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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Vorrichtungen zur
Behandlung von Schlafapnoe und insbesondere eine Vorrichtung für positiven Atemwegsdruck
auf einer Druckstufe (Mono-Level), auf zwei Druckstufen (Bi-Level)
und für
variablen positiven Atemwegsdruck.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Schlafapnoesyndrom betrifft schätzungsweise
1 bis 5% der allgemeinen Bevölkerung und
beruht auf einem episodischen Verschluss der oberen Atemwege während des
Schlafs. Die Schlafapnoe-Patienten unterliegen einer Schlaffragmentation
und einer unterbrochenen, vollständigen oder
nahezu vollständigen
Beendigung der Ventilation während
des Schlafs mit potentiell hochgradiger Oxyhämoglobin-Entsättigung.
Diese Eigenschaften bedeuten klinisch eine extreme Tages-Schläfrigkeit, Herzarrhythmien,
pulmonäre-arterielle
Hypertonie, Stauungs-Herzversagen und/oder kognitive Dysfunktion.
Andere Folgeerscheinungen der Schlafapnoe umfassen eine rechtsventrikuläre Dysfunktion
mit Cor Pulmonale, Kohlendioxyd-Retention während der Wachphasen und beim
Schlafen und kontinuierliche reduzierte arterielle Sauerstoffspannung.
Hypersomnolente Schlafapnoepatienten unterliegen der Gefahr, dass
aus diesen Faktoren eine übermäßige Mortalität resultiert,
sowie einer erhöhten
Gefahr für Unfälle beim
Fahren und/oder bei der Bedienung potentiell gefährlicher Ausrüstung.
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Die
Einzelheiten der Pathogenese des Verschlusses der oberen Atemwege
in Schlafapnoepatienten sind zwar noch nicht vollständig definiert,
jedoch ist es gewöhnlich
anerkannt, dass der Mechanismus entweder anatomische oder funktionelle
Anomalien des oberen Atemwegs beinhaltet, die zu einem erhöhten Luftströmungswiderstand
führen.
Diese Anomalien umfassen u. a. eine Verengung des oberen Atemweges
aufgrund von beim Einatmen entstehenden Saugkräften, wobei die Schwerkraft die
Zunge zurück
an die Pharynxwand drückt, und/oder
ein unzureichender Muskeltonus in den Dilatator-Muskeln des oberen
Atemweges. Man hat ebenfalls die Hypothese aufgestellt, dass ein
Mechanismus, der für
den Zusammenhang zwischen Fettleibigkeit und Schlafapnoe verantwortlich
ist, ein übermäßig weiches
Gewebe im vorderen und seitlichen Hals ist, das einen hinreichenden
Druck auf die Innenstrukturen ausübt, so dass der Atemweg verengt
wird.
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Die
Behandlung der Schlafapnoe umfasst solche chirurgischen Interventionen,
wie Uvulopalatopharyngoplastie, Magenoperation bei Fettleibigkeit und
maxillofaciale Rekonstruktion. Ein weiterer Modus der chirurgischen
Intervention, die bei der Behandlung von Schlafapnoe eingesetzt
wird, ist die Tracheostomie. Diese Behandlungen sind die Haupt unternehmungen
mit einer erheblichen Gefahr einer postoperativen Morbidität, wenn
nicht gar Mortalität. Die
pharmakologische Therapie ist im allgemeinen enttäuschend,
insbesondere bei Patienten mit einer mehr als schwachen Schlafapnoe.
Zudem haben die verwendeten pharmakologischen Mittel häufig Nebenwirkungen.
Somit erstrebt der Mediziner weiterhin nicht-invasive Behandlungsmodi
zur Behandlung von Schlafapnoe mit hohen Erfolgsraten und hoher Patienten-Compliance,
einschließlich
bspw. solcher Fälle,
die Fettleibigkeit, Gewichtsverlust durch eine Gymnastikübung und
eine geregelte Diät
betreffen.
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Neuere
Arbeiten zur Behandlung von Schlafapnoe beinhalten die Verwendung
von kontinuierlichem positivem Atemwegsdruck (CPAP) zur kontinuierlichen
Offenhaltung des Atemwegs des Patienten während des Schlafs. Das US-Patent
4 655 213 offenbart Schlafapnoebehandlungen, die auf einem kontinuierlichen
positiven Atemwegsdruck beruhen, der innerhalb des Atemwegs des
Patienten ausgeübt
wird.
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Ein
frühes
Mono-Level-CPAP-Gerät
ist in US-Patent 5 117 819 offenbart, wobei der Druck am Auslass
des Gebläses
gemessen wird, damit Druckänderungen,
die durch die Atmung des Patienten verursacht werden, erfasst werden.
Die Anordnung ist derart, dass der Steuermotor durch den Mikroprozessor
so reguliert wird, dass der Druck auf einem konstanten Wert gehalten
wird, und zwar unabhängig
davon, ob der Patient ein- oder
ausatmet.
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Ebenfalls
von Interesse ist US-Patent 4 773 411, das ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Ventilationsbehandlung offenbart, die als Atemwegsdruck-Freisetzungsventilation
charakterisiert wird, und die einen im Wesentlichen konstanten erhöhten Atemwegsdruck
mit periodischen Kurzzeitreduktionen des erhöhten Atemwegsdrucks zu einem
Druckwert von nicht mehr als Umgebungsatmosphärendruck liefert.
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Die
US-Patente 5 245 995, 5 199 424, und 5 335 654 und die veröffentlichten
PCT-Anmeldungen WO 88/10108, WO92/11054 und WO93/09834 beschreiben
eine CPAP-Vorrichtung, die ein Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesystem zur Steuerung des Ausgangsdrucks einer Luftquelle
mit variablem Druck beinhaltet, wodurch der Ausgangsdruck von der
Luftquelle in Reaktion auf ein erfasstes Geräusch, welches Schnarchen anzeigt,
erhöht
wird. Die in diesen Dokumenten offenbarte Vorrichtung umfasst zudem Vorrichtungen
zum Reduzieren des CPAP-Wertes auf einen Minimalwert, so dass ein
ungehindertes Atmen in Abwesenheit von Atemmustern beibehalten wird,
die ein behindertes Atmen, bspw. ein Schnarchen, anzeigen.
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Die
Bi-Level-Positiv-Atemwegs-Therapie zur Behandlung von Schlafapnoe
und verwandten Störungen
ist in US-Patent 5 148 802 und in der veröffentlichten PCT-Anmel dung
Nr. WO92/11054 offenbart. Bei der Bi-Level-Therapie wird der Druck
alternativ bei relativ höheren
und niedrigeren Vorschriftsdruck-Werten innerhalb des Atemwegs des
Patienten ausgeübt,
so dass die auf den Atemweg des Patienten ausgeübte druckinduzierte Durchgangskraft
alternativ eine größere und
eine kleinere Kraft ist. Die höheren
und niedrigeren positiven Vorschriftsdruckwerte, die hier nachstehend
durch die Akronyme IPAP (inspiratorischer positiver Atemwegsdruck)
und EPAP (expiratorischer positiver Atemwegsdruck) bezeichnet werden,
können
durch spontane Patientenatmung, Gerätevorprogrammierung oder beides
gestartet werden, wobei der höhere
Druck (IPAP) beim Einatmen und der niedrigere Druck (EPAP) beim Ausatmen
ausgeübt
wird. Dieses Behandlungsverfahren kann beschreibend als Bi-Level-Therapie
bezeichnet werden. Bei der Bi-Level-Therapie ist es der EPAP, der
stärker
auf die Bequemlichkeit für
den Patienten auswirkt. Somit muss sich der behandelnde Arzt darüber bewusst
sein, dass der EPAP so niedrig wie nur irgend möglich gehalten wird, damit
der Pharynx beim Ausatmen hinreichend durchgängig gehalten wird, während die
Nutzer-Toleranz und die Effizienz der Therapie optimiert wird.
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Die
Strömungswiderstände der
inspiratorischen und des expiratorischen Luftstroms in dem Atemweg
sind während
des Schlafs, der dem Beginn der Apnoe vorangeht, erhöht, obwohl
der Widerstand des Atemwegstroms beim Ausatmen kleiner als beim Einatmen
ist. Somit folgt, dass die Bi-Level-Therapie wie vorstehend gekennzeichnet
ist, zur Aufrechterhaltung der Pharynx-Durchgängigkeit beim Ausatmen hinreicht,
obwohl der beim Ausatmen ausgeübte Druck
gewöhnlich
nicht so hoch ist wie er zur Aufrechterhaltung der Pharynx-Durchgängigkeit
beim Einatmen nötig
ist. Zudem können
einige Patienten einen erhöhten
Atemwegswiderstand vorwiegend während
des Einatmens aufweisen, was nachteilige physiologische Konsequenzen
hat. Somit kann je nach bestimmten Atmungsanforderungen eines Patienten
ein erhöhter
Druck nur beim Einatmen ausgeübt
werden, wodurch der Bedarf für
globale Anstiege (beim Einatmen und Ausatmen) im Atemwegsdruck eliminiert
wird. Der beim Ausatmen ausgeübte
relativ niedrigere Druck kann in einigen Fällen Umgebungsdruck fast oder
vollständig
erreichen. Der beim Ausatmen im Atemweg ausgeübte Druck steigert die Patiententoleranz,
indem einige der unangenehmen Empfindungen, die gewöhnlich mit
Mono-Level-CPAP einhergehen, gelindert werden.
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Mono-level-,
Bi-level- und variable Positiv-Atemwegsdrucktherapie sind zwar sehr
effizient und gewöhnlich
gut anerkannt, jedoch unterliegen sie einigen der gleichen Beschränkungen,
jedoch in geringerem Maße,
wie bspw. für
chirurgische Optionen. Ein erheblicher Anteil der Schlafapnoepatienten
toleriert insbesondere Positiv-Atemwegs druck nicht gut. Somit erstrebt
man im Fachgebiet fortwährend
die Entwicklung anderer lebensfähiger
nicht-invasiver Therapien und besserer Versionen bestehender Therapien.
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Diesbezüglich leiden
sogar die anspruchsvolleren CPAP-Vorrichtungen des Standes der Technik,
einschließlich
solcher, die in den US-Patenten 5 245 995, 5 199 424 und 5 335 654
und in der veröffentlichten
PCT-Anmeldung Nr. WO 88/10108 beschrieben wurden, an bestimmten
Betriebsnachteilen, die von den Strukturbeziehungen ihrer wesentlichen
Komponenten herrühren.
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Insbesondere
die in den US-Patenten 5 245 995, 5 199 424 und 5 335 654 und in
der veröffentlichten
PCT-Anmeldung WO88/10108 und WO92/11054 offenbarte CPAP-Vorrichtung bietet Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesysteme, die mindestens einen Sensor (üblicherweise
einen Audio-Wandler, wie ein Mikrophon) in Kommunikation mit dem Atemsystem
des Patienten enthalten. Dieser Sensor befindet sich auf Vorrichtungen
(bspw. auf einer Atemmaske oder Nasengabel) oder ist an diese angeschlossen,
und zwar kommuniziert er luftdicht mit dem Atemsystem des Patienten.
Der Sensor erfasst kontinuierlich die Atemmuster des Patienten und überträgt Signale,
die diese Muster anzeigen, an Informationsverarbeitungssysteme,
die die Motorgeschwindigkeit eines Gebläses steuern. Die Atemmustersignale
können
ebenfalls kontinuierlich überwacht
und/oder aufgezeichnet werden, wodurch der Vorrichtung eine diagnostische
und eine therapeutische Fähigkeit
verliehen wird.
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Das
Gebläse
schickt Pressluft durch eine Leitungslänge und die Atemmaske oder
Nasengabel zum Patienten. Erfasst der Sensor Atemmuster, die ein
behindertes Atmen anzeigen, bspw. Schnarchen, überträgt er Signale, die diesem Zustand
entsprechen, an die Informationsverarbeitungsvorrichtung, welche
einen Anstieg der Gebläsemotorgeschwindigkeit
und somit des Gebläse-Ausgangs
hervorrufen, bis ein ungehindertes Atmen eliminiert wird. Das System
umfasst Logik, wodurch die Gebläse-Motorgeschwindigkeit
(und der Gebläsedruck-Ausgang) allmählich gesenkt
wird, wenn ungehinderte Atemmuster über einen vorher gewählten Zeitraum
erfasst werden. Diese Eigenschaft bezweckt die Versorgung des Patienten
mit einem Druck, der minimal hinreicht, dass die Atemwegsdurchgängigkeit
beim ungehinderten Atmen aufrechterhalten wird, wodurch die Bequemlichkeit
für den
Patienten und dadurch die Compliance gesteigert wird.
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Trotz
der allgemeinen Effektivität
dieser Vorrichtung führt
das Strukturverhältnis
ihres Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesystems in Bezug auf den Atemkreislauf des Patienten
(d. h. Gebläse,
Gaszufuhrleitung, und Atemmaske oder Nasengabel) zu einer Anordnung
mit niedrigerer Verlässlichkeit
als ansonsten wünschenswert
ist.
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Bestimmte
Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesysteme nutzen bspw. einen Atemmustersensor, der auf
der Atemmaske oder der Nasengabel befestigt ist oder daran angeschlossen
ist. Eine solche Anordnung erfordert, dass dem Atmungskreislauf
des Patienten eine Länge
einer Rückkopplungsleitung
zugefügt
wird. Die Rückkopplungsleitung
verläuft
aus dem Atemmustersensor an der Maske zum Gebläse.
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Eine
solche zusätzliche
Rückkopplungsleitung
macht den Atmungskreislauf des Patienten mühsam und erhöht die Gefahr,
dass sich der Rückkopplungskreis
verheddert. Die Anordnung steigert ebenfalls die Gefahr, dass die
Rückkopplungsleitung verknickt
oder dass die Leitung versehentlich von der Atemmaske gelöst wird.
Beides macht die Vorrichtung betriebsunfähig. Eine solche Rückkopplungsleitung
erfordert auch häufiges
Reinigen, da sie mit der Ausatmungsluft des Patienten in Kontakt
steht.
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Es
gibt daher einen Vorteil für
eine Vorrichtung zum Abgeben von Pressluft an den Atemweg eines
Patienten, welches ein Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesystem mit höherer
Verlässlichkeit
und leichterer Verwendbarkeit umfasst, wodurch die Diagnosegenauigkeit
und die Bequemlichkeit für
den Patienten und die Einhaltung der Therapie, die von der Vorrichtung
ausgeübt
wird, optimiert werden.
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Ein
Problem, das bei positiven Atemwegsdruck-Vorrichtungen vorkommt,
ist ein Fehlen von Feuchtigkeit in der Luft, die von diesen Vorrichtungen abgegeben
wird, die Atemwege des Patienten trocknet, was für den Patient erheblich unbequem
ist und ihm Schwierigkeiten beim Schlaf bereitet.
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Befeuchter
wurden zur Verwendung mit CPAP-Vorrichtungen zum Anfeuchten der
Luft verwendet, die dem Patienten zugeführt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Systemtyp,
bei dem sich der Sensor gewöhnlich
an einem Ende des Atmungskreises fern von dem Patienten befindet,
kann jeder Typ Hilfsvorrichtung, wie ein Befeuchter, Schnarchgeräusch abschwächen oder
absorbieren.
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Befeuchter,
die mit der CPAP-Vorrichtung verwendet werden, werden in den US-Patenten 4 807 616
und 5 231 979 gelehrt. Andere interessierende Befeuchter werden
von Respironics, Inc. of Murrysville, Pennsylvania und Healthdyne
Technologies hergestellt. Diese Befeuchter werden mit der herkömmlichen
CPAP-Vorrichtung verwendet und sind daher nicht konfiguriert, um
Schnarchgeräusch
akustisch abzustimmen, wie es für
die Verwendung mit der einzigartigen erfindungsgemäßen Schlafapnoe-Behandlungsvorrichtung
erforderlich ist.
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Es
gibt daher für
einen Befeuchter, der so konfiguriert ist, dass er das vom Patienten
empfangene Schnarchgeräusch
akustisch abstimmt, einen Vorteil, damit die Resonanzfrequenz des
Schnarchgeräuschs
eingestellt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung zur Abgabe eines Atemgasstroms an den Atemweg eines
Patienten mit sämtlichen
Eigenschaften von Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die
Erfindung stellt ein neues und verbessertes Verfahren zur Behandlung
von Schlafapnoe sowie eine neue Methodik und eine Vorrichtung zur Durchführung eines
solchen verbesserten Behandlungsverfahrens bereit. Die Erfindung
beabsichtigt die Behandlung von Schlafapnoe durch Ausüben eines
von Umgebungsdruck abweichenden Drucks innerhalb des oberen Atemwegs
des Patienten, und zwar auf eine Weise, dass die Durchgängigkeit
des Atemwegs gefördert
wird, so dass der Verschluss des oberen Atemwegs beim Schlaf gelöst wird.
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Erfindungsgemäß kann Positiv-Druck
in einem im Wesentlichen konstanten patientenspezifischen "Mono-Level"-Vorschriftsdruck,
alternativ bei höheren
(IPAP) und niedrigeren (EPAP) "Bi-Level"-Drücken oder
bei variablen Drücken
innerhalb des Atemwegs des Patienten ausgeübt werden, damit die erforderliche
Durchlass- oder "Schienungs"-Kraft aufrechterhalten wird, und die
Atmung während
der Schlafperioden aufrechterhalten wird.
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Bei
sämtlichen
Ausführungsformen,
die innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens
liegen sollen, umfasst die Vorrichtung zur Abgabe von druckbeaufschlagtem
Atemgas an den Atemweg eines Patienten eine Atemgasstromerzeugungsvorrichtung,
informationsverarbeitende Vorrichtungen zur Steuerung des Ausgangs
der Gasstromerzeugungsvorrichtung und eine Länge einer elastischen Leitung,
die an einem Ende an die Gasstromerzeugungsvorrichtung angeschlossen
ist, und am gegenüberliegenden
Ende an eine Patienten-Schnittstelle, wie eine Atemmaske oder Nasengabel.
Durch Steuern des Ausgangs der Gasstromerzeugungsvorrichtung steuert
die informationsverarbeitende Vorrichtung entsprechend den Druck
des Atemgases, das dem Patienten durch die elastische Leitung und
die Patienten-Schnittstelle zugeführt wird.
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Die
Vorrichtung umfasst zudem ein neues Rückkopplungssystem, die der
Vorrichtung sowohl therapeutische als auch diagnostische Fähigkeit
verleihen kann. Das Rückkopplungssystem
umfasst zumindest eine Sensorvorrichtung, wie einen auf Druck oder
Strömung
reagierenden Wandler, der sich auf, innerhalb oder sehr nahe bei
der Gasstromerzeugungsvorrichtung befindet. Die Sensorvorrichtung überprüft kontinuierlich
die Atemmuster des Patienten und überträgt Signale, die diese Muster
anzeigen, an die Informationsverarbeitungsvorrichtung. Die Vorrichtung
kann ebenfalls Vorrichtungen umfassen, wodurch diese Signale kontinuierlich überwacht und/oder
aufgezeichnet wer den können,
so dass die patientenspezifische Atemstörung durch die Vorrichtung
diagnostiziert und behandelt wird.
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Erfasst
der Sensor Atemmuster, die ein behindertes Atmen anzeigen, überträgt er wie
die Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesysteme des Standes der Technik Signale, die dieser
Bedingung entsprechen, zur informationsverarbeitenden Vorrichtung.
Diese Vorrichtung, die ein geeigneter Mikroprozessor oder eine zentrale
Verarbeitungseinheit (CPU) sein kann, bewirkt dann, dass die Stromerzeugungsvorrichtung ihren
Ausgang steigert, welches dann den Luftdruck steigert, der beim
Patienten ausgeübt
wird, bis kein gehindertes Atmen mehr erfasst wird. Das System beinhaltet
auch Logik, wodurch der Ausgang der Stromerzeugungsvorrichtung allmählich gesenkt wird,
wenn ungehinderte Atemmuster über
einen vorgewählten
Zeitraum erfasst werden. Diese Eigenschaft dient dazu, dass der
Patient mit einem Druck versorgt wird, der minimal hinreicht, dass
die Atemwegsdurchgängigkeit
beim ungehinderten Atmen aufrechterhalten wird, so dass die Bequemlichkeit
für den
Patient und die Therapie-Compliance erhöht wird.
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Im
Gegensatz zu anderen Positiv-Atemwegsdruckvorrichtungen, die Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesysteme aufweisen, einschließlich eines Atemmustersensors,
der sich auf der Patientenschnittstelle befindet, oder daran angeschlossen
ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Atemmustersensor auf, der sich gewöhnlich am Ende der Atemleitung
fern des Patienten befindet. D. h. der Sensor befindet sich vorzugsweise
in dem Auslass des Gasstromerzeugungsvorrichtungsregler, darauf, oder
ist direkt in der Nähe
daran angeschlossen. Die Unterbringung des Atemmustersensors in
diesem Bereich des Atmungskreises verwirklicht beträchtliche
Verbesserungen der Geräteleistungseigenschaften
und insbesondere die Sensorverlässlichkeit.
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Insbesondere
durch Entfernen des Atemmustersensors von der Patientenschnittstelle
(d. h. von der Atemmaske oder der Nasengabel) wird dieser Teil an
dem Atmungskreis eliminiert, und nur eine relativ kürzerer Rückkopplungsleitung
ist erforderlich und wird bereit gestellt. Folglich ist der Atmungskreis des
Patienten weniger klobig, wobei die Gefahr des Verhedderns ausgeschaltet
wird und jegliche Störung
des Patienten minimiert wird. Die Länge der kürzeren Rückkopplungsleitung reduziert
die Gefahr der Knickbildung oder ein versehentliches Abklinken von dem
Atmungskreis des Patienten, wenn sie sie nicht sogar vollständig eliminiert.
Zudem ist ein häufiges Reinigen
der kürzeren
Rückkopplungsleitung
nicht nötig,
da sie nicht direkt mit der ausgeatmeten Luft des Patienten zusammenkommt.
Die kürzere
Rückkopplungsleitung
reduziert auch die Materialkosten für das System.
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Zugegebenermaßen reduziert
die Unterbringung des Atemmustersensors im wesentlichen bei oder
nahe der Gasstromerzeugungsvorrichtung das Reaktionsvermögen der
Vorrichtung auf den kontinuierlich wechselnden Atembedarf des Patienten.
Die Reduktion der Reaktionsfähigkeit
des Atemmustersensors wird durch Resonanzabstimmung des Systems
kompensiert. D. h. die Frequenzreaktion des Atmungskreises des Patienten
und die innere Leitung des erfindungsgemäßen Systems ist akustisch so abgestimmt,
dass Geräusche
mit einem Frequenzinhalt, der bekanntermaßen Behinderungen des oberen
Atemwegs anzeigt, optimal übertragen
werden. Somit ist die abgestimmte Resonanz derart, dass Geräusche (Schnarchen)
mit Frequenzen nahe der Resonanzfrequenz verstärkt werden, so dass das Signal-Rauschen-Verhältnis (genauer
das Verhältnis von
Schnarchgeräusch
zum Geräusch
der Gasstromerzeugungsvorrichtung) zurück auf das Niveau getrieben
wird, das mit dem vergleichbar ist, das an der Patientenschnittstelle
erfasst wurde. Einem Fehlen des Bedarfs oder ein reduzierter Bedarf
an Einatmungsluft geht veranschaulichenderweise häufig oft mehrere
sec der Beginn eines hörbaren
Scharchens oder eine andere betonte physikalische Manifestation
voraus, die ein behindertes Atmen anzeigt. Die Atemmustersensoren
müssen
gewöhnlich
solche hervorstechenden Vorkommnisse erfassen, bevor sie das Ereignis
einer behinderten Atmung registrieren. In einem solchen Ereignis überträgt der Sensor Daten
zur CPU, so dass die CPU den Ausgang der Stromerzeugungsvorrichtung
heraufsetzt, und zwar lange vor einem Apnoeereignis und auch vor
den charakteristischen hörbaren
Schnarchmustern, die gewöhnlich
einem solchen Ereignis vorangehen. Bekannte Atemmustersensoren bewerkstelligen
dies gewöhnlich,
während
sie sich auf der Patienten-Schnittstelle befinden oder daran angeschlossen sind.
Der erfindungsgemäße Sensor
kann dagegen ein gleichermaßen
reaktiver Druck- oder Stromwandler sein, der gegenüber Druck-
oder Stromabweichungen irgendeiner Größe und/oder Frequenz empfindlich
ist, aber sich innerhalb des Ausgangs der Gasstromerzeugungsvorrichtung
oder darauf befindet oder direkt daneben angeschlossen ist.
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Zur
Verhinderung des Trocknens des Atemwegsdurchgangs während der
Verabreichung von Pressluft, die durch die erfindungsgemäße Stromerzeugungsvorrichtung
abgegeben wird, möchte
man die Erfindung in Kombination mit einem Befeuchter verwenden.
Ein Problem bei der Verwendung eines Befeuchters mit dem erfindungsgemäßen Atemmustersensor
ist, dass der Befeuchter das Schnarchgeräusch abschwächen oder absorbieren kann.
Dieses und andere Probleme wurden durch den erfindungsgemäßen Befeuchter
gelöst,
der eine U-förmige
Akkumulationskammer beinhaltet, die so konfiguriert ist, dass sie
das Schnarchgeräusch,
das von einem Patienten erhalten wird, akus tisch abstimmt. Der erfindungsgemäße Befeuchter
ist eingehender beschrieben in US-Patent 5 598 837 mit dem Titel "Passive Humidifier
for Positive Airway Pressure Devices".
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Andere
Einzelheiten, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
im Verlauf der folgenden Beschreibung der momentan bevorzugten Ausführungsformen
und derzeit bevorzugten Verfahren zur Ausübung der Erfindung offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird leichter anhand der folgenden Beschreibung ihrer
bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich, welche beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.
Es zeigt:
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1 ein funktionelles Blockdiagramm
einer CPAP-Vorrichtung einschließlich eines Patienten-Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesystems;
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2 ein funktionelles Blockdiagramm
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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3 ein funktionelles Blockdiagramm
einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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4 eine schematische Ansicht
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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5 eine schematische Ansicht
einer erfindungsgemäßen Schlafapnoe-Behandlungsvorrichtung
in Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Befeuchter;
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6 eine perspektivische Ansicht
eines Befeuchters einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die eine Befeuchter-Oberseite
und eine Befeuchterbasis in zusammengebautem Zustand zeigt; und
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7 einen Grundriss einer
Befeuchter-Oberseite einer derzeit bevorzugten zweiten Ausführungsform,
in der Ansicht von unten.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist in Form eines funktionellen Blockdiagramms
gewöhnlich
bei 10 eine Mono-Level-CPAP-Vorrichtung angegeben, die
ein Patienten-Rückkopplungs-
bzw. Diagnose-System beinhaltet, das die in den US-Patenten 5 245
995, 5 199 424 und 5 335 654 und in der veröffentlichten PCT-Anmeldung
Nr. WO 88/10108 offenbarte Vorrichtung allgemein und schematisch
veranschaulicht.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst ein Gebläse 12, das von einem
elektrischen Gebläsemotor 14 angetrieben
wird. Die Geschwindigkeit des Motors 14 und somit der Ausgang
des Gebläses 12 wird
durch eine Informationsverarbeitungsvorrichtung oder eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 16 gesteuert. Der Ausgang des Gebläses ist über eine
geeignete Länge
einer biegsamen Gaszufuhrleitungsvorrichtung 18 an eine
Patientenschnittstelle 20 angeschlossen, wie bspw. eine
Nasengabel oder wie gezeigt, eine Atemmaske, die luftdicht mit dem
Atemweg eines Patienten 22 kommuniziert. Die Patientenschnittstelle 20 kann,
wenn sie als Atemmaske konstruiert ist, eine geeignete Auslassöffnungsvorrichtung 24 zum
Auslassen von Atemgas beim Ausatmen umfassen. Die Auslassöffnungsvorrichtung 24 kann
ein herkömmliches
Nicht-Einatmungs-Ventil oder eine oder mehrere kontinuierliche Öffnungen
sein, die einem Abgasstrom einen bestimmten Strömungswiderstand verleihen.
Die Vorrichtung 10 umfasst auch einen geeigneten Druckwandler 26,
der sich auf der Patientenschnittstelle 20 befindet oder
daran angeschlossen ist. Gewöhnlich
ist der Druckwandler 26 ein Audiowandler oder ein Mikrophon.
Treten bspw. Schnarchgeräusche
auf, erfasst der Druckwandler die Geräusche und schickt die entsprechenden
elektrischen Signale zur CPU 16, die wiederum ein Kontrollsignal
für den
Stromerzeugungsmotor hervorbringt. Ein solches Signal steigert die
Geschwindigkeit des Stromerzeugermotors, wodurch der Ausgangsdruck,
der dem Patienten durch das Gebläse 12 über die
Leitungsvorrichtung 18 und die Patientenschnittstelle 20 zugeführt wird,
gesteigert wird. Das System kann geeignete Datenspeicherungs- und
Rückhaltevorrichtungen
(nicht gezeigt) beinhalten, die an die CPU 16 angeschlossen
werden können,
damit medizinisches Personal die Atemmuster des Patienten überwachen und/oder
aufzeichnen kann und dadurch die jeweilige Atemstörung und
die Atmungsanforderungen des Patienten diagnostizieren kann.
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Ein
Schnarchen wird durch eine Vibration des weichen Gaumens verursacht.
Es zeigt daher einen instabilen Atemweg an und ist ein Warnsignal
für einen
drohenden Verschluss des oberen Atemwegs in Patienten, die an obstruktiver
Schlafapnoe leiden. Das Schnarchen selbst ist ungewünscht, nicht
nur weil es eine Störung
für andere
ist, sondern weil es höchstwahrscheinlich
mit einer Hypertonie zusammenhängt.
Reicht der resultierende Anstieg im Systemausgangsdruck zur vollständigen Stabilisierung des
Atemwegs aus, hört
das Schnarchen auf. Wird ein weiteres Schnarchgeräusch erfasst,
wird der Druck allmählich
wieder erhöht.
Dieses Verfahren wird wiederholt, bis der obere Atemweg stabilisiert ist,
und das Schnarchen aufhört.
Folglich kann das Auftreten einer obstruktiven Apnoe durch Anwendung
eines minimalen geeigneten Drucks zum Zeitpunkt des Gebrauchs eliminiert
werden.
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Der
Rückkopplungskreis
umfasst ebenfalls Vorrichtungen zur allmählichen Senkung des Ausgangsdrucks,
wenn über
eine längere
Zeit schnarchfreies Atmen erfolgt, damit gewährleistet ist, dass der Druck
auf einem Wert gehalten wird, der so niedrig wie möglich ist,
damit der Beginn der Apnoe verhindert wird. Diese Wirkung lässt sich
bspw. durch die CPU 16 erzielen, die bei Fehlen eines
elektronischen Signals aus dem Druckwandler 26, das ein
Schnarchen anzeigt, kontinuierlich und allmählich über eine gewisse Zeitspanne
die Geschwindigkeit und den Ausgangsdruck der Stromerzeugungsvorrichtung
reduziert. Wird jedoch ein Schnarchen durch den ersten Druckwandler
erfasst, steigert die CPU wiederum allmählich den Ausgang der Stromerzeugungsvorrichtung.
Der erfindungsgemäße Rückkopplungskreis,
wie er nachstehend im Zusammenhang mit 2 erörtert
wird, beinhaltet vorzugsweise ähnliche Vorrichtungen.
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Bei
Gebrauch kann sich ein Patient, der die Vorrichtung 10 verwendet,
an die Vorrichtung anschließen
und Einschlafen. Der Ausgangsdruck ist zu Beginn bei einem Mindestbetriebswert
von bspw. etwa 2,21 mmHg (3 cm H2O) Messdruck,
damit keines der vorstehend genannten Betriebsprobleme mit höheren Anfangsdrücken verursacht
wird. Einige Zeit nach dem Einschlafen entspannt sich der Körper des Patienten,
der Atemweg wird instabil und der Patient fängt an zu schnarchen. Der Druckwandler 26 reagiert
dann auf ein Schnarchen oder Schnarchmuster, und über die
CPU 16 steigt die Gebläsemotorgeschwindigkeit,
so dass der Ausgangsdruck steigt, bspw. um 0,74 mmHg (1 cm H2O) für
jedes erfasste Schnarchen. Der Druck kann dann je nach Patientenbedingungen
relativ rasch erhöht
werden, und zwar auf einen Arbeitsdruck im Größenbereich von 5,88–14,71 mmHg
(8–20
cm H2O), welches eine übliche Anforderung ist. Zur
leichteren Überwachung der
Variation mit der Zeit kann ein Parameter, wie ein Druckausgang,
in einer geeigneten wiedergewinnbaren Form und Medium (wie die vorstehend
genannte Datenspeicherung und Wiedergewinnungsvorrichtungen) zur
periodischen Untersuchung durch medizinisches Personal aufgezeichnet
werden.
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Reicht
bspw. in den frühen
Schlafstadien ein etwas niedrigerer Ausgangsdruck aus, erhöht die Vorrichtung 10 den
Druck bis zum Bedarfsfall nicht, d. h. wenn der Atemweg nicht instabil
wird und das Schnarchen anfängt,
wird der Atemwegsdruck nicht angehoben. Durch kontinuierliches Senken
des Ausgangsdrucks mit einer Rate von bspw. 0,74 mmHg (1 cm H2O) alle 15 min in Abwesenheit des Schnarchens
wird der Druck niemals größer als
erforderlich, damit eine Apnoe verhindert wird.
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Die
Rückkopplungskreis
von 1 stellt ein System
bereit, das den Vorrichtungsausgangsdruck gemäß den Abweichungen in den Patienten-Atmungsbedürfnissen
durch die gesamte Schlafperiode einstellt. Die Vorrichtung 10 erfüllt entsprechend variable
Ausgangsdruckbedürfnisse,
die den allgemeinen physikalischen Zustand eines Patienten allgemein
verbessern oder verschlechtern, wie es bspw. über einen längeren Zeitraum auftreten kann.
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Trotz
der allgemeinen Wirksamkeit der Vorrichtung 10 führt das
strukturelle Verhältnis
dieses Rückkopplungs-
bzw. Diagnose-Systems in Bezug auf den Atmungskreis des Patienten
(d. h. das Gebläse,
die Gaszufuhrleitung, und die Atemmaske) zu einer Anordnung, die
schwierig zu verwenden ist, ungeeignet zu warten und weniger verlässlich.
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Die
Erfindung bewältigt
die Mängel
der derzeit verfügbaren
positiven Atemwegsdruck-Vorrichtung, wie Vorrichtung 10 durch
Vorschlag eines neuen Rückkopplungs-
bzw. Diagnose-Systems, das angepasst ist an die Verwendung bei Mono-Level-, Bi-Level-,
und einer Positiv-Atemwegs-Druckvorrichtung mit variablem Ausgang.
Die Erfindung wird zwar kurz gesagt insofern eingehend beschrieben,
als sie an eine Mono-Level-Positiv-Atemdruck-Vorrichtung angepasst
werden kann, jedoch können
die Besonderheiten der Erfindung ebenfalls an bevorzugte Ausführungsformen
angepasst werden, einschließlich
Bi-Level- und eine
Vorrichtung mit variablem positiven Atemwegsdruck, deren allgemeine
Eigenschaften und Funktionen im Stand der Technik bekannt sind.
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Folglich
ist die derzeit vorgeschlagene Anordnung und der Betrieb der Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesystemkomponenten in Bezug auf den Atmungskreis im
Wesentlichen genauso wie für "Bi-Level-" und eine Vorrichtung
mit "variablem" positiven Atemwegsdruck,
wie für
solche, die hier nachstehend in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen "Mono-Level"-Ausführungsform
erörtert
werden.
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In 2 ist eine Vorrichtung 110 in
der Form eines funktionellen Blockdiagramms gezeigt, die wahrscheinlich
die einfachste der derzeit von den Anmeldern vorgeschlagenen erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsformen
darstellt. Die Vorrichtung 110 umfasst eine Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 (bspw.
ein Gebläse),
die Atemgas von einer beliebigen Quelle erhält, bspw. von einer Druckflasche oder
von der umgebenden Atmosphäre.
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Im
Wesentlichen an dem Auslass der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114,
d. h. innerhalb, auf oder direkt daneben angeschlossen, befindet
sich eine Sensorvorrichtung 126 in flüssiger Kommunikation mit einer
elastischen Gaszufuhrleitung 118. Ein Ende der Leitung 118 ist
an den Auslass der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 angeschlossen. Die
Leitung 118 leitet den Ausgang der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 zu
einer Patientenschnittstelle oder einer Atemvorrichtung 120,
die an das gegenüberliegende
Ende der Leitung 118 angeschlossen ist. Die Patientenschnittstelle 120 kann
eine Maske mit einer geeigneten bekannten Konstruktion sein, die
vom Patienten 122 getragen wird, und die dicht mit dem
Atemweg des Patienten kommuniziert. Die Patientenschnittstelle 120 kann
vorzugsweise eine Nasenmaske oder eine Vollgesichtsmaske sein, wie nach stehend
veranschaulicht und erwähnt
ist. Andere Atemvorrichtungen, die anstelle einer Maske verwendet
werden können,
können
Nasenkanülen,
eine Endotrachealröhre
oder eine andere geeignete Vorrichtung sein, die sich zwischen einer
Quelle für Atemgas
und einem Patient befindet.
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Die
Maske 120 beinhaltet geeignete Abgasöffnungsvorrichtungen, die schematisch
bei 124 angegeben sind, zum Ablassen des Atemgases beim Ausatmen.
Die Abgasöffnung 124 ist
vorzugsweise eine kontinuierlich offene Öffnung, die sich in der Maske 120 befindet,
oder ein Ventil, durch das man nicht einatmen kann (non-rebreathing
valve, NRV) und das sich direkt nahe der Maske in Leitung 118 befindet.
Die Auslassöffnung
bietet dem Abgasstrom einen geeigneten Strömungswiderstand, damit eine Informationsverarbeitungsvorrichtung
oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die die von der Sensorvorrichtung 126 erzeugten
Signale erhält,
wie bei 128 gezeigt ist, den Ausgang der Gasstromerzeugungsvorrichtung
auf die nachstehend eingehender zu beschreibende Weise steuern kann.
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Die
Abgasöffnung 124 kann
einen ausreichenden Querschnitts-Strömungsbereich aufweisen, damit
ein kontinuierlicher Abgasstrom von etwa 15 l pro min gehalten wird.
Der Strom über
die Abgasöffnung
ist eine Komponente und gewöhnlich
die Hauptkomponente des Gesamtsystem-Schwunds, der ein wichtiger
Parameter des Systembetriebs ist.
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Die
Sensorvorrichtung 126 umfasst vorzugsweise mindestens einen
geeigneten Druck- oder Strömungswandler,
der die Druck- oder Strömungsentladung
im Wesentlichen am Auslass der Gasströmungserzeugungsvorrichtung
kontinuierlich erfasst, wobei der Druck oder die Strömung die
Atemmuster des Patienten widerspiegelt. Gleichzeitig erzeugt die Sensorvorrichtung 126 Ausgangssignale 128,
die dem kontinuierlich erfassten Gasdruck oder der Strömung aus
der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 entsprechen, und überträgt diese
Signale an einen Druck- oder Strömungssignalkreis
der CPU 130 zur Ableitung eines Signals, das proportional
zur sofortigen Druck- oder Strömungsrate
des Atemgases innerhalb der Leitung 118 ist. Ein solcher
Strömungs- oder
Drucksignal-Konditionierungskreis kann bspw. der in US-Patent 5
148 802 beschriebene Typ sein.
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Je
nach den Eigenschaften des konditionierten Strömungs- oder Drucksignals kann
die CPU ein Befehlssignal 132 erzeugen, damit der Ausgang
der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 entweder erhöht oder
gesenkt wird, bspw. damit die Geschwindigkeit eines Elektromotors
(nicht gezeigt) erhöht oder
gesenkt wird (nicht gezeigt). Die Gasstromerzeugungsvorrichtung 114,
die Sensorvorrichtung 126 und die CPU 130 umfassen
somit einen Rückkopplungskreis
oder ein System, das den Atemdruck, der dem Atemweg des Patienten
zugeführt
wird, in Reaktion auf die Atmungsbedürfnisse des Patienten wie sie
von den Atemmustern des Patienten diktiert werden, kontinuierlich
und automatisch steuert.
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Erfasst
die Sensorvorrichtung 126 die Atemmuster, die ein behindertes
Atmen anzeigen, überträgt es wie
die Rückkopplungs-
bzw. Diagnosesysteme des Standes der Technik, Signale, die diesem
Zustand entsprechen, an die CPU 130. Die CPU bewirkt dann,
dass die Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 ihren Ausgang
erhöht,
was den Luftdruck erhöht,
der an den Patienten abgegeben wird, bis kein behindertes Atmen
mehr erfasst wird. Das System umfasst auch Vorrichtungen, wie eine
geeignete Logik, die in die CPU programmiert ist, wodurch der Ausgang
der Gasstromerzeugungsvorrichtung allmählich gesenkt wird, wenn ungehinderte
Atemmuster über
einen vorausgewählten
Zeitraum erfasst werden. Diese Eigenschaft versorgt den Patienten
mit einem Druck, der minimal ausreicht, damit beim ungehinderten
Atmen die Atemwegsdurchlässigkeit
gewahrt wird, so dass die Bequemlichkeit für den Patienten und somit die
Therapie-Compliance
verstärkt
werden.
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Der
erfindungsgemäße Rückkopplungskreis ähnelt in
vielerlei Hinsicht daher den Rückkopplungskreisen,
die in den vorher erörterten
US-Patenten 5 245 995 und 5 199 424 und in der veröffentlichten PCT-Anmeldung
WO 88/10108 offenbart sind. Durch Unterbringen der Sensorvorrichtung
nahe dem Auslass der Gasstromerzeugungsvorrichtung statt nahe der
Patientenschnittstelle 120 werden viele signifikante Vorteile
der Geräteleistung
realisiert, die sich in einer besseren Bequemlichkeit für den Patienten
und eine erhöhte
Therapie-Compliance ausdrücken.
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Zugegebenermaßen reduziert
die Unterbringung des Atemmustersensors im Wesentlichen bei oder
nahe der Gasstromerzeugungsvorrichtung die Reaktionsfähigkeit
der Vorrichtung auf die kontinuierlich wechselnden Atembedürfnisse.
Die Reduktion der Reaktivität
des Atemmustersensors wird durch Resonanzabstimmung des Systems
kompensiert. D. h. die Frequenzreaktion des Atmungskreises des Patienten
und die Innenleitung des erfindungsgemäßen Systems sind akustisch
so abgestimmt, dass Geräusche
mit einem Frequenzinhalt, der bekanntlich Verschlüsse der
oberen Atemwege anzeigt, optimal übertragen werden. Somit ist
die abgestimmte Resonanz derart, dass Geräusche mit Frequenzen nahe der
Resonanzfrequenz (Schnarchen) verstärkt werden, wodurch das Signal-Rauschen-Verhältnis (genauer
das Verhältnis
von Schnarchgeräusch
zu dem Geräusch
der Gasstromerzeugungsvorrichtung) zurück auf den Wert, der sich mit
dem vergleichen lässt, der
durch Erfassen an der Patienten-Schnittstelle erhalten wurde, getrieben
wird. Ein fehlendes Bedürfnis
oder ein reduziertes Bedürfnis
für Einatmungsluft geht
zur Veranschaulichung häufig
um mehrere Sekunden dem Beginn eines hörbaren Schnarchens oder einer
anderen physikalischen Manifestation voraus, die ein behindertes Atmen
anzeigt. In einem solchen Fall überträgt die Sensorvorrichtung
Daten an die CPU 130, so dass die CPU den Ausgang der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 nicht
nur lange Zeit vor einem Apnoereignis, sondern auch vor den charakteristischen
hörbaren
Schnarchmustern, erhöht,
die gewöhnlich
einem solchen Ereignis vorangehen. Bekannte Atemmustersensoren bewerkstelligen
dies gewöhnlich,
während
sie sich auf der Patientenschnittstelle befinden oder daran angeschlossen
sind. Der erfindungsgemäße Sensor
kann dagegen ein gleichermaßen
reaktiver Druck- oder Strömungswandler
sein, der für
Druck- oder Strömungsschwankungen
einer beliebigen Höhe
und/oder Frequenz empfindlich ist, aber sich in oder auf dem Auslass
der Gasstromerzeugungsvorrichtung befindet oder direkt daneben angeschlossen
ist.
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Neben
seiner genauen und reaktiven Rückkopplungs-Fähigkeit
ermöglicht
der Rückkopplungskreis
der Vorrichtung 110 aufgrund der strategischen Unterbringung
der Sensorvorrichtung 126, dem medizinischen Personal,
die Atmungsaktivität
des Patienten äußerst genau
zu überwachen
und aufzuzeichnen. Mit dieser Möglichkeit
kann das medizinische Personal die jeweilige Atemstörung eines
Patienten vertraulich diagnostizieren, die geeignete Therapie vorschreiben
und die Entwicklung des Patienten überwachen, während er
mittels Vorrichtung 110 behandelt wird. Ein solches Überwachen
und/oder Aufzeichnen kann diesbezüglich durch eine Systemdatenspeicherungs-
und Wiederherstellungsvorrichtung 140 erzielt werden.
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Die
Systemdatenspeicherungs- und Wiederherstellungsvorrichtung 140 kann
im erfindungsgemäßen Rahmen
einen geeigneten Computerspeicher umfassen, in den die Information
geschrieben und aus dem Information abgelesen werden kann. Beispielhafterweise,
aber nicht einschränkend,
können
die Ausführungsformen
der Systemdatenspeicherungs- und Wiederherstellungsvorrichtung daher einen
Random-Access-Speicher (RAM), Magnetbänder oder Magnet-Disketten
umfassen, die in einen alleinstehenden PC, einen Zentralcomputer
oder dergleichen (nicht gezeigt) eingeführt werden können.
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Die
Systemdatenspeicherungs- und Wiederherstellungsvorrichtung 140 kann
so konfiguriert werden, dass sie die Ausgangsdaten aus der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 aufzeichnet,
und/oder sie kann wie gezeigt, Daten aus einer oder mehreren Dateneingangsleitungen 142,
die Daten, die von anderen Sensoren oder Monitoren (nicht gezeigt) übertragen
werden, weiterleiten, welche funktionsfähig auf dem Fachmann bekannte
Weise an andere Patienten angeschlossen sind.
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Die 3 zeigt in Form eines funktionellen Blockdiagramms
eine Vorrichtung 210 zur Verwendung bei der Behandlung
von Schlafapnoe und verwandten Störungen, die gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufge baut ist. Kurz gesagt werden nur
solche Elemente der Vorrichtung 210 eingehender beschreiben,
die hinsichtlich der Struktur und/oder Funktion von ihren entsprechenden
Elementen in 2 materiell
abweichen, und zwar wo eine solche Beschreibung für ein korrektes
Verständnis
notwendig ist. Mit anderen Worten sind, wenn nicht anders angegeben, die
Gasstromerzeugungsvorrichtung 114, die Leitung 118,
die Patientenschnittstelle 120, die Auslassöffnung 124,
die Sensorvorrichtung 126, CPU 130 und die Systemdatenspeicherungs-
und Wiederherstellungsvorrichtung 140 der 3 wünschenswerterweise
so konstruiert wie Gasstromerzeugungsvorrichtung 114, Leitung 118,
Patientenschnittstelle 120, Auslassöffnung 124, Sensorvorrichtung 126,
CPU 130 und Systemdatenspeicherungs- und Wiederherstellungsvorrichtung 140,
die oben in Zusammenhang mit 2 erörtert wurden,
und funktionieren auch im Wesentlichen genauso.
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Der
primäre
Unterschied zwischen Vorrichtung 210 und Vorrichtung 110 ist
das Vorhandensein eines Druckreglers 216, der sich gesondert
von der Gaserzeugungsvorrichtung 214 durch CPU 130 und zusätzlich zu
ihr steuern lässt.
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Der
Druckregler 26 reguliert somit zumindest teilweise den
Druck des Atemgases innerhalb der Leitung 118 und somit
innerhalb des Atemwegs des Patienten 122. Der Druckregler 216 befindet
sich vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise innerhalb oder
unmittelbar stromabwärts
des Stromerzeugers 114 und kann die Form eines Stellventils
haben, das sich so einstellen lässt,
dass ein konstanter oder variabler Druckabfall über das Ventil bereitgestellt
werden kann, und zwar für
sämtliche
Strömungsraten und
somit jeden gewünschten
Druck innerhalb der Leitung 118.
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Zwischengeschaltet
in Reihe mit der Leitung 118, stromabwärts und im Wesentlichen in
der Nähe des
Druckreglers 216 befindet sich eine geeignete Sensorvorrichtung 126,
wie ein Druck- oder Strömungswandler,
der ein Ausgangssignal erzeugt, das bei 128 zu einer Druck-
oder Strömungssignal-Konditionierungsleitung
von CPU 130 zum Ableiten eines Signals geschickt wird,
das proportional zur sofortigen Druck- oder Strömungsrate des Atemgases innerhalb
der Leitung 118 an den Patienten ist.
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Je
nach der momentanen Druck- oder Strömungsbedingung, die mittels
Sensorvorrichtung 126 erfasst wird, die ein Signal 128,
das dieser Bedingung entspricht, zur CPU 130 schickt, kann
die CPU ein Befehlssignal 132 erzeugen und übertragen,
damit der Ausgang der Gasstromerzeugungsvorrichtung 214 wie
in Zusammenhang mit 2 beschrieben
erhöht
oder gesenkt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dem Befehlssignal 132 kann
die CPU das Befehlssignal 234 (gezeigt in der gestrichelte
Linie) zum Druckregler 216 übertragen, damit der dadurch
erzeugte Druckabfall eingestellt wird. Auf diese Weise können besonders
verfeinerte sofortige Druckausgangsmuster erzielt werden, damit
die Bedürfnisse des
Patienten auf einer Atem-zu-Atem-Basis erfüllt werden.
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Die
Datenspeicherungs- und Wiederherstellungsvorrichtung 140 kann
so konfiguriert werden, dass der Eingang nicht nur von der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 und
von dem Patienten über die
Eingangsleitung 142, sondern auch von dem Druckregler 216 kompiliert
wird, so dass das beaufsichtigende medizinische Personal eine vollständigere
Darstellung der respiratorischen Aktivität des Patienten erhält.
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Die 4 veranschaulicht schematisch
eine Anordnung, in der die Vorrichtung 310 eine Vorrichtung 312 beinhaltet,
die die Stromerzeugungsvorrichtung 114, die Atemmustersensorvorrichtungen 126, eine
CPU oder zentrale Verarbeitungseinheit 130 enthält, die
einen Druckregler (nicht gezeigt) aufweist. Die Stromerzeugungsvorrichtung 114 hat
einen Faltenbalg 338, der in einem Kreisverbindungsstück 344 endet,
das außerhalb
der Vorrichtung 312 gezeigt ist. Ein Ende der Patienten-
oder ersten Leitung 118 ist an das Kreisverbindungsstück 344 angeschlossen,
und ein gegenüberliegendes
Ende ist an die Patientenschnittstelle 120 angeschlossen,
die die Auslassöffnung 124 beinhaltet.
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Im
Gegensatz zu anderen Positiv-Atemwegs-Druckvorrichtungen, die mit
Rückkopplungs- bzw.
Diagnose-Systemen ausgestattet sind, und die einen Atemmustersensor
enthalten, der sich auf der Patientenschnittstelle befindet oder
daran angeschlossen ist, befindet sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 310 der
Atemmustersensor 126 gewöhnlich am Ende der Atemleitung
fern von Patient 122. D. h. der Sensor 126 befindet
sich vorzugsweise in dem Auslass der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114,
darauf, oder er ist direkt daneben angeschlossen. Insbesondere umfasst
die Sensorvorrichtung 126 einen Druckwandler 346,
der funktionsfähig
an die CPU 130 angeschlossen ist. Die Sensorvorrichtung 126 ist
in flüssiger
Kommunikation mit der Patienten- oder ersten Leitung 116 mittels
Sensor- oder zweiten Leitung 347. Erfindungsgemäß umfasst
die Sensor- oder
zweite Leitung 347 einen inneren Leitungsabschnitt 348,
der sich vollständig
in der Vorrichtung 312 befindet, und einen externen Leitungsabschnitt 350,
der sich außerhalb
der Vorrichtung 312 befindet. Ein Ende der Sensor- oder
zweiten Leitung 347 ist am Druckwandler 346 angeschlossen, und
ein gegenüberliegendes
Ende ist an der Patienten- oder ersten Leitung 318 über das
Kreisverbindungsstück 344 angeschlossen
und schafft somit eine Schalldruckkommunikation zwischen dem Druckwandler 346 und
der Patienten- oder ersten Leitung 318 durch das Kreisverbindungsstück 344. Die
Anordnung ist derart, dass wenn die übertragene Schallwelle nahe
der Resonanzfrequenz des Systems ist, ein stark verstärkter Schalldruck
von der Maske 120 durch die Patienten- oder erste Leitung 118,
das Kreisverbindungsstück 344 und
die Sensor- oder zweite Leitung 347 zum Druckwandler 346 übertragen
wird. Demzufolge reagiert das System wie ein harmonischer Oszillator
mit einem Freiheitsgrad.
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Durch
Bewegung der Sensorvorrichtung 126 zurück zur Vorrichtung 312 wird
der Vorteil erhalten, dass die Erfindung ein System bereitstellt,
das akustisch so abgestimmt ist, dass Geräusche im Frequenzbereich von
20 bis 120 Hz (der gleiche Geräuschbereich,
der Verschlüsse
der oberen Atemwege anzeigt) optimal übertragen werden.
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In
der Vorrichtung, wie sie bspw. in 4 veranschaulicht
ist, beeinflusst das Volumen und die Eingangseigenschaften des Faltenbalgs 338,
des Gebläses 114,
und des Patientenkreises 118 auch die Resonanzeigenschaften
auf komplexe Weise. Daher werden die optimalen Längen der inneren und äußeren Leitungsabschnitte 348, 350 am
besten empirisch verifiziert. Dies erfolgt durch Unterbringen einer
Schallquelle an der Patientenmaske 120, die den Bereich
der interessierenden Frequenzen abdeckt, und Messen der Ausgangsreaktion
des Druckwandlers 346. Die Längen der inneren und äußeren Leitungsabschnitte 348, 350 werden
variiert, bis die gewünschte
Reaktion erzielt wird.
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Bei
einer operativen Ausführungsform
der Vorrichtung von 4,
wird ein Rohr mit 3,175 mm (1/8 Zoll) Innendurchmesser als innere
und äußere Leitungsabschnitte 348, 350 verwendet.
Eine Länge L
von 101,6 cm (40 Zoll) der inneren und äußeren Leitungsabschnitte 348, 350 lieferte
die gewünschte Resonanzfrequenz
w mit 70 Zyklen pro sec. Bei dieser Resonanzfrequenz ist die Vorrichtung 310 akustisch
so abgestimmt, dass sie optimal Geräusche im Zielfrequenzbereich
von 20 bis 120 Hz überträgt – der primäre Frequenzbereich
von Geräuschen,
die einen Verschluss der oberen Atemwege anzeigen. Es versteht sich
jedoch, dass sich die Länge
L der inneren und äußeren Leitungen 348, 350 mit
den Abwandlungen der Systemelemente ändert. D. h. der jeweilige
Typ des Patientenkreises 118, des Gebläses 114, des Faltenbalgs 338,
des Kreisverbindungsstücks 344 und
des Druckwandlers 346, die bei dem System verwendet werden,
bestimmt die Länge
L der inneren und äußeren Leitungen 348, 350,
die zur Erzeugung der gewünschten
Resonanzfrequenz von 70 Zyklen pro sec erforderlich sind. Es versteht
sich entsprechend, dass die Frequenzen der Geräusche, die mit Verschlüssen der
oberen Atemwege einhergehen, bekanntlich in einen Bereich von etwa
20 bis 2000 Hz liegen. Daher können
andere operative Ausführungsformen
der Vorrichtung durch ähnliche
Verfahren auf andere Resonanzfrequenzen als 70 Hz eingestellt werden.
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Man
beachte, dass durch Distanzieren des Atemmustersensors von der Patientenschnittstelle (d.
h. von der Atemmaske oder der Nasengabel), die Patientenleitungsvorrichtung 118 erheblich
weniger klobig ist, die Gefahr des Verhedderns ausgeschaltet ist und
die Störung
für den
Patient minimiert ist. Die Länge
der kürzeren
Rückkopplungsleitung
reduziert bzw. eliminiert die Gefahr, dass sie verknickt oder versehentlich
von dem Atmungskreis des Patienten abgekoppelt wird. Ein häufiges Säubern der
kürzeren Rückkopplungsleitung
ist nicht erforderlich, da sie nicht direkt mit der ausgeatmeten
Luft des Patienten zusammenkommt. Die kürzere Rückkopplungsleitung reduziert
ebenfalls die Materialkosten für
das System.
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In
den 5 bis 7 ist eine erfindungsgemäße Schlafapnoebehandlungsvorrichtung
in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Befeuchter gezeigt. Enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Befeuchter 400 oder 500, löst sich
das Kreisverbindungsstück 344 von
der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 und zu einem Auslass 416 der
Befeuchtungsvorrichtung 400 oder 500. Ein Einlass 415 wird dann
an dem Auslass der Gasstromerzeugungsvorrichtung 114 angeschlossen.
In 6 hat der Befeuchter 400 eine
U-förmige
Kammer 427 mit einem ersten Schenkel 428, der
Luft aus dem Körper
des Befeuchters leitet, und einem zweiten Schenkel 429, der
Luft zum Auslass 416 leitet. Die U-förmige Kammer 427 stimmt
das Schnarchgeräusch,
das von einem Patienten erhalten wird, ab. Bei einer alternativen
bevorzugten Ausführungsform,
die in 7 veranschaulicht
wird, umfasst ein Befeuchter 500 einen Einlass 515 und
eine U-förmige
Kammer 527 mit einem Kammereinlass 543, einem
Reduzierstück 544 und
einem längs
verlaufenden Auslass 516. Die Konfiguration der U-förmigen Kammer 527 überträgt optimal
Schallfrequenzen, die im Frequenzbereich liegen, der bekanntlich
mit Verschlüssen
der oberen Atemwege einhergeht, indem die Resonanzfrequenz des Schnarchgeräuschs eingestellt
wird. Die Position des Reduzierstücks 544 steuert die
Resonanzfrequenz derart, dass die interessierende Resonanzfrequenz
ausgewählt
werden kann. Weiter befindet sich ein Abgabeloch 545 zwischen
Kammereinlass 543 und dem Auslassabschnitt 516 der
U-förmigen
Kammer 427. Das Abgabeloch 545 in dieser momentan bevorzugten
Ausführungsform
hat etwa 2,4892 mm (0,098 Zoll) Durchmesser. Die Energie ist in
der U-förmigen Kammer 427 während jedes
Oszillationszyklus des Schnarchgeräuschs gespeichert. Das Abgabeloch 545 gibt
etwas Energie ab, damit der Q- oder Qualitätsfaktor (ein Maß für die Resonanz)
des Kreises eingestellt wird. Somit gibt das Abgabeloch 545 die
Energie, die in jedem Oszillationszyklus des Schnarchgeräuschs gespeichert
wird, ab, so dass der Wert Q der U-förmigen Kammer 427 mit
demjenigen der CPAP-Vorrichtung vergleichbar ist.
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Die
Erfindung wurde zwar eingehend für
Veranschaulichungszwecke beschrieben, jedoch ist es selbstverständlich,
dass ein solches Detail lediglich diesem Zweck dient und dass der
Fachmann Abwandlungen vornehmen kann, ohne vom Rahmen der Erfindung
abzuweichen, der von den Patentansprüchen umgrenzt wird.