DE69934709T2 - Fehlerdiagnose in Cpap und Nippv Beatmungsgeräten - Google Patents

Fehlerdiagnose in Cpap und Nippv Beatmungsgeräten Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft Beatmungsvorrichtungen, wie Vorrichtungen mit einer nicht-invasiven positiven Druckbeatmung (NIPPV) und mit kontinuierlichem positiven Atemwegsdruck (CPAP), die dazu dienen, einen Patienten mit einer Zufuhr von reinem atembaren Gas (üblicherweise Luft, mit oder ohne zusätzlichen Sauerstoff) mit einem vorgeschriebenen Druck oder Drücken zu geeigneten Zeiten während des Atmungszyklus des Patienten zu versorgen. Die Beschreibung offenbart eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose in solchen Vorrichtungen.
  • Ein Beispiel einer geeigneten Vorrichtung, in der die Erfindung enthalten sein kann, ist die AutoSet® T-Vorrichtung (ResMed Ltd., Australien), die zur Behandlung einer gestörten Schlafatmung, wie einer obstruktiven Schlafapnoe (OSA) verwendet werden kann, wie sie in US-A-5,704,345 (Berthon-Jones) beschrieben wird.
  • Eine NIPPV- oder CPAP-Vorrichtung umfaßt typischerweise einen Strömungserzeuger, einen Luftfilter, eine Maske, einen Luftzuführungskanal, der den Strömungserzeugerausgang mit der Maske verbindet, verschiedene Sensoren und eine auf einem Mikroprozessor beruhende Steuereinrichtung. Der Strömungserzeuger kann einen servogesteuerten Motor und ein Laufrad umfassen. Die Sensoren messen unter anderen die Motordrehzahl, die volumetrische Gasströmungsgeschwindigkeit und den Druck. Der Luftzuführungskreis ist der Abschnitt des Luftstromwegs der Vorrichtung, der den Lufteinlaß, den Filter, den Strömungserzeuger, den Kanal und die Maske aufweist. Die Vorrichtung kann optional eine Befeuchtungsvorrichtung im Luftzuführungskreis enthalten. Die Steuereinrichtung kann Datenspeichereinrichtungen enthalten.
  • WO-A-97/28838 offenbart eine Vorrichtung, die die Strömungsgeschwindigkeit und den Druck überwacht, um den Atemtyp des Patienten zu ermitteln und die Motordrehzahl zu steuern. W096/11717 kann hohe oder niedrige Druckwerte ermitteln, ermittelt jedoch keine Meßwandlerfehler.
  • Ein Problem, das den effektiven Betrieb solcher Vorrichtungen beeinträchtigt, ist, daß mit der Zeit der Lufteinlaßfilter verschmutzt werden kann, wobei der Widerstand des Filters gegenüber der Luftströmung erhöht wird. Es ist bekannt, ein Warnlicht vorzusehen, das nach einer gegebenen Anzahl von Betriebsstunden der Vorrichtung aktiviert wird, um anzuzeigen, daß der Filter gereinigt oder ersetzt werden sollte. Ein solcher Ansatz berücksichtigt nicht die Tatsache, daß die Schmutzablagerungsgeschwindigkeit auf dem Filter von der Umgebung abhängen wird, in der die Vorrichtung verwendet wird. Es kann außerdem festgestellt werden, daß der Patient die Vorrichtung trotz des Warnlichts weiter verwenden kann und dadurch eine unzureichende Therapie erhalten kann. Von großer Bedeutung ist, daß der Luftzuführungskreis aus anderen Gründen teilweise oder vollständig blockiert werden kann, ohne daß eine Warnung gegeben wird.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, um einem Patienten ein atembares Gas zuzuführen, wie im Anspruch 1 angegeben. Bei einer gegebenen Drehzahl des Motors und einer gegebenen pneumatischen Luftzuführungskreisimpedanz wird der Strömungserzeuger Gas mit einem bestimmten Druck abgeben. Durch Messung des resultierenden Drucks für einen Bereich von Motordrehzahlen für unterschiedliche Kreisimpedanzen und mit und ohne Befeuchtungsvorrichtung können Kennlinien der Vorrichtung erhalten werden. Wenn dann die Werte der Motordrehzahl, der Strömungsgeschwindigkeit und des Drucks durch Meßwandler während des Betriebs der Vorrichtung gemessen werden, kann die gegenwärtige pneumatische Impedanz aus der passenden Kennlinie berechnet werden. Es ist daher möglich, den Widerstand des Luftfilters zu schätzen und folglich genauer anzuzeigen, wenn der Filter ausgetauscht werden muß. Ferner wird eine teilweise oder vollständige Verstopfung des Luftzuführungskreises durch eine solche Anordnung ermittelbar.
  • Ein zulässiger Bereich gemessener Druckwerte kann für einen gegebenen Satz von Bedingungen berechnet werden, die zum Beispiel durch obere und untere Kennlinien definiert werden. Die Motordrehzahl kann erhöht werden, um als Reaktion auf eine erhöhte Impedanz einen zulässigen Abgabedruck aufrechtzuerhalten, während ein Druck außerhalb eines zulässigen Bereichs für die Notwendigkeit kennzeichnend sein kann, den Filter zu ersetzen.
  • Eine solche Anordnung stützt sich auf die Meßwandler, die korrekte Informationen hinsichtlich der überwachten Parameter liefern, und gemäß bevorzugter Formen der Erfindung wird durch das System auch auf das Vorliegen von Meßwandlerfehlerbedingungen reagiert.
  • Die Erfindung beruht daher weitestgehend auf einer Vorrichtung, in der in jedem Fall zulässige und unzulässige Bereiche für Meßwandlerwerte gewählt werden. Während des Betriebs der Vorrichtung werden die Meßwandlerwerte gemessen und mit den vorgegebenen Bereichen verglichen. Wenn sich die Meßwandler in unzulässigen Bereichen befinden, wird eine Korrekturmaßnahme ergriffen, indem zum Beispiel eine Warnung vor dem Fehler ausgegeben wird oder die Vorrichtung abgeschaltet wird.
  • Folglich wird in einer Form eine Vorrichtung bereitgestellt, um einem Patienten atembares Gas zuzuführen, die einen Gasströmungserzeuger, einen Gaszuführungskreis, eine Steuereinrichtung mit einer Datenspeichereinrichtung, Sensoren, die Werte von Betriebsparametern der Vorrichtung überwachen, und eine Fehlerermittlungseinrichtung umfaßt, die mindestens eine Beziehung umfaßt, die in der Datenspeichereinrichtung gespeichert ist, wobei die Beziehung eine Kombination von Werten von mindestens zwei der Parameter betrifft, die für eine Fehlerbedingung der Vorrichtung kennzeichnend sind, wobei die Fehlerermittlungseinrichtung ferner eine Einrichtung umfaßt, die die mindestens zwei überwachten Betriebsparameterwerte an den ge speicherten Beziehungen prüfen und eine Reaktion auf die Ermittlung einer Fehlerbedingung anregen.
  • Diese überwachten Parameter umfassen zumindest die Motordrehzahl des Gasströmungserzeugers, die Gasströmungsrate und den pneumatischen Druck des Gaszuführungskreises.
  • In der Praxis dieses Aspekts der Erfindung wird eine Vorrichtung, die die Erfindung ausführt, vor der klinischen Verwendung einer Kalibrierungsroutine unterzogen, in der die Motordrehzahl und der pneumatische Luftzuführungskreisdruck variiert werden, während der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden. Aus diesen Messungen werden Kennlinien bestimmt und in der Datenspeichereinrichtung gespeichert, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
  • Während der klinischen Verwendung werden die Strömungsgeschwindigkeit, der Druck und die Drehzahl überwacht. Die passenden Kennlinien und der zulässige Druckbereich werden für den gegenwärtigen Satz von Betriebsbedingungen ausgewählt. Der gemessene Druck wird am zulässigen Bereich geprüft, und wenn er außerhalb dieses Bereichs liegt, wird ein Fehler festgestellt. Wenn ein Fehler festgestellt wird, kann eine Fehlermeldung auf dem Ausgabebildschirm ausgegeben, Alarm gegeben werden, oder die Maschine kann abgeschaltet werden.
  • Es wird vorgesehen, daß alle Meßwandler (wie Schnarch-, Strömungs- und Drehzahlmeßwandler) an vorgegebenen Kennlinien auf Fehlerbedingungen geprüft werden.
  • Weitere Ausführungsformen werden im folgenden in Bezug auf eine CPAP-Vorrichtung beschrieben, jedoch wird es sich verstehen, daß sie auf irgendeine der oben beschriebenen Formen der Atembehandlung oder -Unterstützung anwendbar sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1(a) bis (d) stellen mögliche Gestaltungen einer Vorrichtung dar, die eine Befeuchtungsvorrichtung und eine Rückführungsbox einsetzt.
  • 2 CPAP-Vorrichtung
  • 3 Soll-Betriebsbereich für Gebläse (a) hohe Drehzahl, und (b) niedrige Drehzahl
  • 4 Computersoftware-Blockdiagramm
  • 5 Druckmeßwandlerfehlerbereiche
  • 6 Ablaufplan: Ermitteln eines Druckmeßwandlers, der auf einem niedrigen Wert hängenbleibt
  • 7 Ablaufplan: Ermitteln eines Druckmeßwandlers, der auf einem hohen Wert hängenbleibt
  • 8 Ablaufplan: Ermitteln eines Strömungsmeßwandlers, der auf einem niedrigen Wert hängenbleibt
  • 9 Ablaufplan: Ermitteln eines Strömungsmeßwandlers, der auf einem hohen Wert hängenbleibt
  • 10 Ablaufplan: Ermitteln eines Schnarchmeßwandlers, der auf einem niedrigen Wert hängenbleibt
  • 11 Ablaufplan: Ermitteln eines Schnarchmeßwandlers, der auf einem hohen Wert hängenbleibt
  • 12 Ablaufplan: Ermitteln eines Drehzahlmeßwandlers, der auf einem niedrigen Wert hängenbleibt
  • 13 Ablaufplan: Ermitteln eines Drehzahlmeßwandlers, der auf einem hohen Wert hängenbleibt
  • 14 Ablaufplan: Ermitteln eines blockierten Motors
  • 15 Ablaufplan: Ermitteln eines eingeschränkten Motors
  • 16 Softwarefehlerdiagnosebereiche
  • 17 Ablaufplan: Softwarefehlerdiagnose
  • In den Figuren ist das „D"-Symbol ein logisches „und", das Rechtecksymbol ist ein Codeblock. Das dreieckige Symbol ist ein Komparator, wenn die Bedingungen erfüllt sind, dann ist die Ausgabe eine logische „1", andernfalls „0".
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ein Beispiel eines Problems, das durch die vorliegende Erfindung gelöst wird, wird durch die AutoSet® T-Vorrichtung des Anmelders bereitgestellt, die mit einer „Rückführungsbox" versehen ist, die die optionale Schaltung einer Befeuchtungsvorrichtung in den Luftzuführungskreis stromaufwärts vom Druckmeßwandler erleichtert. Die Anordnung wird in der mitanhängigen australischen Patentanmeldung AU-A-7197898 beschrieben und wird schematisch in den 1(a) bis (d) hiervon dargestellt.
  • Die 1(a) und (b) zeigen die beabsichtigte korrekte Weise, in der die Rückführungsbox und die Befeuchtungsvorrichtung angeschlossen werden sollen. In 1(a) wird die Befeuchtungsvorrichtung nicht verwendet, und die Rückführungsbox verbindet den Strömungserzeuger (F) mit dem inneren Kanal, wo sich der Drucksensor (T) befindet. Die Maske (M) ist stromabwärts vom Drucksensor mit seinem Auslaß verbunden.
  • Typischerweise wird die Atemunterstützung zur CPAP- oder NIPPV-Behandlung dem Patienten durch eine Nasenmaske verabreicht. Alternativ können eine Mundmaske, eine Ganzgesichtsmaske oder eine Nasenbrille verwendet werden. In dieser Beschreibung ist jeder Verweis auf eine Maske so zu verstehen, daß er einen Verweis auf eine Nasenmaske, Mundmaske, Ganzgesichtsmaske oder Nasenbrille einschließt.
  • In 1(b) ersetzt die Befeuchtungsvorrichtung (H) die Rückführungsbox, und Gas fließt korrekt vom Strömungserzeuger, durch die Befeuchtungsvorrichtung, am Druckmeßwandler vorbei und folglich zur Maske.
  • Damit die AutoSet®-Vorrichtung mit einem großen Bereich von Normschläuchen, Befeuchtungsvorrichtungen und Masken kompatibel ist, weisen alle Auslässe dieselbe Größe und Form auf. Es ist daher möglich, die Ausrüstung falsch zusammenzubauen, wie in den 1(c) und (d) gezeigt. In 1(c) werden weder die Rückführungsbox noch die Befeuchtungsvorrichtung verwendet, und die Maske ist direkt am Auslaß des Strömungserzeugers angeschlossen, wobei folglich der Drucksensor umgangen wird. In 1(d) empfängt die Maske keine Druckluft. In jeder dieser Situationen wird der Druckmeßwandler eine falsche Anzeige des Maskendrucks liefern und die kann zu einem gefährlichen Überdruck in einer sich automatisch einstellenden Vorrichtung führen.
  • Durch Überwachung der Druckmeßwandlerausgabe in Verbindung mit der Motordrehzahl kann dieser gefährliche Zustand ermittelt werden und darauf reagiert werden. Es können Grenzbedingungen einer hohen Motordrehzahl und eines niedrigen Drucks, und einer niedrigen Motordrehzahl und eines hohen Drucks, als Indikatoren einer Fehlerbedingung gewählt werden. Dieselben Bedingungen können auch verwendet werden, um im Fall eines defekten Druckmeßwandlers einen Fehler festzustellen, und werden später in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
  • Ein ähnlicher Ansatz ermöglicht es, daß ein Zustand eines blockierten Motors in der NIPPV-Vorrichtung geliefert wird, ohne die Verwendung von Vorrichtungen wie Sicherungen. Ein blockierter Motor wird überhaupt keinen Druck erzeugen, und der Rückkopplungsregelkreis zur Servoeinheit wird eine Zunahme des Motorstroms bewirken. Herkömmlich wird eine Sicherung oder eine andere Abschaltvorrichtung erforderlich sein, um den Motor vor Überhitzung zu schützen. Wenn jedoch die Motorparameter der Motordrehzahl und ein Motorantriebsparameter, wie eine Funktion, die aus dem Strom abgeleitet wird, überwacht werden, kann eine Fehlerbedingung festgestellt werden. Wenn der Motorparameter zum Beispiel größer als 80% ist und die Motordrehzahl für 0,2 Sekunden unter 4500 U/min bleibt, ist eine Bedingung eines „blockierten Motors" vorhanden. Eine Bedingung eines „eingeschränkten Motors" kann ebenfalls definiert werden, zum Beispiel, wo der Motorparameter 95% überschreitet und die Motordrehzahl für mindestens 30 Sekunden niedriger als 15000 U/min ist.
  • Die Korrekturmaßnahme in diesen Fällen ist es, den Motor abzuschalten und andernfalls den Betrieb der Maschine abzuschalten, bis ein Kundendienst durchgeführt werden kann, wobei dieser Modus als der „Kundendienst notwendig"-Modus bezeichnet wird.
  • Eine Funktionsstörung des Motorrehzahlmeßwandlers wird sich auf die Ermittlung eines Motorstillstands und auf andere Fehlerermittlungsfunktionen auswirken, die im folgenden beschrieben werden. In dieser Beschreibung wird daher auch die Weise beschrieben, in der die Erfindung auf die Ermittlung eines Motordrehzahlmeßwandlerfehlers angewendet werden kann.
  • Es wird erkannt werden, daß die Erfindung mit geeigneter Software verwirklicht werden kann, wobei die Steuerelektronik verwendet wird, die schon in der Maschine vorgesehen ist, und daher eine wirtschaftliche Lösung der Diagnostikaufgaben darstellt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung weist etliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Erstens kann die Sicherheit verbessert werden. Der größte Anteil der CPAP-Behandlungsvorrichtungen sind zur Verwendung in einer nicht-klinischen Einrichtung bestimmt, wobei ein Benutzer in dieser Umgebung nicht geschult ist, Bedingungen zu ermitteln, die für Fehler kennzeichnend sind. Solche Fehlerbedingungen können dazu führen, daß die CPAP-Behandlungsvorrichtung unwirksam oder sogar gefährlich wird. Zum Beispiel sind die Strömungserzeuger, die in bestimmten modernen CPAP-Behandlungsvorrichtungen verwendet werden, imstande, Drücke von mehr als 30 cm H2O abzugeben, was in bestimmten Situationen erforderlich, jedoch in anderen übermäßig und möglicherweise gefährlich sein kann.
  • Die sowohl direkten und als auch mit ihr verbundenen Kosten der CPAP-Behandlungsvorrichtung, die die Erfindung enthält, können reduziert werden. Es kann sein, daß bestimmte Hardware, wie Sicherungen und andere analoge Schaltkreise nicht mehr benötigt werden. Ferner kann es für Techniker kostengünstiger sein, Fehler zu diagnostizieren, da die Vorrichtung abgefragt werden kann, indem sie mit der Steuereinrichtung verbunden wird, was die Notwendigkeit vermindert, das Gehäuse während des Kundendienstes zu entfernen. Die Verbindung kann lokal oder entfernt, zum Beispiel durch ein Netzwerk hergestellt werden. In einer klinischen Einrichtung kann dies den weiteren Vorteil haben, die Störung des Patienten zu reduzieren.
  • In der CPAP-Behandlungsvorrichtung mit Fehlerdiagnose wird die Benutzerfreundlichkeit verbessert. Es wird möglich, jenen ohne klinische oder technische Kenntnisse Fehlerdiagnosen- und Berichtungsinformationen zu liefern.
  • Die Erfindung kann außerdem dazu verwendet werden, genauer vorherzusagen, wann Fehler auftreten können, zum Beispiel, vorherzusagen, wenn ein Strömungserzeuger-Lufteinlaßfilter einen Austausch benötigt, beruhend auf Messungen der Motorbelastung.
  • In der Beschreibung ist jeder Verweis auf „Betriebsparameter" so zu verstehen, daß er sich auf jede Form von Daten oder eines Zustandssignals, Meßwandler oder Betätigungselement, und die mechanischen und elektrischen Funktonen von Bauelementen/Vorrichtungen einer CPAP-Vorrichtung bezieht. Jeder Verweis auf „Prozeß" ist so zu verstehen, daß er eine Einheit von Hardware und/oder Software bedeutet, die eine Aufgabe oder einen Satz von verwandten Aufgaben ausführen kann, zum Beispiel einen Fehlerermittlungsprozeß, einen Rückkopplungsregelprozeß, einen Druckmeßprozeß oder einen Strömungsmeßprozeß.
  • Anschließend an die Diagnose eines gegenwärtigen oder potentiell auftretenden Fehlers kann die Reaktion aus einem oder mehreren des folgenden bestehen: Ausgeben einer Warnung vor der Fehlerbedingung, Aufzeichnen eines Tagebucheintrags, der die Fehlerbedingung beschreibt, Einstellen der Betriebsparameter und Umschalten zwischen den Funktions- und Bereitschafts- oder Stillstandsmodi, oder Umschalten der Vorrichtung in einen „Kundendienst erforderlich"-Modus. Die Reaktion kann unmittelbar, oder in einer späteren Zeitspanne, zum Beispiel am Morgen erfolgen, der der Schlafperiode folgt, während derer die Vorrichtung verwendet wurde.
  • 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer typischen CPAP-Behandlungsvorrichtung. Ein Laufrad (1) wird durch einen Elektromotor (2) unter Verwendung einer Servoeinrichtung (3) unter der Leitung einer auf einem Mikroprozessor beruhenden Steuereinrichtung (4) angetrieben. Die Zufuhr des atembaren Gases an die Maske (5) wird durch einen flexiblen Kanal (6) ausgeführt. Die Vorrichtung weist verschiedene Schalter (7), Anzeigen (8) und eine Anzahl von Meßwandlern auf. Die Meßwandler überwachen eine Anzahl von Prozessen, zum Beispiel: die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit (10) (an einer vorgegebenen Stelle im Strömungsweg), den Druck (11) (an einer vorgegebenen Stelle stromabwärts vom Strömungserzeugerauslaß oder an der Maske), Schnarchen (12), Strömungserzeugerdrehzahl (13) und Motorparameter (14).
  • Das Konzept eines zulässigen Bereichs: Hardwarebetrieb
  • Es kann eine Beziehung zwischen der gemessenen Gebläseströmungsgeschwindigkeit f und dem gemessenen Gebläseabgabedruck p geben, so daß f abnimmt, wenn p zunimmt. Es kann erwünscht sein, daß für einen zulässigen Betrieb der Vorrichtung die Parameterwerte in einem bestimmten Bereich gehalten werden. Die Funktion R für diesen Prozeß können geschrieben werden als: R = R(f, p)
  • Es können unterschiedliche Funktionen für unterschiedliche Bedingungen bestimmt werden, zum Beispiel, hohe und niedrige Motordrehzahlen, wie in den 3a und 3b gezeigt. Alternativ könnte der zulässige Bereich durch ein 3-Parametermodell R = R (f, p, ω) definiert werden, wobei ω die Motordrehzahl ist.
  • Beispiel eines logischen Tests
  • In einem einfachen Fall kann der zulässige Bereich ein Rechteck sein, das durch zwei Werte der Strömung f1 und f2 und zwei Werte des Drucks p1 und p2 definiert wird. Wenn die Abschätzungen der Parameterwerte {f, p} wären, dann kann der Test, um einen gegenwärtigen Fehler zu diagnostizieren, zum Beispiel bestehen aus:
    Wenn p > p1 und p < p2 und f > f1 und f < f2, dann liegt der gegenwärtige Betriebsbereich im zulässigen Bereich.
  • Alternativ kann das Verfahren einen Fehler diagnostizieren, wenn {f, p} für einen Moment außerhalb des zulässigen Bereichs liegen, oder für eine gewisse Dauer außerhalb des Sollbereichs liegen.
  • Computersoftware-Blockdiagramm
  • Vorteilhafterweise wird die Erfindung in Software ausgeführt. In diesem Fall wird keine zusätzliche Hardware benötigt. Die Fehlerermittlungssoftwareprozesse können in Verbindung mit der vorhandenen Software ausgeführt werden. Dies wird in 4 gezeigt. Die Eingaben in die Steuereinrichtung (4) sind analoge elektronische Signale, die für den Wert der verschiedenen Sensoren, Meßwandler und anderen elektronischen Schaltkreise kennzeichnend sind. Diese werden in digitale Signale umgewandelt. Die Hardwareparameterwerte (41) werden zu einem oder beiden der normalen Computersoftwareprozesse (44) (zum Beispiel Rückkopplungsregelungsprozesse) und der Fehlerdiagnoseprozesse (43) geschickt. Es können weitere Parameter erzeugt werden (42) (zum Beispiel Merker), die für den Betrieb jedes der Softwareprozesse kennzeichnend sind, und zu einem oder beiden der Softwareprozesse zurückgeschickt werden. Zusätzlich können die Prozesse Hardwarebefehle (45) erzeugen (zum Beispiel Informationen, die angezeigt werden sollen, oder Anweisungen, den Betrieb der CPAP-Vorrichtung abzuschalten), die in analoge elektronische Signale umgewandelt werden und zur betreffenden Hardware geschickt werden.
  • Die Fehlerdiagnose jedes Vorrichtungsprozesses kann als ein unterschiedlicher Softwareprozeß ausgeführt werden, oder es können mehrere Vorrichtungsprozesse in einem einzigen Softwareprozeß überwacht werden.
  • Bevorzugte Betriebsart
  • Überwachte Prozesse
  • Bei der Ausführung der Erfindung werden in jeder Vorrichtung mehrere Prozesse überwacht. Diese umfassen Abläufe, wie z.B.:
    Druckmeßwandlerbetrieb
    Strömungsmeßwandlerbetrieb
    Schnarchmeßwandlerbetrieb
    Drehzahlmeßwandlerbetrieb
    Motorbetrieb
    Atem- und Apnoe-Ermittlungsalgorithmen
    Fehlerdiagnose-Prozeßbetrieb
    Luftfilterbetrieb
    Korrekter Zusammenbau des Luftzuführungskreises
  • Die Fehlerdiagnosearten für diese Prozesse werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.
  • Druckmeßwandler
  • Es ist vorgesehen, daß die Erfindung verwendet wird, um zu ermitteln, ob die Druckmeßwandler korrekt arbeiten. Eine Folge eines Fehlers eines Druckmeßwandlers (11) könnte ein Überdruck oder Unterdruck für die Maske und folglich den Patienten sein.
  • Um eine solche Fehlerbedingung zu ermitteln, wird der Meßwandlerdruck (11) zusammen mit der Motordrehzahl (13) überwacht. Die Bereiche des fehlerhaften Vorrichtungsbetriebs werden in 5 gezeigt. Logische Ablaufpläne, die den Entscheidungsprozeß anzeigen, werden in den 6 und 7 gezeigt.
  • Wenn für mindestens 0,3 Sekunden (65) der abgetastete Druck unter 2,0 cm H2O (62) bleibt, während die Motordrehzahl über 12000 U/min (61) liegt, wird eine Fehlerbedingung „Druckmeßwandler Niedrig"-Fehler (66) signalisiert. Wenn keine Bedingung von beiden erfüllt ist, wird ein Zeitgeber zurückgesetzt (64).
  • Wenn für mindestens 0,3 Sekunden (75) der Druckwert über 15 cm H2O (72) bleibt, während die Motordrehzahl unter 4500 U/min (71) liegt, entspricht dies auf einer ähnlichen Weise einem „Druckmeßwandler Hoch"-Fehler (76). Bei Ermittlung einer Form eines Druckmeßwandlerfehlers wird eine Korrekturmaßnahme ergriffen, um den Strom zum Motor (2) abzuschalten, und es wird eine Meldung auf einer Anzeige ausgegeben. Der Benutzer kann dann alle Komponenten im Luftzuführungskreis auf eine Verstopfung oder eine falsche Verbindung prüfen.
  • Der Druckmeßwandlerfehlerdiagnosemodus wird in Verbindung mit der Motordrehzahl überwacht. Die Ausgabe aus dem Druckmeßwandler wird in zwei Signale aufgeteilt. Ein Signal Phigh bleibt ungefiltert, während das andere tiefpaßgefiltert wird, um zu Plow zu werden. Jedes Signal wird geprüft, um eine Ausgabe „Druckmeßwandler Hoch", „Druckmeßwandler Niedrig" oder „okay" zu erhalten. Die Bedingungen für „hoch" und „niedrig" sind so beschaffen, wie oben beschrieben. Ein Signal, daß weder hoch noch niedrig ist, gilt als okay. Wenn das Prüfergebnis für beide Signal nicht „okay" ist, wird eine Fehlerbedingung signalisiert. Wenn das Prüfergebnis für beide Signale „niedrig" ist, wird die Fehlerbedingung als eine Anzeige genommen, daß die Schläuche nicht angeschlossen sind.
  • Strömungsmeßwandler
  • Ein Fehler des Strömungsmeßwandlers (10) kann Fehler in der Strömungsmessung, der Maskendruckmessung und der Signalverarbeitung verursachen (wie Inspirationsströmungsabflachungsindex, wie im US-Patent Nr. 5,704,345 gelehrt). Dies kann wiederum zu Fehlern im Abgabedruck aus dem Strömungserzeuger (1) führen, was die Wirksamkeit der Behandlung beeinträchtigt. Logische Ablaufpläne, die den Entscheidungsprozeß anzeigen, werden in den 8 und 9 gezeigt.
  • Um einen solchen Fehler zu ermitteln, wird das Signal des Strömungsmeßwandlers (10) zusammen mit der Motordrehzahl (13) überwacht. Wenn für mehr als fünf Sekunden (85) die Strömung unter 5% Endausschlag (f.s.d.) bleibt (82), während die Motordrehzahl kleiner als 4800 U/min ist (81), wird die Fehlerbedingung als „Strömungsmeßwandler Niedrig"-Fehler (86) signalisiert. Wenn keine Bedingung von beiden erfüllt ist, wird der Zähler zurückgesetzt (84). Wenn für mehr als 5,0 Sekunden (95) die Strömungserzeugerströmung über 95% f.s.d. (92) bleibt, wobei die Motordrehzahl kleiner als 4800 U/min (91) ist, wird in einer ähnlichen Weise der Fehler „Strömungsmeßwandler Hoch" signalisiert (96).
  • Beim Auftreten einer Fehlerbedingung wird der Patient auf einer Anzeige unterrichtet und zusätzlich wird der Maskendruck für eine gewisse Zeit, zum Beispiel fünf Minuten, auf einen vorgegebenen Pegel erhöht, in diesem Fall das 95% Percentil der vorhergehenden Sitzung. Wenn jedoch dieser Druckwert ungültig wäre, weil er einen gefährlichen Überdruck darstellt, wird der Druck auf 10 cm H2O begrenzt.
  • Schnarchmeßwandler
  • Ein Fehler des Schnarchindexmeßwandlers kann Fehler in der Schnarchmessung und dem berechneten Schnarchindex verursachen. Solche Fehler führen zu Folgefehlern im Behandlungsdruck, der durch den Strömungserzeuger (1) abgegeben wird, was wiederum möglicherweise die Wirksamkeit der Behandlung beeinträchtigt. Logische Ablaufpläne, die den Entscheidungsprozeß anzeigen, werden in den 10 und 11 gezeigt.
  • Um einen ausgefallenen Schnarchmeßwandler zu ermitteln, werden das Schnarchmeßwandlersignal (12) und die Motordrehzahl (13) abgetastet. Wenn das Schnarchindexsignal für mehr als zwei Sekunden (105) unter 5% f.s.d. (102) bleibt, wobei die Motor drehzahl größer als 11000 U/min (101) ist, wird ein „Schnarchmeßwandler Niedrig"-Fehler signalisiert (106). Wenn keine Bedingung von beiden erfüllt ist, wird der Zähler zurückgesetzt (104). Wenn das Signal des Schnarchmeßwandlers (12) für mehr als zwei Sekunden (115) über 95% f.s.d. bleibt (112), während die Motordrehzahl kleiner als 6000 U/min (111) ist, erscheint ein „Schnarchmeßwandler Hoch"-Fehlermode (116).
  • Die Korrekturmaßnahme, die getroffen werden kann, ist, den Benutzer vom Auftreten zu unterrichten, und wenn der Strömungserzeuger (1) Druck erzeugt, versuchen, den Druck für eine gewisse Zeit, zum Beispiel 5 Minuten, auf einen vorgegebenen Pegel, zum Beispiel das 95% Percentil der vorhergehenden Sitzung zu erhöhen. Wenn dieser Druckwert ungültig ist, weil er einen gefährlichen Überdruck darstellt, wird der Druck auf 10 cm H2O begrenzt.
  • Motordrehzahlmeßwandler
  • Eine falsche Motordrehzahl kann Funktionen beeinflussen, die vom Druckmeßwandler (11), Strömungsmeßwandler (10) und Schnarchmeßwandler (12) herrühren. Logische Ablaufpläne, die den Entscheidungsprozeß anzeigen, werden in den 12 und 13 gezeigt. Die Ermittlung eines Fehlers des Motorrehzahlmeßwandlers (13) wird erreicht, indem die Drehzahl (13) zusammen mit dem abgetasteten Druck (11) und der Strömung (10) und dem Motorantriebsparameter (14) überwacht wird. Wenn die Motordrehzahl unter 6000 U/min (121) bleibt, während der Motorantriebsparameter über 15% liegt (122) und entweder der Druck über 8,0 cm H2O (123) liegt oder (125) die Strömung größer als 75% f.s.d. (124) ist, wobei dieser Satz von Bedingungen für mehr als eine Sekunde gültig ist (128), dann wird signalisiert, daß ein „Motordrehzahl Niedrig"-Fehler auftritt (129). Wenn irgendeine der Bedingungen nicht erfüllt wird, wird der Zähler zurückgesetzt (127).
  • Wenn für mehr als eine Sekunde (138) die Motordrehzahl über 18000 U/min bleibt (131), während der Motorantrieb unter 5% (132) liegt und (136) entweder der Druck unter 2,0 cm H2O (133) liegt oder (135) die absolute Strömung kleiner als 10 l/min (134) ist, wird signalisiert, daß ein „Motordrehzahl Hoch"-Fehler auftritt (139).
  • Die Korrekturmaßnahme, die getroffen werden kann, ist, den Benutzer vom Auftreten zu unterrichten, und wenn der Strömungserzeuger (1) Druck erzeugt, versuchen, den Druck für eine gewisse Zeit, zum Beispiel 5 Minuten, auf einen vorgegebenen Pegel, zum Beispiel das 95% Percentil der vorhergehenden Sitzung zu erhöhen. Wenn dieser Druckwert ungültig ist, weil er einen gefährlichen Überdruck darstellt, wird der Druck auf 10 cm H2O begrenzt.
  • Motor
  • Wie vorher angegeben, wird ein blockierter Motor überhaupt keinen Druck erzeugen. Eine solche Bedingung kann auftreten, wenn zum Beispiel das Laufrad (1) verklemmt ist. Die Rückkopplungsregelschleife vom Strömungserzeuger (1) zur Servoeinheit (3) wird eine Erhöhung des Stroms bewirken, der an den Motor (2) geliefert wird, wobei die Zunahme andauert, bis der maximale Strom zugeführt wird. Eine Folge kann eine Überhitzung des Motors sein, soweit, daß die Isolierung oder Wicklungen versagen und der Motor ausgetauscht werden muß. Ablaufpläne, die den Betrieb für einen „blockierten" und „eingeschränkten" Motor beschreiben, werden in den 14 bzw. 15 gezeigt.
  • Eine Motorfehlerbedingung wird ermittelt, indem die Motordrehzahl (13) und der Motorantriebsparameter überwacht werden. Wenn für 0,2 Sekunden (145) der Motorparameter größer als 80% (142) ist und (143) die Motordrehzahl unter 4500 U/min (141) liegt, existiert eine „Blockierter Motor"-Bedingung (146). Wenn irgendeine der Bedingungen nicht erfüllt wird, wird der Zeitgeber zurückgesetzt (144). Wenn der Motorparameter 95% überschreitet (152) und die Motordrehzahl niedriger als 15000 U/min (151) ist, wobei dies für mehr als 30 Sekunden auftritt (155), ist in einer ähnlichen Weise eine „Eingeschränkter Motor"-Bedingung vorhanden (156).
  • Die Korrekturmaßnahme ist es, den Strom zum Motor abzuschalten und andernfalls den Betrieb der Maschine abzuschalten, bis ein Kundendienst durchgeführt werden kann, wobei dieser Modus als „Kundendienst erforderlich"-Modus bezeichnet wird.
  • Pneumatische Leistung
  • Es ist vorgesehen, daß Prüfungen an der gesamten pneumatischen oder Luftzuführungsleistung der Vorrichtung vorgenommen werden können. Die maßgeblichen Bereiche werden in 3 gezeigt, die aus dem Soll-Betriebsbereich ζd und den Fehlerbereichen ζf1, ζf2 bestehen. Die Betriebsbereiche sind eine Funktion des Drucks (p), der Strömung (f) und der Motordrehzahl (ω).
  • Wenn der Betriebszustand der Vorrichtung im Bereich ζf1 liegt, gibt es mehrere mögliche Gründe:
    Verschmutzter Filter
    Innere Luftwegverstopfung in der CPAP-Vorrichtung
    Leck im inneren Luftweg der CPAP-Vorrichtung
    Strömungserzeugerfehler
    Fehlerhafter Drehzahlsensor
    Fehlerhafter Strömungssensor
    Fehlerhafter Drucksensor
  • Mögliche Reaktionen umfassen:
  • Ausgeben einer Warnung, die benachrichtigt, daß der Filter ausgetauscht werden muß
  • Umschalten der Vorrichtung auf den Kundendienst-erforderlich-Modus
  • Wenn der Betriebszustand der Vorrichtung im Bereich ζf2 liegt, gibt es mehrere mögliche Gründe:
    Fehlerhafter Drehzahlsensor
    Fehlerhafter Strömungssensor
    Fehlerhafter Drucksensor
  • Die Reaktion wäre, die Vorrichtung auf den Kundendiensterforderlich-Modus umzuschalten.
  • Die früher beschriebenen Arten der Fehlerdiagnose können in Verbindung mit der gegenwärtigen Prüfung verwendet werden, um zu unterscheiden, welcher der Sensoren fehlerhaft sein kann.
  • Fehlerdiagnose-Betrieb
  • Die Ereignisse „Druckmeßwandler, der auf einem hohen Wert hängenbleibt" und „Druckmeßwandler, der auf einem niedrigen Wert hängenbleibt" schließen sich gegenseitig aus. Entsprechend weisen die Strömungs-, Schnarch- und Motordrehzahlmeßwandler sich gegenseitig ausschließende Bedingungen auf. Es ist vorgesehen, daß die Fehlerdiagnoseprozesse prüfen, ob sich gegenseitig ausschließende Bedingungen abgeleitet worden sind, und signalisieren einen Fehler der Fehlerdiagnose, wenn dieses Ereignis auftritt.
  • Atem- und Apnoe-Ermittlungsprozesse
  • 16 zeigt die Betriebsbereiche für die Atem- und Apnoe-Ermittlungsprozesse. Diese Prozesse ermitteln das Vorhandensein des Atmens durch den Benutzer und das Auftreten von Apnoen, wobei sich diese beiden Ereignisse gegenseitig ausschließen. Während des Normalbetriebs der CPAP-Vorrichtung sollte entweder das eine oder das andere dieser Ereignisse ermittelt werden. In diesem Fall liegen diese beiden Ereignisse in sich nichtüberschneidenden Bereichen von ζd (16). Wenn der gegenwärtige Betriebsbereich der Vorrichtung außerhalb dieser beiden Bereiche liegt, ist eine gewisse Art von Fehler aufgetreten, und es wird ein Fehler festgestellt. Ein Ablaufplan für diesen Fehlerermittlungsprozeß wird in 17 gezeigt. Während die Vorrichtung arbeitet, werden die „Atem-Ermittlungs-" und „Apnoe-Ermittlungs-" Prozesse überwacht. Der Fehlerermittlungsprozeß wird einen Fehler feststellen, wenn eine der folgenden beiden Bedingungen auftritt.
    • • Apnoe und Atem werden gleichzeitig festgestellt
    • • Es werden während einer vorgegebenen Zeitspanne weder eine Apnoe noch ein Atem festgestellt.
  • Während besondere Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben worden sind, wird es Fachleuten klar sein, daß die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne deren wesentliche Eigenschaften zu verlassen, die in den Ansprüchen beschrieben werden. Die vorliegenden Ausführungsformen und Beispiele sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Rahmen der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche statt durch die vorhergehende Beschreibung angegeben wird.

Claims (32)

  1. Vorrichtung zum Zuführen eines Atemgases mit Überdruck zu einem Patienten, die einen Gasflußgenerator (F) aufweist, mit: einem servogesteuerten Motor (2) und Laufrad (1); einem Motordrehzahlgeber (13), der so konfiguriert ist, daß er die Motordrehzahl überwacht; einem Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber, der aus folgendem ausgewählt ist: einem Druckgeber (11), der so konfiguriert ist, daß er den durch den Gasflußgenerator erzeugten Druck überwacht, einem Flußgeber (10), der so konfiguriert ist, daß er den Gasfluß überwacht, und/oder einem Schnarchgeber (12), der so konfiguriert ist, daß er das Schnarchen überwacht; einem Zeitglied; und einer Steuerung (4), die so konfiguriert ist, daß sie: den Motordrehzahlgeber, das Zeitglied und den Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber überwacht; nach einer vorbestimmten Dauer den Druck, den Gasfluß bzw. das Schnarchen in der Überwachung durch den Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber mit einem ersten Schwellwert und die Motordrehzahl mit einem zweiten Schwellwert vergleicht, um einen ersten Vergleichswert bzw. einen zweiten Vergleichswert abzuleiten; und fehlerhaften Betrieb des Druck-, Fluß- oder Schnarchgebers in Übereinstimmung mit dem ersten Vergleichswert und dem zweiten Vergleichswert bestimmt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber ein Druckgeber ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Druckgeber auf einem zu niedrigen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß der Druck unter dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl über dem zweiten Schwellwert liegt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Schwellwert etwa 2 cmWS beträgt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Schwellwert etwa 12.000 U/min beträgt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Dauer etwa 0,3 s beträgt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Druckgeber auf einem zu hohen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß der Druck über dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl unter dem zweiten Schwellwert liegt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Schwellwert etwa 15 cmWS beträgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweite Schwellwert etwa 4.500 U/min beträgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber ein Flußgeber ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Flußgeber auf einem zu niedrigen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß der Gasfluß unter dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl über dem zweiten Schwellwert liegt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Schwellwert etwa 5 % des Vollausschlags beträgt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der zweite Schwellwert etwa 4.800 U/min beträgt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Dauer etwa 5 s beträgt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Flußgeber auf einem zu hohen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß der Gasfluß über dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl unter dem zweiten Schwellwert liegt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Schwellwert etwa 95 % des Vollausschlags beträgt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der zweite Schwellwert etwa 4.800 U/min beträgt.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druck-, Fluß- oder Schnarchgeber ein Schnarchgeber ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Schnarchgeber auf einem zu niedrigen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß das Schnarchen unter dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl über dem zweiten Schwellwert liegt.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der erste Schwellwert etwa 5 % des Vollausschlags beträgt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der zweite Schwellwert etwa 11.000 U/min beträgt.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die vorbestimmte Dauer etwa 2 s beträgt.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bestimmt, daß der Schnarchgeber auf einem zu hohen Wert hängenbleibt, wenn der erste Vergleichswert anzeigt, daß das Schnarchen über dem ersten Schwellwert liegt, und wenn der zweite Vergleichswert anzeigt, daß die Motordrehzahl unter dem zweiten Schwellwert liegt.
  24. Vorrichtung. nach Anspruch 23, wobei der erste Schwellwert etwa 95 % des Vollausschlags beträgt.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der zweite Schwellwert etwa 6.000 U/min beträgt.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ferner eine Anzeige aufweist und wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bei Detektion von fehlerhaftem Betrieb des Druckgebers den servogesteuerten Motor und das Laufrad sperrt und einen Warnhinweis auf der Anzeige bereitstellt.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit bei Detektion von fehlerhaftem Betrieb des Flußgebers erfolgendem Bereit stellen eines Warnhinweises auf einer Anzeige der Vorrichtung und Ändern des Maskendrucks über eine vorbestimmte Zeitspanne.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Druck erhöht wird und die vorbestimmte Zeitspanne etwa 5 Minuten beträgt.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ferner eine Anzeige aufweist und wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bei Detektion von fehlerhaftem Betrieb des Flußgebers einen Warnhinweis auf der Anzeige bereitstellt und den Maskendruck über eine vorbestimmte Zeitspanne ändert.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner mit bei Detektion von fehlerhaftem Betrieb des Schnarchgebers erfolgendem Bereitstellen eines Warnhinweises auf einer Anzeige der Vorrichtung und Ändern des Maskendrucks über eine vorbestimmte Zeitspanne.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Druck erhöht wird und die vorbestimmte Zeitspanne etwa 5 Minuten beträgt.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Vorrichtung ferner eine Anzeige aufweist und wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, daß sie bei Detektion von fehlerhaftem Betrieb des Schnarchgebers einen Warnhinweis auf der Anzeige bereitstellt und den Maskendruck über eine vorbestimmte Zeitspanne ändert.
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