,
bewegt sich das Programm zum Schritt 1712, welcher abfragt,
ob das Eingangssignal MED oberhalb der ihm zugeordneten Schwelle
liegt. Wenn ja, bewegt sich das Programm zum Schritt 1714,
welcher die Variable NS um zwei inkrementiert.
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Wenn
die Antwort in Schritt 1712 nein ist oder nach Schritt 1714,
bewegt sich das Programm zum Schritt 1716, welcher abfragt,
ob das Eingangssignal HI größer ist
als eine vorgegebene Schwelle. Wenn ja, dann wird im Schritt 1718 die
Variable NS um vier inkrementiert.
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Wenn
die Antwort im Schritt 1716 nein ist, oder nach Schritt 1718,
bewegt sich das Programm zum Schritt 1720. Im Schritt 1720 wird
die Variable "TRANSITION" (T) als Funktion
der Variablen OS und NS wie in 17 dargestellt
berechnet. Die Variable T stellt eine spektrale Quantifizierung
der Geräusche
im Luftweg bereit, welche bei der Bestimmung verwendet wird, welche
Aktion, wenn überhaupt,
betreffend die Erhöhung oder
Verminderung des auf die Atemwege des Patienten aufgebrachten Gasdruckes
durchgeführt
werden soll. Diese Bestimmung erfolgt im Schritt 1722 durch
Verwendung der sogenannten "Aktionstabelle", bei welcher es
sich um eine Tabelle handelt, die im Speicher unter Verwendung der
Variablen T als Zeiger gespeichert ist. Die bevorzugte Aktionstabelle
ist Teil der Offenbarung und als Anlage 1 beigefügt.
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Nach
der Bestimmung der richtigen Aktion, welche die Erhöhung, Verminderung
oder Aufrechterhaltung des Drucks umfaßt, aus der Aktionstabelle,
bewegt sich das Programm zum Schritt 1724, welcher diese Aktion
ausführt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erfolgen die durch Aktionen gekennzeichneten Veränderungen des Drucks in Schritten
von 1,0 cm Wasser.
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Wenn
die im Schritt 1722 bestimmte Aktion "keine" ist, was anzeigt, daß Schnarchgeräusche nicht
vorliegen, wird vorzugsweise im Schritt 1724 der auf den
Patienten aufgebracht Druck um 0,5 cm Wasser vermindert. Auf diese
Weise stellt das Programm sicher, daß der Druck nicht höher als
notwendig gehalten wird. Wenn z.B. durch die erfaßten Geräusche im
Luftweg eine Erhöhung
des Druckes veranlaßt
wird und die Geräusche
im Luftweg dann verschwinden, kann es sein, daß der Druck um etwas mehr als
notwendig erhöht worden
ist. Demzufolge vermindert das Programm automatisch den Druck über die
Zeit in kleinen Schritten, bis Geräusche im Luftweg wieder erfaßt werden.
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Der
oben im Zusammenhang mit den 16 und 17 beschriebene
Aspekt der vorliegenden Erfindung überwacht Geräusche im
Luftweg bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Druckwandlerschaltkreis 700 auf
viele Arten von Druckveränderungen
anspricht, die anders sind als jene, welche mit Geräuschen im
Luftweg verbunden sind. Der Schaltkreis 700 könnte z.B
dazu verwendet werden, nicht hörbare
Schwingungen oder Druckveränderungen
zu erfassen, welche mit dem Ausatmen und Einatmen verbunden sind.
Mit dieser Fähigkeit
können
viele Informationen über
die Atmung des Patienten gesammelt werden, wie z.B. sowohl, ob die
Atmung des Patienten regelmäßig, unregelmäßig oder
apnoisch ist, als auch die Atemgeschwindigkeit, die Dauer des Einatmens
und Ausatmens und die Strömungsgeschwindigkeiten.
Folglich kann mit dieser Fähigkeit
die Atmung des Patienten richtig charakterisiert und die Aspekte
der Atmung quantifiziert werden.
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Diese
Information kann darüber
hinaus im Speicher gespeichert werden, so daß sie anschließend heruntergeladen
und von einem Arzt z.B. dazu verwendet werden kann, Atembeschwerden
zu diagnostizieren und die Wirksamkeit der Behandlung zu erfassen.
Auf diese Weise werden die Kosten und die Zeit, welche in Schlaflaboreinrichtungen
aufgewendet werden, vermieden oder zumindest minimiert. Zusätzlich wird
der Komfort des Patienten verbessert, da nur der minimal erforderliche
Druck sowohl während
des Schlafes als auch bevor der Patient einschläft aufgebracht wird. Mit dem
erhöhten
Komfort ist es wahrscheinlicher, daß der Patient die vorgeschriebene
Behandlung auf einer dauerhaften Basis anwendet und er hierdurch
aus ihr den maximalen Nutzen zieht.
-
Der
Fachmann erkennt, daß die
vorliegende Erfindung zahlreiche Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele,
die hier beschrieben wurden, umfaßt. Während die vorliegende Erfindung
zum Beispiel bei der Behandlung der Schlafapnoe genutzt werden kann,
ist ihre Anwendbarkeit nicht in dieser Hinsicht beschränkt. Die
vorliegende Erfindung kann statt dessen für die Behandlung von zahlreichen
Zuständen
eingesetzt werden, bei denen eine erleichterte Atmung ein Faktor
bei der Behandlung ist. So induziert zum Beispiel ein erhöhter Luftdruck
beim Atmen, welcher unmittelbar vor dem Einatmen beginnt, ein tieferes
Einatmen als sonst vorliegen würde.
Dies kann zur Behandlung bestimmter kardiovaskularer Zustände verwendet
werden, bei denen ein tieferes Einatmen und hierdurch eine größere Sauerstoffanreicherung
des Blutes vorteilhaft ist, wenn es von einem abgesenkten Druck
begleitet wird, welcher das Ausatmen erleichtert. Zusätzlich umfaßt die vorliegende
Erfindung die Verwendung aller atembaren Gase, wie z.B. von Anästhetika
oder mit Sauerstoff angereicherter Umgebungsluft.
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Wie
oben erläutert
wurde, ist das Nasenkissen das bevorzugte Mittel zur Verbindung
mit dem Patienten, um den höheren
atembaren Gasdruck auf die Atemwege des Patienten aufzubringen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt
jedoch auch eine Nasenmaske oder eine volle Gesichtsmaske, welche
in bestimmten Situationen erwünscht
sein kann, wie z.B. bei der Anwendung von Anästhetika als atembares Gas,
wie oben erläutert wurde.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Stellung der Entlüftungsventilanordnung
variiert, um den Druck des atembaren Gases, welches auf die Atemwege
des Patienten aufgebracht wird, zu erhöhen oder abzusenken. Wie aus
der detaillierten Beschreibung hervorgeht, kann mit dem vorliegenden
Gerät jedoch
auch die Drehzahl der Gebläseeinheit
variiert werden, was statt dessen dazu verwendet werden könnte, den
aufgebrachten Druck selektiv zu variieren. Hierdurch wären das
Entlüftungsventil
und der Schrittmotor nicht mehr erforderlich und die Herstellungskosten
würden
reduziert werden, was als weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft wäre.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
auch die Abwandlung, bei der das atembare Gas komprimiert und z.B.
in einer Speicherflasche gespeichert wird.
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Wie
oben erläutert
wurde, umfaßt
die bevorzugte Steuerung einen Mikrokontroller 802, welche
durch ein Computerprogramm betrieben wird. Andere äquivalente
Steuermittel können
einen für
den Kunden entworfenen Chip umfassen, bei dem alle Funktionen ohne
ein Computerprogramm in der Hardware implementiert sind.
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Wie
in 6 hierin und in der begleitenden erläuternden
Beschreibung offenbart ist, wird bevorzugt, den Atemzyklus des Patienten
dadurch zu verfolgen, daß die
Bewegung der Entlüftungsventilanordnung 16 verfolgt
wird. Der Fachmann weiß,
daß der
Atemzyklus durch andere Mittel verfolgt werden kann, wie z.B. durch
die Überwachung
der Kontraktionen und Expansionen des Brustkastens, der Atemgeräusche, indem
direkt die Aktivität
des Genioglossus-Muskels oder irgendein anderer äquivalenter Parameter erfaßt wird,
welcher für
einen Atemzyklus aufzeigend ist.
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Als
Beispiel am Schluß sei
angeführt,
daß manche
Therapeuten das Gerät
vorzugsweise in einem Modus mit geringem Druck oder mit Druck null
starten können,
während
der Atemzyklus anfangs verfolgt wird. Hierdurch kann ein zusätzlicher
Komfort für
den Patienten bei der Anwendung der Erfindung geschaffen werden.
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Admittanz-Ausführungsbeispiel
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In
den 18 bis 21 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem die Durchgängigkeit
des Luftwegs des Patienten bestimmt und vorzugsweise als Grundlage
verwendet wird, um den Druck im Luftweg, der auf den Patienten angewendet
wird, zu steuern. Wenden wir uns zunächst 18 zu:
Eine Vorrichtung 1800 umfaßt einen Durchflußmesser 1802 (Hans
Rudolph Pneumotach, vertrieben von der Hans Rudolph Company in Kansas
City, Missouri), einen Differentialdrucksensor (DP) 1804 (SENSYM
Typ SX01DN), einen Drucksensor 1806 (SENSYM Typ SX01DN),
Rechenverstärker 1808 und 1810,
eine analoge Signaldivisionseinrichtung 1812 (Analog Devices
Modell AD539), welche mit dem Mikrokontroller 802 gekoppelt
ist.
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Im
Betrieb ist der Durchflußmesser 1802 vorzugsweise
in den äußeren Abschnitt 26 der
Leitung 12 gekoppelt, so daß atembares Gas, welches dem
Patienten zugeführt
wird, durch ihn hindurchtritt. Der Sensor 1802 stellt ein
Paar pneumatischer Ausgangssignale bereit, welche dem Gasstrom zum
DP-Sensor 1804 entsprechen,
welcher wiederum ein Paar elektrischer analoger Ausgangssignale
von der internen Brücke
bereitstellt, welche dem Strom zum Verstärker 1810 entsprechen.
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Der
Drucksensor 1806 ist pneumatisch mit dem äußeren Abschnitt 26,
vorzugsweise stromabwärts vom
Durchflußmesser 1802,
gekoppelt. Der Drucksensor 1806 stellt dem Verstärker 1808 von
der internen Brücke
ein Signalpaar bereit, welches dem Gasdruck entspricht, mit dem
der Patient versorgt wird.
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Die
Verstärker 1808 und 1810 stellen
der Divisionseinrichtung 1812 über die Leitungen 1814 und 1816 jeweils
analoge Ausgangssignale bereit, welche dem momentanen Gasdruck und
Gasstrom entsprechen, mit denen der Patient versorgt wird. Die Divisionseinrichtung 1812 führt eine
analoge Teilung der Strom- und Drucksignale durch, die an den Leitungen 1814 und 1816 anliegen,
und erzeugt hierdurch ein analoges Ausgangssignal an einer Leitung,
welches der momentanen Admittanz (A) des Luftwegs des Patienten
entspricht. Dies bedeutet, daß es
sich bei der Admittanz um die Inverse der Impedanz handelt. Die
Patienten-Durchflußmenge
kann jedoch null sein, was die direkte Berechnung der Impedanz als
Druck geteilt durch Durchflußmenge
unmöglich
macht. Indem die Durchflußmenge
durch den Druck geteilt wird und hierdurch die Admittanz bestimmt
wird, werden solche Probleme jedoch vermieden.
-
Wie
hiernach weiter in Verbindung mit dem Flußdiagramm eines Computerprogramms
von 21 erläutert
ist, kann es wünschenswert
sein, daß in
bestimmten Anwendungsfällen
keine Divisionseinrichtung 1812 vorhanden ist und die Teilungsfunktionen
innerhalb des Mikrokontrollers 802 ausgeführt werden.
In einem solchen Fall wird die Leitung 1818 zusammen mit
der Divisionseinrichtung 1812 entfernt und die Druck- und Durchflußmengensignale
an den Leitungen 1814 und 1816 werden direkt dem
Mikrokontroller 802 bereitgestellt.
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19 enthält die Diagramme 1902, 1904, 1906, 1908 und 1910,
welche helfen darzustellen, wie die Durchgängigkeit des Luftwegs des Patienten
bei der vorliegenden Erfindung bestimmt wird. In diesen Diagrammen
sind die Durchflußmenge
F, der Druck P, die Admittanz A, das Schema T1 und das Schema T2 über sieben
diskreten Zeitpunkten aufgetragen, welche jenen Zeitpunkten entsprechen,
zu denen der Mikrokontroller 802 A/D-Umwandlungen der Eingangsinformationen
durchführt.
Bei dem Plot der Admittanz im Diagramm 1906 handelt es
sich um eine Funktion der Durchflußmengen- und Druckdaten, welche
in den Diagrammen 1902 bzw. 1904 dargestellt sind.
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Im
Betrieb des Mikrokontrollers 802 wird in Übereinstimmung
mit den in den 20 und 21 dargestellten
Programmen der Plot der Admittanz für den Einatemabschnitt eines
einzigen Atemzyklus mit den Admittanzschemata verglichen, welche
im Speicher gespeichert sind, um zu bestimmen, welches Schema am besten
zum letzten Plot der Admittanz paßt. Das am besten Passende
wird unter Verwendung konventioneller quadratischer Mittelungsverfahren
bestimmt. Das Schema, welches am besten paßt, wird als "Zeiger" für eine Tabelle
verwendet, mit dem die durchzuführende
Aktion ausgewählt
wird, wie z.B. die Erhöhung
oder Verminderung des Gasdrucks, welcher an den Patienten angelegt
wird.
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In 20 ist
ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms der Subroutine 2000 dargestellt,
mit der dem Mikrokontroller 802 des in 18 dargestellten
Ausführungsbeispiels
unter Verwendung der Divisionseinrichtung 1812 betrieben
wird. Die Routine 2000 beginnt beim Schritt 2002,
welcher den Mikrokontroller 802 aktiviert, um das Admittanzsignal
zu digitalisieren, welches an der Leitung 1818 zu vorgegebenen
Zeitpunkten während
des Einatmens des Patienten erhalten wird, und um die umgewandelten
Admittanzdaten im Datenfeld "A" zu speichern.
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Nach
der Digitalisierung aller Signale für die Einatemsignale werden
dann im Schritt 2004 die Amplituden der Amplitudendaten
im Feld "A" normalisiert. Dies
bedeutet, daß der
Spitzen-Amplitudenwert der Felddaten auf eine vorgegebene Konstante
normalisiert wird. Dies wird deshalb durchgeführt, da bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
die Form der Admittanzdaten von Interesse ist, nicht die Absolutwerte.
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In
gleicher Weise wird im Schritt 2006 die Zeitbasis des Admittanz-Datenfelds "A" normalisiert, so daß die Zeitbasis zu derjenigen
der Schemata paßt.
Dies ist notwendig, da die Einatemzeiten von einem Atemvorgang zum
anderen variieren.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 2008, in dem ein
quadratischer Mittelwert (RMS) für
die Differenzen zwischen den entsprechenden Datenpunkten im Feld "A" und dem jeweiligen im Speicher gespeicherten
Schema berechnet werden, gemäß der dargestellten
Formel.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt
2010, in dem bestimmt
wird, welches Schema den niedrigsten RMS-Wert aufweist. Bei diesem
handelt es sich um das zu den Admittandaten für dieses Einatmen des Patienten "am besten passen de" Schema. Im Schritt
2012 wird
dann das im Schritt
2010 ausgewählte Schema als Software-"Zeiger" verwendet, mit dem
aus einer Tabelle, wie unten dargestellt, eine geeignete Aktion
ausgewählt
wird, wie z.B. das Erhöhen,
Vermindern oder Halten des Drucks:
T1 | Halten |
T2 | Erhöhen |
T3 | Erhöhen |
... | ... |
TN | Vermindern |
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Bei 21 handelt
es sich um ein Flußdiagramm
eines Computerprogramms eines Moduls 2100, mit dem der
Mikrokontroller 802 im in 18 dargestellten
Ausführungsbeispiel
betrieben wird, wenn die Divisionseinrichtung 1812 und
die Leitung 1818 nicht verwendet werden und wenn die Leitungen 1814 und 1816 direkt
mit dem Mikrokontroller 802 verbunden sind, um die Druck-
und Durchflußmengensignale
bereitzustellen. Diese Ausbildung ist dann vorteilhaft, wenn eine
größere Präzision wegen
der nichtlinearen Eigenschaften der Luftwege des Patienten gewünscht ist.
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Das
Modul 2100 beginnt bei Schritt 2102, welcher die
vom Mikroprozessor 802 über
die Leitung 1816 zu vorgegebenen Intervallzeiten empfangenen
Durchflußmengensignale
digitalisiert. Die digitalisierten Durchflußmengendaten werden dann im
Feld "F" gespeichert. Im
Schritt 2104 wird dann die Zeitbasis der Daten im Feld "F" normalisiert.
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Das
Programm bewegt sich dann zum Schritt 2106, welcher schnelle
Fourier-Transformation (FFT) verwendet, um die Am plitude-über-Zeit-Daten
im Feld "F" in Amplitude-über-Frequenz-Daten umzuwandeln.
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Gleichzeitig
mit den Schritten 2102 bis 2106 führt das
Modul 2100 die analogen Schritte 2108, 2110 und 2112 für die vom
Mikrokontroller 802 über
die Leitung 1814 empfangenen Druckinformationen durch.
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Nach
der Umwandlung der Durchflußmengen-
und Druckdaten bewegt sich das Programm zum Schritt 2114,
in dem die Admittanz "A" für die jeweils
entsprechenden Durchflußmengen- und Druckdatenpunkte
berechnet wird. Abhängig
von der speziellen Anwendung und dem gewünschten Genauigkeitsgrad kann
es unter bestimmten Umständen
vorteilhaft sein, die Felddaten für den Druck und die Durchflußmenge oder
die Admittanzdaten bezüglich
der Amplituden zu normalisieren.
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Das
Modul 2100 führt
dann die Schritte 2116, 2118 und 2120 aus,
bei denen es sich um dieselben Schritte handelt wie die Schritte 2008 bis 2012,
welche oben in Verbindung mit dem Modul 2000 und der Aktionstabelle
erläutert
worden sind.
-
Man
erkennt, daß nach
der Bestimmung des am besten passenden Schemas die Durchgängigkeit
des Luftwegs des Patienten wirksam quanitifiziert ist. Dies bedeutet,
daß der
Satz von im Speicher gespeicherten Schemata einen Bereich von Durchgängigkeiten
(z.B. in Prozent) darstellen könnte
und daß das
am besten passende Schema eine entsprechende Durchgängigkeit
in Prozent darstellt. Bei den Durchgängigkeitsschemata handelt es
sich zusätzlich
vorzugsweise um einen Satz, welcher speziell für den individuellen Patienten, der
behandelt wird, entwickelt wird. Darüber hinaus kann es vorteilhaft
sein, den Satz von Schemata kontinuierlich dadurch zu aktualisieren,
daß aufeinanderfolgende
Admittanz- Felddaten
als neues Schema im Speicher gespeichert werden. Zusätzlich könnten bestimmte
Schemata als charakteristisch für
Zustände
der Schlaflosigkeit oder des Schlafes gekennzeichnet werden. Schließlich ist
unter bestimmten Umständen
der höchste Genauigkeitsgrad
nicht erforderlich. In diesen Fällen
könnte
eine Summierung der Admittanzdaten eines gegebenen Einatemvorgangs
oder ein Mittelwert hiervon über
eine Anzahl von Einatemvorgängen
selbst als Quantifizierung der Durchgängigkeit des Luftwegs verwendet
werden.
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Der
Fachmann weiß,
daß die
vorliegende Erfindung zahlreiche Abänderungen bei den hier beschriebenen
bevorzugten Ausführungsbeispielen
einschließt.
Zum Beispiel könnten
Ultraschallverfahren angewendet werden, um die Durchgängigkeit
des Luftwegs nachzuweisen. Wenn der auf den Patienten angewendete Gasdruck
relativ konstant ist, sind zusätzlich
nur die Veränderungen
der Durchflußmenge
von Interesse. Sie sind der einzige variable Parameter, welcher
berücksichtigt
werden sollte. Als weiteres Beispiel könnte ein empfindliches Thermoelement
oder ein Thermistor verwendet werden, um eine Anzeige für die Gas-Durchflußmenge bereitzustellen.
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Stimulations-Ausführungsbeispiel
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Wie
oben in Verbindung mit den 16 und 17 beschrieben
worden ist, werden bei dem Spektralgeräusche-Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung die Geräusche
im Luftweg des Patienten analysiert, um so eine geeignete Reaktion
zu bestimmen, durch die ein apneischer Vorfall verhindert wird.
Bei dem Spektralgeräusche-Ausführungsbeispiel
wird durch die geeignete Aktion der auf den Patienten angewendete Druck
im Luftweg erhöht,
vermindert oder aufrechterhalten. Beim Stimulations-Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der bevorzugten Reaktion um die Aufbringung
eines elektrischen Stimulus. Dieser wird von außen auf den Hals des Patienten
in der Nähe
der Muskeln des oberen Luftwegs aufgebracht; es könnten aber
auch implantierte Elektroden in gleicher Weise verwendet werden,
um die Muskeln oder die Muskelnerven zu stimulieren.
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Die
bevorzugte Vorrichtung umfaßt
einen flexiblen, elastischen Halskragen, ein von dem Kragen getragenes
Mikrophon, ein ebenfalls von dem Kragen getragenes Elektrodenpaar
und eine Steuerschaltung, welche das Mikrophon und die Elektroden
miteinander verbindet. Die Elektroden und das Mikrophon können auch durch
ein Haftmittel oder andere gleichwertige Mittel anstelle des bevorzugten
Kragens befestigt werden. Die bevorzugte Steuerschaltung umfaßt die Komponenten
und das Programm, welche oben in Verbindung mit dem Luftweggeräusche-Ausführungsbeispiel
beschrieben worden sind. Der Hauptunterschied liegt darin, daß, anstatt
den Luftdruck zu erhöhen,
die Aktion dazu dient, die stimulierenden Elektroden zu Beginn einer
jeden Einatemphase des Atemzyklus des Patienten zu aktivieren.
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Um
das Stimulations-Ausführungsbeispiel
benutzen zu können,
verbindet der Patient den um den Hals angeordneten Kragen mit den
Elektroden, die vorn auf beiden Seiten der Mittellinie des Halses
und unmittelbar unterhalb des Kiefers angeordnet sind, so daß sie die
Muskeln des oberen Luftwegs stimulieren, wenn sie aktiviert werden.
Im Betrieb erfaßt
das Mikrophon die Geräusche
im Luftweg und die Steuerschaltung analysiert diese Geräusche, wie
oben in Verbindung mit den 16 und 17 beschrieben
worden ist. Jedesmal, wenn eine Aktion bestimmt wird, die einem "Erhöhen" des Drucks entspricht
(17, Schritt 1724), wird dies dahingehend
interpretiert, daß ein
apneischer Anfall droht. Dies bedeutet, daß durch ein graduelles Verschließen des
Luftwegs aufgrund der Entspannung der Muskeln des oberen Luftwegs
ein entsprechendes Geräuschmuster
erzeugt wird, welches auch anzeigt, d.h. vorhersagt, daß ein apneischer
Vorfall bei einem darauffolgenden Atemvorgang auftreten kann. Wenn
bestimmt worden ist, daß eine
Erhöhung
der Durchgängigkeit
des Luftwegs erforderlich ist, aktiviert somit die Steuerschaltung
die Elektroden, so daß diese
die Muskeln des oberen Luftwegs stimulieren. Zusätzlich wird vorzugsweise die
Stärke
der elektrischen Stimulierung entsprechend der Atemgeräusche auf
dieselbe Art und Weise variiert, in der der Druck im Luftweg in
Verbindung mit dem Admittanz-Ausführungsbeispiel
variiert wird, welches oben in Verbindung mit Anhang I erläutert worden
ist. In dem Fall, daß während einer
vorgegebenen Zeit, die auf einer festen Zeit oder auf vorhergehenden Atemmustern
basiert, kein Einatmen erfaßt
wird, aktiviert die bevorzugte Atemvorrichtung die Elektroden, so daß die Muskeln
des oberen Luftwegs stimuliert werden.
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Auf
diese Weise werden apneische Anfälle
verhindert, während
gleichzeitig die Elektroden-Stimulation nicht aufgebracht wird,
wenn sie nicht benötigt
wird. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine
Stimulierung erst dann vorgesehen ist, wenn ein apneischer Anfall
bereits aufgetreten ist. Dies steht auch im Gegensatz zu jenen im
Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, welche bei jedem Einatemversuch
stimulieren, wie dies z.B. in der
US
4 830 008 gezeigt ist, welche hiermit durch die Bezugnahme
zum Gegenstand der Offenbarung gemacht wird. Der Fachmann weiß, daß dann,
wenn bei jedem Einatmen eine Stimulierung angewendet wird, sich
der Patient tatsächlich
an die Stimulierung gewöhnt
und diese an Wirksamkeit einbüßt. Bei
der vorliegenden Erfindung dagegen wird eine Stimulierung verhindert,
wenn keine Bedingungen vorliegen, bei denen ein apneischer Anfall
angezeigt, d.h. vorhergesagt, wird. Dennoch wird bei ihr eine Stimulierung vor
einem apneischen Anfall sichergestellt. Auf diese Weise werden die beiden
Hauptnachteile der Stimulationsverfahren beim Stand der Technik
vermieden.
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Der
Fachmann weiß,
daß andere
Mittel verwendet werden können,
mit denen das Drohen eines apneischen Anfalles erfaßt werden
kann. Zum Beispiel kann durch die Überwachung der Luftwegadmittanz,
wie oben in Verbindung mit den 19 bis 21 erläutert worden
ist, ein apneischer Anfall vorhergesagt werden und die Stimulierung
angewendet werden, wenn dies der Fall ist. Dies bedeutet, daß durch
die Überwachung der
Admittanz während
des Einatmens ein Engerwerden des Luftwegs erfaßt werden kann, indem die Admittanz überwacht
wird. Wenn die Admittanz auf ein vorgegebenes Niveau absinkt, kann
die Stimulation angewendet werden. Darüber hinaus könnte das
Drohen eines apneischen Anfalls durch die Verwendung von Luftstromsensoren,
wie z.B. Thermistoren oder Thermoelementen an der Nase oder am Mund,
festgestellt werden, oder durch die Verwendung eines gegenüber statischen
Ladungen empfindlichen "Bettes", oder durch die Verwendung
von Bändern,
mit denen Bewegungen des Brustkorbes oder des Bauches erfaßt werden
können, vorzugsweise
eines Sensors der Marke RESPITRACE.
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Kompensations-Ausführungsbeispiel
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Das
in den 1 bis 4 offenbarte bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwendet einen Drucksensor 38, welcher in der Nähe des Nasen-Anschlußstücks des
Patienten angebracht ist. Unter bestimmten Umständen ist dies möglicherweise
jedoch nicht praktisch. Statt dessen kann es aus Gründen der
Kompaktheit und der wirtschaftlichen Herstellung wünschenswert
sein, Druck- und Durchflußmengensensoren
zu verwenden, welche mit der Patienten-Luftleitung an der Stelle
verbunden sind, an der diese Leitung das Gehäuse 22 verläßt. Bei
dieser Anordnung ist es jedoch möglich,
daß Meßungenauig keiten
aufgrund von stromabwärts
vorkommenden pneumatischen Lecks und Druckabfällen in der Leitung auftreten,
welche in nichtlinearer Weise mit der Durchflußmenge zum Patienten variieren.
Zusätzlich
zu unvorhergesehenen Lecks ist es bevorzugt, eine Entlüftung an
der Verbindung mit der Nase des Patienten vorzusehen, um die Zunahme
von Kohlendioxid zu verhindern. Wenn die Durchflußmenge und
der Druck am Ausgang des Gehäuses
gemessen werden, können
somit keine genauen Daten bezüglich
des tatsächlichen
Drucks bereitgestellt werden, welcher an der Nase des Patienten
aufgebracht wird. Das Kompensations-Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mißt
den Druck und die Durchflußmenge
am Ausgang des Gehäuses,
gewährleistet
aber dennoch eine genaue Messung des Drucks, welcher dem Patienten
bereitgestellt wird, indem eine Kompensation von Lecks und Druckabfällen durchgeführt wird.
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Bei 22 handelt
es sich um ein schematisches Blockschaltbild, welches das pneumatische
System 70 darstellt. Dieses umfaßt einige Komponenten, die
es gemeinsam mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen hat. Diese
tragen die gleichen Bezugszeichen. Das System 70 umfaßt zusätzlich einen
Einlaßluftfilter 71,
einen Ausatemmagneten 72, mit dem ein Ausatemventil 73 verbunden
ist, einen Bakterienfilter 74 und ein Strömungselement 75 mit
einem parallel mit diesem verbundenen Durchflußmengensensor 76.
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Bei 23 handelt
es sich um ein elektrisches Blockschaltbild, in dem die bevorzugten
Komponenten der Steuerung 20 dargestellt sind, mit denen
das pneumatische System 70 dieses Ausführungsbeispiels gesteuert und
betrieben wird. Die Steuerung 20 umfaßt eine Stromversorgung 80,
einen Mikroprozessor 81, einen Mikroprozessor-Speicher 82,
eine Analog/Digital-(A/D)-Wandlerschaltung 83, eine Schnittstellenschaltung 84,
einen seriellen Anschluß 85 mit einer
an diesen angeschlossenen Fernsteuerung 86, eine Tastatur-
und Anzeigensteuerung 87, an die eine Tastatur-Anzeigetafel 88 angeschlossen
ist.
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Bei
den 24 bis 31B handelt
es sich um Flußdiagramme
von Computerprogrammen, in denen der Betrieb des im Speicher 82 gespeicherten
Programms dargestellt ist, mit dem der Mikroprozessor 81 und hierdurch
die Steuerung 20 und das pneumatische System 70 betrieben
werden. In 24 ist ein PRIMÄR-Modul 2400 dargestellt,
welches die Gesamtgestaltung und den Betrieb des bevorzugten Programms zeigt.
Das PRIMÄR-Modul 2400 beginnt
beim Schritt 2402 beim Einschalten, sobald die Stromversorgung 80 aktiviert
wird. Das Programm führt
dann das INITIALISIEREN-Modul 2500 (25) aus.
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Im
Schritt 2402 wird dann abgefragt, ob die Steuerungs-Betriebsart auf Ausatmen
oder auf Einatmen eingestellt ist. Wenn sie auf Einatmen eingestellt
ist, dann wird im Schritt 2404 abgefragt, ob die Steuerungs-Betriebsart
eingestellt worden ist. Wenn nein, führt das Programm das EINATMEN-Modul 2700 (27) aus.
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Wenn
die Steuerungs-Betriebsart im Schritt 2402 auf Ausatmen
eingestellt worden ist, dann wird im Schritt 2406 abgefragt,
ob die Steuerungs-Betriebsart eingestellt worden ist. Wenn nein,
führt das
Programm das AUSATMEN-Modul 2600 (26) aus.
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Wenn
die Antworten in den Schritten 2404 oder 2406 ja
sind oder beim Rücksprung
von den AUSATMEN- und EINATMEN-Modulen 2500 und 2600,
bewegt sich das Programm zum Schritt 2408, in dem abgefragt
wird, welche Backup-Betriebsart ausgewählt worden ist. Das Programm
führt dann
das ausgewählte Backup-Modul aus, welches
in den 28 bis 31B dargestellt ist.
Danach kehrt das Programm in einer Schleife zum Schritt 2402 zurück. Wie
in 24 gezeigt ist, durchläuft das Programm nach der Initialisierung entweder
den Einatem-Zweig oder den Ausatem-Zweig, um den jeweiligen Ausatem-
und Einatemdruck einzustellen. Dann geht es weiter zu dem ausgewählten Backup-Modul,
so daß bestimmt
wird, ob eine Backup-Operation erforderlich ist.
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In 25 ist
das INITIALISIEREN-Modul 2500 dargestellt, welches bei
Schritt 2502 beginnt, in dem die gezeigten Variablen auf
ihre dargestellten Anfangswerte gesetzt werden. Im Schritt 2504 wird
dann die Drucksteuerungs-Betriebsart auf Einatmen eingestellt und
im Schritt 2506 wird das Steuerungs-Betriebsart-Flag gelöscht, welches
anzeigt, daß die
Steuerungs-Betriebsart noch nicht eingestellt worden ist.
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In
den Schritten 2508 und 2510 werden dann die Variablen
für die
Vorbelastungs-Durchflußmenge (Fbias)
für Einatmen
und für
Ausatmen auf jene Beträge
gesetzt, welche der Entlüftungs-
oder Ausströmöffnung entsprechen,
die in dem Mantel des bevorzugten Nasenkissens vorhanden sind, das
für die
Verbindung mit den Luftwegen des Patienten verwendet wird. Im Schritt 2512 werden
dann die vorgegebenen Druckeinstellungen ausgelesen, welche am Schalter 814 eingestellt
worden sind (8).
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Als
nächstes
wird im Schritt 2514 ein Softwareflag gesetzt, welches
anzeigt, daß der
nächste
Analog/Digital-Interrupt Druckwandlerdaten liest (wenn es nicht
gesetzt wird, liest der A/D-Interrupt Durchflußmengenmesser-Daten). Im Schritt 2516 wird
dann sofort für
den Druck eine A/D-Umwandlung durchgeführt.
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Dann
wird das Gebläse 18 auf
eine Drehzahl beschleunigt, welche ausreicht, um die Vorgabe-Druckeinstellung
zu erzeugen. Das Programm kehrt dann zum Schritt 2402 (24)
zurück.
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In 26 ist
das AUSATEM-Modul 2600 dargestellt, welches beginnt, wenn
der Ausatem-Zweig des PRIMÄR-Moduls 2400 erfaßt, daß das Ausatem-Flag
gesetzt ist. Das Modul 2600 beginnt beim Schritt 2602, welcher
den Patientendruck auf den Ausatem-Vorgabedruck einstellt. Im Schritt 2604 wird
dann das Ausatem-Ventil 73 geöffnet, indem der Ausatem-Magnet 72 aktiviert
wird.
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Die
Phasensteuerungsflags werden dann im Schritt 2606 zurückgesetzt
und der Austastlückenzähler im
Schritt 2608 gelöscht.
Das Programm kehrt dann zum PRIMÄR-Modul
zurück.
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In 27 ist
ein EINATEM-Modul 2700 dargestellt, welches am Anfang des
Einatmens beginnt und welches während
des Einatmens des Patienten wiederholt ausgeführt wird. Das Modul 2700 beginnt
beim Schritt 2702, welcher den Gesamtatmungszähler auf
die Summe des Ausatemzählers
und des Einatemzählers setzt.
Wie hiernach weiter erläutert
ist, wird jedes Einatmen und jedes Ausatmen gezählt. In diesem Schritt wird die
Summe dieser Zähler
dazu verwendet, einen Wert zu bestimmen, welcher als Gesamtatmungszähler verwendet
wird.
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Im
Schritt 2704 wird dann abgefragt, ob eine Backup-Betriebsart angezeigt
worden ist, wie hiernach weiter erläutert ist. Wenn nein, berechnet
der Schritt 2706, wie dargestellt ist, einen Wert für eine mittlere
Atmung. Mit diesem Schritt wird die Atemgeschwindigkeit des Patienten
aufgezeichnet. Wenn die Antwort im Schritt 2704 ja ist, wird
die mittlere Atemgeschwindigkeit gleich der vorhergehenden mittleren
Atmung im Schritt 2708 gesetzt.
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Nach
den Schritten 2706 oder 2708 berechnet der Schritt 2710 das
mittlere Atemvolumen entsprechend der dargestellten Formel. Im Schritt 2712 wird
dann die maximale Dauer des Ausatmens bestimmt. Im Schritt 2714 wird
ein Wert bestimmt, welcher den pneumatischen Lecks entspricht, welche
während
des Einatmens auftreten. Die Schritte 2710 bis 2714 verwenden
Werte für
diese Berechnungen, welche weiter unten erläutert sind.
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Im
Schritt 2716 wird dann abgefragt, ob die augenblickliche
Spitzenposition des Einlaßventils
(BIV) des Gebläses
kleiner als 100 ist. Wenn ja, dekrementiert der Schritt 2718 die
Gebläsedrehzahl.
Mit anderen Worten: Wenn das Gebläse zuviel Luft zuführt, wird
die Gebläsedrehzahl
reduziert. Wenn die Antwort im Schritt 2716 nein ist oder
nach Schritt 2718, wird im Schritt 2720 abgefragt,
ob die momentane Spitzenposition BIV größer als 130 ist. Die Differenz
zwischen 130 in diesem Schritt und 100 im Schritt 2716 sorgt
für einen
Totbereich, so daß das
Programm nicht ununterbrochen einem stabilen Wert hinterherjagt.
Wenn die Antwort im Schritt 2720 ja ist, wird im Schritt 2722 abgefragt,
ob die momentane Gebläsedrehzahl
unterhalb der Maximaldrehzahl liegt. Wenn ja, inkrementiert der
Schritt 2724 die Gebläsedrehzahl,
so daß mehr
Luft zugeführt
wird.
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Nach
dem Schritt 2724 oder wenn die Antwort in den Schritten 2720 oder 2722 nein
ist, wird im Schritt 2726 der Sollwert für die Drucksteuerung
auf den Ausatem-Vorgabedruck eingestellt und im Schritt 2728 dann das
Ausatemventil 73 dadurch geöffnet, daß der Ausatemmagnet 72 aktiviert
wird. Die Phasensteuerungflags werden dann im Schritt 2730 zurückgesetzt
und das Flag der Variablen für
die Spitzenposi tion BIV wird im Schritt 2732 gelöscht. Als
nächstes
wird im Schritt 2734 der Austastlückenzähler gelöscht und das Programm kehrt
zum Schritt 2408 zurück
(24).
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In
den 28 bis 30 sind
drei wählbare
Backup-Betriebsarten
dargestellt, welche ausgeführt
werden, wenn innerhalb eines auf der Atmungsgeschwindigkeit basierenden
Zeitlimits kein Einatmen festgestellt wird. In der CPAP-Betriebsart (28)
wird der Druck auf einen konstanten Wert erhöht und gehalten. In der BPM-Backup-Betriebsart
(29) wird der Patientendruck auf ein hohes Niveau
erhöht
und bis zum frühesten Auftreten
eines erfaßten
Ausatmens oder bis zu einem mit vorhergehenden Atemgeschwindigkeiten
korrelierten Zeitpunkt gehalten. Die Patienten-Backup-Betriebsart (30)
führt zu
einem hohen Druck, welcher an den Patienten für einen festen Zeitraum angelegt
wird, der nicht auf vorhergehenden Atemgeschwindigkeiten basiert,
oder wenn ein Ausatmen erfaßt
wird, je nachdem, was zuerst eintritt.
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Zunächst wird
auf 28 eingegangen. Das CPAP-BACKUP-Modul 2800 beginnt
am Schritt 2802, in dem abgefragt wird, ob der Backup-Test
logisch wahr ist. Insbesondere wird in diesem Schritt abgefragt,
ob die Drucksteuerungs-Betriebsart auf Ausatmen eingestellt ist,
ob das Backup-Flag gelöscht
ist und ob der Zähler am
Ausatem-Zeitgeber größer ist
als der Mittelwert aus den letzten drei Ausatemperioden plus 5 Sekunden. Wenn
alle diese Bedingungen wahr sind, dann ist die Antwort im Schritt 2802 ja.
Dann bewegt sich das Programm zum Schritt 2804, in dem
die Drucksteuerungs-Betriebsart
auf Einatmen eingestellt wird. Dann wird im Schritt 2806 das
Backup-Flag auf logisch wahr gesetzt.
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Wenn
irgendeine der für
den Schritt 2802 erforderlichen Bedingungen nicht erfüllt ist,
dann ist die Antwort im Schritt 2802 nein und das Programm
bewegt sich zum Schritt 2808, in dem abgefragt wird, ob
das Backup-Flag gesetzt ist. Wenn ja, wird im Schritt 2810 abgefragt,
ob der Zähler
am Backup-Zeitgeber größer ist
als die minimal zulässige
Zeit. Bei dieser handelt es sich in diesem Schritt um den Mittelwert
der letzten drei Einatem-Perioden (siehe Schritte 2706 und 2708).
Wenn die Antwort im Schritt 2810 ja ist, löscht der
Schritt 2812 das Backup-Flag. Nach den Schritten 2806 oder 2812 oder
wenn die Antwort in den Schritten 2808 oder 2810 nein
ist, kehrt das Programm zum Schritt 2408 (24)
zurück.
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Das
BPM-BACKUP-Modul 2900 (29) beginnt
beim Schritt 2902, in dem abgefragt wird, ob das Backup-Flag
gelöscht
ist. Wenn ja, wird im Schritt 2904 abgefragt, ob der Zähler des
Einatem-Zeitgebers größer ist
als oder gleich wie die maximal zulässige Einatemzeit. Diese beträgt 60 geteilt
durch die BPM-Wahleinstellung. Durch diese Größe wird das feste Einatem-zu-Ausatem-Verhältnis (typischerweise
1:1,5) zeitlich festgelegt. Wenn ja, wird im Schritt 2906 die
Drucksteuerungs-Betriebsart auf Ausatmen gesetzt und im Schritt 2908 das
Backup-Flag auf logisch wahr gesetzt.
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Wenn
die Antwort im Schritt 2902 nein ist, wird im Schritt 2910 abgefragt,
ob der Zähler
am Backup-Zeitgeber größer als
oder gleich wie eine minimal zulässige
Zeit ist, bei der es sich um denselben Wert handelt, wie jenem,
der im Schritt 2904 bestimmt worden ist. Wenn ja, wird
im Schritt 2912 das Backup-Flag gelöscht.
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Wenn
die Antwort im Schritt 2904 nein ist, wird im Schritt 2914 abgefragt,
ob der Zähler
des Ausatemzeitgebers größer ist
als oder gleich wie eine maximal zulässige Ausatemzeit. Diese beträgt 60 geteilt
durch die BPM-Einstellgröße geteilt
durch das Einatem-/Ausatem-Verhältnis.
Wenn ja, wird im Schritt 2916 die Drucksteuerungs-Betriebsart
auf Einatmen eingestellt sowie im Schritt 2918 das Backup-Flag
auf logisch wahr gesetzt. Nach den Schritten 2908, 2912 oder 2918 oder
wenn die Antworten in den Schritten 2910 oder 2914 nein
sind, kehrt das Programm zum Schritt 2408 (24)
zurück.
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In 30 ist
ein PATIENTEN-BACKUP-Modul 3000 dargestellt, welcher beim
Schritt 3002 beginnt. In diesem Schritt wird abgefragt,
ob das Backup-Flag gelöscht
ist. Wenn ja, bewegt sich das Programm zum Schritt 3004,
in dem abgefragt wird, ob der Zähler
für den
Einatemzeitgeber größer als
oder gleich wie die Zeitdauer des letzten Einatmens ist. Wenn ja,
wird im Schritt 3006 die Drucksteuerungs-Betriebsart auf Ausatmen eingestellt
und im Schritt 3008 das Backup-Flag auf wahr gesetzt.
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Wenn
die Antwort im Schritt 3002 nein ist, wird im Schritt 3010 abgefragt,
ob der Zähler
am Backup-Zeitgeber größer als
oder gleich wie die minimal zulässige
Zeit ist, bei der es sich um die letzte Einatemzeit handelt, wie
sie vom Einatemzähler
bestimmt worden ist (siehe Schritt 3158). Wenn ja, wird
im Schritt 3012 das Backup-Flag gelöscht.
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Wenn
die Antwort im Schritt 3004 nein ist, wird im Schritt 3014 abgefragt,
ob der Zähler
des Ausatem-Zeitgebers größer ist
als oder kleiner wie die Zeitdauer des letzten Ausatmens. Wenn ja,
wird im Schritt 3016 die Drucksteuerungs-Betriebsart auf Einatmen
eingestellt und im Schritt 3018 dann das Backup-Flag auf logisch
wahr gesetzt. Nach den Schritten 3008, 3012 oder 3018 oder
wenn die Antworten in den Schrit-ten 3010 oder 3014 nein
sind, kehrt das Programm zurück
zum Schritt 2408 (24).
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In
den 31A bis 31B ist
das A/D-Interrupt-Modul 3100 dargestellt, welches alle
14 Millisekunden ausgeführt
wird. Dieses Modul beginnt beim Schritt 3102, in dem abgefragt
wird, ob die letzte Umwandlung für
Druck oder für
die Durchflußmenge
ausgeführt
worden ist. Wenn sie für
Druck durchgeführt
worden ist, wird im Schritt 3104 der A/D-Wert für den Drucksensor 38 zurückgeladen.
Dieser Wert war zuvor während
der letzten Umwandlung für
den Druck gespeichert worden. Im Schritt 3106 wird dann
die A/D-Umwandlung für
den Durchflußmengensensor 76 initiiert
und der Interrupt endet.
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Wenn
die letzte Umwandlung für
die Durchflußmenge
war, wie im Schritt 3102 bestimmt, dann wird im Schritt 3108 der
zuvor gespeicherte Wert des Durchflußmengensensors zurückgeladen.
Dieser Wert wird dann gemäß den im
Speicher gespeicherten Tabellenwerten linearisiert, welche empirisch
für den
verwendeten speziellen Patienten-Pneumatikschlauch 26 entwickelt
worden sind. In der Praxis umfassen die Einheiten Standard-Schlauchverbindungen,
so daß die
Tabellenwerte nicht von neuem entwickelt werden müssen.
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Im
Schritt 3112 wird dann der Druckabfall im Patientenschlauch 26 auf
der Basis einer linearen Strömung
gemäß Fachleuten
bekannten Verfahren bestimmt. Die Druckabweichung vom Vorgabe-Sollwert
wird dann im Schritt 3114 bestimmt. Bei dieser Abweichung
handelt es sich um den Druckfehler (Pe), welcher bestimmt wird,
indem der Druckabfall vom Vorgabe-Sollwert abgezogen wird. Beim
Druckabfall handelt es sich um den Druck an der Nase des Patienten
(Pn) minus dem Druckabfall (Pdrop) im Schlauch bei der Strömungsgeschwindigkeit.
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Im
Schritt 3116 wird dann abgefragt, ob der Druckfehler größer als
2 ist. Wenn ja, wird im Schritt 3118 das Geblä se-Einlaßventil 46 um
eine Stellung geöffnet.
Wenn die Antwort auf Schritt 3116 nein ist, wird im Schritt 3120 abgefragt,
ob der Druckfehler kleiner als –2
ist. Wenn ja, wird im Schritt 3122 das Gebläse-Einlaßventil 46 um
eine Stellung geschlossen. Die Spanne zwischen +2 im Schritt 3116 und –2 im Schritt 3120 sorgt
für einen
Totbereich, um zu verhindern, daß einer stabilen Position nachgejagt
wird.
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Nach
den Schritten 3118 oder 3122 oder wenn die Antwort
im Schritt 3120 nein ist, bewegt sich das Programm zum
Schritt 3124, welcher die Variable "Volumensumme" mit dem aktuellen Durchflußmengenwert inkrementiert.
Auf diese Weise wird das Gesamtvolumen, welches an den Patienten
abgegeben wird, bestimmt, indem die Summe von periodisch gespeicherten
momentanen Durchflußmengen,
die an den Patienten abgegeben werden, addiert wird. Diese Werte
werden bei gleichen Zeitintervallen bestimmt, so daß das abgegebene
Gesamtvolumen gleich der Summe der Durchflußmengenwerte ist.
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Im
Schritt 3126 wird dann der Zähler des Backup-Zeitgebers
um eins inkrementiert. Anschließend
wird im Schritt 3128 der Abtastzähler und der Austastlückenzähler jeweils
um eins inkrementiert. Im Schritt 3130 wird dann abgefragt,
ob das Backup-Flag gesetzt ist. Wenn ja, wird im Schritt 3132 der
Backup-Zeitgeber um eins inkrementiert.
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Wenn
die Antwort im Schritt 3130 nein ist, wird im Schritt 3134 (31B) abgefragt, ob der Austastlückenzähler größer als
eine vorgegebene zulässige
Grenze ist (vorzugsweise 1,4 Sekunden, was 100 Zählern des alle 0,014 Sekunden
erfolgenden Interrupt-Rücksprungs
entspricht). Wenn die Antwort im Schritt 3134 ja ist, wird
im Schritt 3136 abgefragt, ob die Drucksteuerungs-Betriebsart
auf Ausatmen eingestellt ist. Wenn ja, wird im Schritt 3138 abgefragt,
ob der momentane Durchflußmengenwert
größer ist
als oder gleich wie die Ausatem-Durchflußmengen-Vorbelastung (die festgelgte
Menge an Luft, welche durch die Entlüftungsöffnung verloren geht) plus
der Leckagemenge, welche während
des Einatmens auftritt.
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Wenn
die Antwort im Schritt 3138 ja ist, wird im Schritt 3140 der
Prx, bei dem es sich um die Steuerungs-Betriebsart handelt, auf
Einatmen gesetzt. Im Schritt 3142 wird dann der Austastlückenzähler gelöscht, im
Schritt 3144 der momentane Abtastzähler gespeichert und im Schritt 3146 der
Abtastzähler
gelöscht.
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Wenn
die Antwort im Schritt 3136 nein ist, wird im Schritt 3148 abgefragt,
ob die Drucksteuerungs-Betriebsart auf Einatmen gesetzt ist. Wenn
ja, wird im Schritt 3150 abgefragt, ob die momentane Durchflußmenge kleiner
ist als oder gleich ist wie die Entlüftungs-Durchflußmengen-Vorbelastung
während
des Einatmens plus der Leckage während
des Ausatmens. Wenn diese Bedingung den Wert wahr hat, wird im Schritt 3152 das Prx-Steuerungs-Betriebsart-Flag
auf Ausatmen gesetzt. Im Schritt 3154 wird dann der Austastlückenzähler gelöscht, und
danach wird im Schritt 3155 der Volumensummenzähler gelöscht und
im Schritt 3156 werden momentane Wert für die Volumensumme gespeichert.
Im Schritt 3156 wird dann die Variable Volumensumme auf Null
zurückgesetzt,
im Schritt 3158 der momentane Abtastzähler gespeichert und im Schritt 3106 der
Abtastzähler
gelöscht.
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Wenn
die Antworten in den Schritten 3130, 3134 bis 3138 oder 3148 bis 3150 nein
sind, oder nach den Schritten 3146 oder 3160,
bewegt sich das Programm zum Schritt 3162, welcher eine
A/D-Umwandlung für
den Druckwandler initiiert. Dann endet das A/D-INTERRUPT-Modul 3100.
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