EP0555652A1 - Gekoppelte Steuerung von Betriebsparametern eines Inkubators - Google Patents

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EP0555652A1
EP0555652A1 EP93100524A EP93100524A EP0555652A1 EP 0555652 A1 EP0555652 A1 EP 0555652A1 EP 93100524 A EP93100524 A EP 93100524A EP 93100524 A EP93100524 A EP 93100524A EP 0555652 A1 EP0555652 A1 EP 0555652A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
incubator
value
parameter
circuit
setpoint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP93100524A
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English (en)
French (fr)
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EP0555652B1 (de
Inventor
Jochim Dr. Koch
Stefan Dr. Frembgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Draegerwerk AG and Co KGaA filed Critical Draegerwerk AG and Co KGaA
Publication of EP0555652A1 publication Critical patent/EP0555652A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0555652B1 publication Critical patent/EP0555652B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G11/00—Baby-incubators; Couveuses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A61G2203/46—General characteristics of devices characterised by sensor means for temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the operating parameters determining the heat balance of a premature or newborn located in an incubator, which include at least the incubator temperature and the humidity to be set in the interior of the incubator, of which the actual values are compared with their associated target values and new setpoints are set for the parameters in the event of a deviation.
  • the purpose of controlling the operating parameters of an incubator is always to determine the ambient conditions for a premature or newborn in the interior of the incubator in such a way that the body loses as little heat as possible from the environment. Maintaining a heat balance necessary for the well-being of the patient means an increased effort for the patient, which is to be reduced by the ambient conditions in the incubator.
  • Essential parameters for maintaining the desired ambient conditions are: Incubator air temperature to avoid convection heat losses, surface temperatures of the incubator hood or the lying surface to avoid temperature losses via heat conduction or heat radiation, and very significantly the moisture content of the incubator air temperature. It is also important to supply the patient with sufficient oxygen to support the heat-producing metabolic balance.
  • the change in one parameter also affects the influence of another parameter on the thermal balance of the premature or newborn.
  • the increase in the incubator air temperature means a reduction in the relative air humidity in the incubator air, which increases the possibility of evaporation of the patient's body to the environment and thus to it Evaporation heat is removed.
  • a lowering of the incubator air temperature means an increase in the relative air humidity, so that in spite of the low incubator air temperature the body temperature of the patient may even be increased, since the possibility of giving off heat of evaporation is reduced.
  • it may be necessary that the necessary oxygen supply is reduced with an increased incubator air temperature and corresponding heating of the body core temperature.
  • the present invention is therefore based on the object of improving a method of the type mentioned in such a way that when the parameters determining the climate in the prenatal and newborn's room are taken into account, their functional relationships which optimize the heat balance are also taken into account, without complex multiple settings for the Individual parameters are necessary.
  • a mother control loop for controlling a first parameter gives the associated actual value or setpoint as a guide value to a link generator, by means of which a link value is determined by means of a link circuit which is forwarded to a daughter circuit for setting the setpoint of a second parameter becomes.
  • the control circuit for regulating the incubator air temperature to a predetermined setpoint value and the circuit for setting the incubator air humidity the user only needs to set the desired incubator temperature, which means that the associated setpoint value for the Setting the incubator humidity is set.
  • the logic circuit in the logic generator determines the functional relationship between the setpoint or actual value of one parameter and the setpoint of the second parameter.
  • the setting of only one parameter for example incubator air temperature
  • the setting of only one parameter thus has a favorable influence on another, for the heat balance of the early and Newborn in the incubator relevant second parameter (eg humidity).
  • the indirect setting of several parameters by coupling a link generator enables the parameters to be adapted to the physiological conditions of the patient in the incubator.
  • the incubator inner wall temperature or the lying surface temperature and also the flow rate of the incubator air temperature can be used as the first parameter for the mother control loop.
  • Both the actual value and the setpoint of the first parameter can be used as a reference value. If the actual value is selected as the reference value for the link generator, it is possible to quickly adapt the second parameter to the current status values of the incubator control. This is particularly favorable for the control of parameters whose associated control or switching circuits have a short time constant. On the other hand, it is expedient to select the setpoint of the first parameter as a guide value for the logic generator if parameters are controlled whose associated control or switching circuits have a long time constant.
  • the corresponding air humidity is selected by the link function by appropriate specification or setting of the incubator temperature and passed on to the circuit for setting the incubator air humidity.
  • a new assigned setpoint for the incubator air humidity is defined via the linking function and passed on to the circuit.
  • the mode of operation of the control loop, logic generator and circuit can equally well lead to success if, for example, the parameter of the incubator humidity is used as an adjustable control variable, according to which an associated incubator air temperature can be determined via the linking function.
  • the coupled adjustable operating parameters reflect the physiological conditions with regard to the Should take into account the heat balance of premature and newborns, it is advisable to adapt the functional relationship between the operating parameters to be coupled based on empirical values to personal selection parameters. For example, an older newborn or one with a higher birth weight needs less humidity at a given incubator air temperature than a patient with a lower weight and younger age, because the skin surface evaporates less body fluid due to its more mature formation and thus loses less heat of evaporation. It can therefore stay in a drier atmosphere.
  • the stored values are stored in a multidimensional table form in which a dimension level is determined by the parameter assignment of temperature and humidity, over which a third and possibly a further dimension is laid, which is determined by one or another personal selection variable, and that by defining the third and further dimensions by entering the selection variables, a multidimensional linking function corresponding to this dimension is selected.
  • a dimension level is determined by the parameter assignment of temperature and humidity, over which a third and possibly a further dimension is laid, which is determined by one or another personal selection variable, and that by defining the third and further dimensions by entering the selection variables, a multidimensional linking function corresponding to this dimension is selected.
  • the simplest form of the table is that a two-dimensional assignment of temperature and humidity is established for the standard values of personal selection variables, such as age, birth weight, gestational age, are fixed in the link generator. However, depending on the circumstances, the user can leave this standard level defined by entering other personal selection variables and select a link function adapted to the changed selection variables.
  • the daughter circuit as a second control circuit by connecting an actual value transmitter for the second parameter to the circuit and comparing the actual value with the setpoint value supplied by the logic generator. If the two values differ from one another, the setting is changed. In this way, two coupled control loops are obtained for different operating parameters, which operate as master-slave control loops, so to speak:
  • the first control loop determines the setpoint of the second control loop via a link generator.
  • the linking function In order to limit the control or regulation of the coupled operating parameters to the values that are favorable for the warmth balance of the premature and newborn babies, it is appropriate to provide upper and / or lower limit values for the linking function. If the operating point exceeds the respective upper or lower limits, only the leading value of the first parameter can be changed without the subsequent value being changed.
  • the incubator air temperature as a guide value and the air humidity as a follow-up value in a Cartesian Coordinate system, where the incubator temperature is the independent variable and the incubator humidity is the dependent variable
  • the linking function extends beyond the upper and lower limit values in a horizontal direction.
  • a shift in the working point as a result of a change in the actual value or setpoint of the incubator air temperature then means no change in the associated incubator air humidity.
  • the circuit breaker can be located at a point in the power train that is appropriate for the circuit between the control circuit for the first parameter and the circuit or control circuit for the second parameter. When the circuit breaker is open, ie when the line connection between the two circuits or control loops is open, the setpoint for each parameter can be given to the control loop or circuit individually via an associated input unit.
  • An incubator for carrying out the method for the coupled control of operating parameters has an enclosed lounge for the premature or newborn, in which a lying surface is provided, and an aggregate room in which a fan for circulating the lounge air heated by a heater and moistened by a humidification device is arranged is.
  • the incubator air temperature is set and maintained using a temperature control loop.
  • the humidification device is connected to a circuit for adjusting the moisture to be released through it into the lounge air.
  • the control circuit for the incubator air temperature is connected to a link generator, which receives the actual value or setpoint relevant for the control loop as a guide value and is connected to the circuit for delivering a subsequent value determined from the guide value via a link function to the circuit. The subsequent value influences the control of the humidification device as a setpoint.
  • the circuit for setting the incubator humidity can be easily completed to form a control circuit by connecting a moisture sensor to the circuit and forwarding the actual value to it.
  • the setting of the humidification device to achieve the desired value is influenced by comparison between the desired value and the actual value and, if there is a corresponding deviation.
  • an interrupter switch is arranged in the cable between the control circuit, logic generator, and circuit.
  • the humidity sensor (10) can be removed, and the circuit, depending on the preselected temperature, sets the humidifier heater (19) to predetermined heating levels, which are divided into ten equal parts from minimum to maximum, the one correspond relative humidity of, for example, 35 to 85%.
  • the link generator (14) only the association between air temperature and heating levels is then related.
  • the 2 shows a functional relationship between the incubator air temperature T and the incubator air humidity H.
  • the parameter range of temperature T ranges from 28 ° C to 39 ° C
  • the parameter range of humidity H ranges from 25% relative humidity to 85% relative humidity.
  • the linking function (15) is defined for a patient (3) located in the incubator (1) in accordance with the personal selection data entered via the input unit (21). Accordingly, the working point A is set at a selected incubator air temperature of 36 ° C., to which a relative air humidity of 78% belongs.
  • This moisture value is given by the link generator (14) as a follow-up value via the line (16) to the daughter circuit (17) and processed there as a setpoint for the setting of the humidification device (8).
  • An upper limit (HI) for the incubator air temperature is 37 ° C, above which an unchanging relative humidity of 85% remains set. If the value falls below a lower limit (LO) at 30.5 ° C, the set relative humidity remains constant at 35%. If other personal selection data are entered in the input unit (21), for example for a very small premature baby, a linking function (115) is selected, which is defined along the dashed line. The relative humidity to be set rises more steeply with increasing incubator air temperature and already reaches the upper limit (G) at around 34.7 ° C.

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der den Wärmehauhalt eines in einem Inkubator befindlichen Früh- oder Neugeborenen bestimmenden Betriebsparameter, zu denen u.a. die Inkubator-Lufttemperatur und die Inkubator-Luftfeuchtigkeit gehören, sollen derart verbessert werden, daß die Einstellung der Parameter auf die den Wärmehaushalt optimierenden Kombination miteinander gekoppelt wird, ohne daß aufwendige Mehrfacheinstellungen für jeden Einzelparameter notwendig sind. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Mutterregelkreis (11) zur Regelung des ersten Parameters den dazugehörigen Istwert als Führungsparameter an einen Verknüpfungsgenerator (14) abgibt, durch welchen mittels einer Verknüpfungsfunktion (15) ein Folgewert ermittelt wird, der an den Tochterschaltkreis (17) als Sollwert für die Einstellung des zweiten Parameters weitergeleitet wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der den Wärmehaushalt eines in einem Inkubator befindlichen Früh- oder Neugeborenen bestimmenden Betriebsparameter, zu welchen zumindest die Inkubator-Temperatur und die im Inkubator-Innenraum einzustellende Luftfeuchtigkeit gehören, von denen die Istwerte mit ihren zugehörigen Sollwerten verglichen und bei einer Abweichung neue Sollwerte für die Parameter festgelegt werden.
  • Die Steuerung von Betriebsparametern eines Inkubators haben stets zum Zweck, die Umgebungsbedingungen für ein Früh- oder Neugeborenes im Inkubator-Innenraum so festzulegen, daß es möglichst wenig Wärmeverlust von seinem Körper an die Umgebung erleidet. Die Aufrechterhaltung eines für das Wohlbefinden des Patienten notwendigen Wärmehaushaltes bedeutet für den Patienten eine erhöhte Anstrengung, die durch die Umgebungsbedingungen im Inkubator vermindert werden soll. Wesentliche Parameter zur Aufrechterhaltung der gewünschten Umgebungsbedingungen sind: Inkubator Lufttemperatur zur Vermeidung von Konvektionswärmeverlusten, Oberflächentemperaturen der Inkubatorhaube oder der Liegefläche zur Vermeidung von Temperaturverlusten über Wärmeleitung bzw. Wärmeabstrahlung, sowie ganz bedeutend der Feuchtigkeitsgehalt der Inkubatorluft-Temperatur. Außerdem ist es wichtig, dem Patienten genügend Sauerstoff zuzuführen, um den Wärme erzeugenden Stoffwechselhaushalt zu unterstützen.
  • Es ist vorgeschlagen worden, diejenigen Parameter, welche die erforderliche günstige Inkubator-Umgebung definieren, über einen Prozeßrechner in der Weise miteinander zu verknüpfen, daß in ihm Vorgabewerte für die Parameter eingegeben und gespeichert werden, welche sich an patientenbezogenen Auswahlgrößen orientieren (DE-A1 39 30 363). Die Auswahlgrößen richten sich z.B. nach Körpergewicht, Lebensalter, Gestationsalter. In Abhängigkeit von diesen Auswahlgrößen sind Erfahrungswerte für die dazugehörigen Inkubator-Parameter bekannt. Die so gespeicherten Vorgabewerte werden mit den Istwerten aus dem Inkubator verglichen und bei Überschreiten bzw. Unterschreiten von vorgegebenen Toleranzwerten führen bestimmte Istwert-Kombinationen zu einer Aussage über den Wärmezustand des Patienten. Ist die Aufrechterhaltung eines erforderlichen Wärmezustandes nicht mehr sichergestellt, wird der Sollwert geeigneter Parameter verändert. Führt z.B. der Vergleich der Istwerte mit den gespeicherten Vorgabewerten zu dem Ergebnis, daß der Patient unterkühlt ist, wird der Sollwert der Inkubator-Lufttemperatur erhöht.
  • Bei dieser Art der Steuerung von Betriebsparametern eines Inkubators in Abhängigkeit von den gemessenen Istwerten wird jedoch nicht berücksichtigt, daß sich die Veränderung des einen Parameters auch auf die Einflußnahme eines anderen Parameters auf den Wärmehaushalt des Früh- oder Neugeborenen auswirkt. So bedeutet z.B. die Erhöhung der Inkubator-Lufttemperatur eine Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit in der Inkubatorluft, wodurch die Verdunstungsmöglichkeit des Patientenkörpers an die Umgebung erhöht und ihm damit Verdunstungswärme entzogen wird. Andererseits bedeutet eine Erniedrigung der Inkubator-Lufttemperatur eine Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit, so daß trotz niedriger Inkubator-Lufttemperatur die Körpertemperatur des Patienten u.U. sogar erhöht wird, da seine Möglichkeit zur Abgabe von Verdunstungswärme gemindert ist. Außerdem kann es erforderlich sein, daß bei einer erhöhten Inkubator-Lufttemperatur und entsprechender Erwärmung der Körperkerntemperatur die notwendige Sauerstoffzufuhr verringert wird.
  • Wenn daher einer der Betriebsparameter in seinem Sollwert verändert werden muß, ist es im Sinne einer optimalen Einstellung der Umgebungsbedingungen des Früh- oder Neugeborenen im Inkubator erforderlich, auch einen zweiten Parameter den veränderten Bedingungen anzupassen. Dies würde für den Benutzer eines Inkubators die zusätzliche Einstellung einer Betriebsgröße bedeuten, die von ihm dazu noch ständig überwacht werden müßte. Da jedoch die Pflege des im Inkubator befindlichen Patienten zu jeder Zeit den Vorrang haben muß, ist die Beobachtung der Einstellung der Betriebsparameter auf ein Mindestmaß zu beschränken; das bedeutet, daß in aller Regel der Benutzer gewillt ist, höchstens einen Betriebsparameter einstellen zu müssen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art so zu verbessern, daß bei der Einstellung der das Klima im Aufenthaltsraum des Früh- und Neugeborenen bestimmenden Parameter auch deren den Wärmehaushalt optimierenden funktionalen Zusammenhänge berücksichtigt werden, ohne daß aufwendige Mehrfacheinstellungen für die Einzelparameter notwendig sind.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß ein Mutterregelkreis zur Regelung eines ersten Parameters den dazugehörigen Istwert oder Sollwert als Führungswert an einen Verknüpfungsgenerator gibt, durch welchen mittels einer Verknüpfungsschaltung ein Folgewert ermittelt wird, der an einen Tochterschaltkreis für die Einstellung des Sollwertes eines zweiten Parameters weitergeleitet wird.
  • Wählt man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren den Regelkreis zur Regelung der Inkubator-Lufttemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert und den Schaltkreis zur Einstellung der Inkubator-Luftfeuchtigkeit, braucht der Anwender lediglich die gewünschte Inkubator-Temperatur einzustellen, wodurch über den Einfluß des Verknüpfungsgenerators der dazugehörige Sollwert für die Einstellung der Inkubator-Luftfeuchtigkeit festgelegt wird. Die Verknüpfungsschaltung im Verknüpfungsgenerator bestimmt den funktionalen Zusammenhang zwischen Sollwert oder Istwert des einen Parameters mit dem Sollwert des zweiten Parameters. Die Einstellung nur eines Parameters (beispielsweise Inkubator-Lufttemperatur) beeinflußt somit in günstiger Weise einen weiteren, für den Wärmehaushalt des Früh- und Neugeborenen im Inkubator maßgeblichen zweiten Parameters (z.B. Luftfeuchtigkeit). Die mittelbare Einstellung mehrerer Parameter über die Kopplung eines Verknüpfungsgenerators ermöglicht die Anpassung der Parameter an die physiologischen Gegebenheiten des im Inkubator befindlichen Patienten.
  • Neben der Inkubatorluft-Temperatur kann auch die Inkubator-Innenwandtemperatur oder die Liegeflächentemperatur, und auch die Strömungsgeschwindigkeit der Inkubatorluft-Temperatur als erster Parameter für den Mutterregelkreis herangezogen werden.
  • Sowohl Istwert als auch Sollwert des ersten Parameters können als Führungswert eingesetzt werden. Wählt man den Istwert als Führungswert für den Verknüpfungsgenerator, ist es möglich, eine schnelle Anpassung des zweiten Parameters an den augenblicklichen Zustandswerten der Inkubator-Steuerung zu erreichen. Dies ist besonders günstig für die Steuerung von solchen Parametern, deren zugehörige Regel- bzw. Schaltkreise eine kurze Zeitkonstante besitzen. Andererseits ist es günstig, den Sollwert des ersten Parameters als Führungswert für den Verknüpfungsgenerator zu wählen, wenn Parameter gesteuert werden, deren zugehörige Regel- bzw. Schaltkreise eine lange Zeitkonstante besitzen.
  • Es hat sich herausgestellt, daß neben der Inkubator-Lufttemperatur eine Änderung der Luftfeuchtigkeit einen maßgeblichen Einfluß auf den Wärmehaushalt des im Inkubator befindlichen Patienten besitzt. Über eine gezielte, fein einstellbare Feuchtigkeitsdosierung in die Inkubatorluft ist die Inkubator-Temperatur fein abgestimmt und uniform über den Aufenthaltsraum verteilt einstellbar. Dabei bleibt dennoch als vom Bediener einzustellender Parameter wie gewohnt die Lufttemperatur. Es ist daher zweckmäßig, in dem Verknüpfungsgenerator Speicherwerte abzulegen, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der Einstellung der Inkubator-Temperatur als ersten Parameter und der Luftfeuchtigkeit als zweiten Parameter festlegen, und daß der Führungswert einen Arbeitspunkt auf der so gebildeten Verknüpfungsfunktion festlegt, durch den ein Wertepaar Führungswert/Folgewert bestimmt ist, und der je nach Größe des Führungswertes entlang dieser Verknüpfungsfunktion verändert wird. Durch entsprechende Vorgabe bzw. Einstellung der Inkubator-Temperatur wird über die Verknüpfungsfunktion die dazugehörige Luftfeuchtigkeit ausgewählt und an den Schaltkreis zur Einstellung der Inkubator-Luftfeuchtigkeit weitergegeben. Bei jeder Veränderung des Istwertes bzw. Sollwertes der Inkubator-Lufttemperatur wird über die Verknüpfungsfunktion ein neuer zugeordneter Sollwert für die Inkubator-Luftfeuchtigkeit festgelegt und an den Schaltkreis weitergegeben.
  • Die Betriebsweise von Regelkreis, Verknüpfungsgenerator und Schaltkreis kann genauso gut umgekehrt zum Erfolg führen, wenn z.B. der Parameter der Inkubator-Luftfeuchtigkeit als einstellbare Regelgröße verwendet wird, nach der sich über die Verknüpfungsfunktion eine zugehörige Inkubator-Lufttemperatur festlegen läßt.
  • Da die gekoppelt einstellbaren Betriebsparameter die physiologischen Gegebenheiten hinsichtlich des Wärmehaushaltes von Früh- und Neugeborenen berücksichtigen sollen, ist es zweckmäßig, den funktionalen Zusammenhang zwischen den zu koppelnden Betriebsparametern anhand von Erfahrungswerten an personenbezogene Auswahlgrößen anzupassen. So benötigt beispielsweise ein älteres Neugeborenes oder ein solches mit höherem Geburtsgewicht, eine geringere Luftfeuchtigkeit bei vorgegebener Inkubator-Lufttemperatur als ein Patient mit niedrigerem Gewicht und jüngerem Alter, da dessen Hautoberfläche wegen ihrer reiferen Ausbildung weniger Körperflüssigkeit verdunstet und dadurch weniger Verdunstungswärme verliert. Er kann sich somit in einer trockeneren Atmosphäre aufhalten. Zu diesem Zweck werden die Speicherwerte in einer mehrdimensionalen Tabellenform abgelegt, in welcher eine Dimensionsebene durch die Parameterzuordnung von Temperatur und Feuchtigkeit festgelegt sind, über die eine dritte und ggf. eine weitere Dimension gelegt ist, die durch eine oder eine weitere personenbezogene Auswahlgröße bestimmt ist, und daß durch Festlegung der dritten und weiteren Dimensionen mittels Eingabe der Auswahlgrößen eine dieser Dimension entsprechende mehrdimensionale Verknüpfungsfunktion ausgewählt wird. Somit ist die einfachste Tabellenform diejenige, daß eine zweidimensionale Zuordnung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufgestellt wird, für die Standardwerte von personenbezogenen Auswahlgrößen, wie z.B. Lebensalter, Geburtsgewicht, Gestationsalter, in dem Verknüpfungsgenerator fest vorgegeben sind. Der Anwender kann jedoch je nach vorliegenden Gegebenheiten durch Eingabe anderer personenbezogener Auswahlgrößen diese so definierte Standardebene verlassen, und eine den geänderten Auswahlgrößen angepaßte Verknüpfungsfunktion auswählen. Er erhält somit die Auswahlmöglichkeit aus einer Vielzahl von Kurvenscharen, die jeweils eine Verknüpfungsfunktion festlegen, die den vorgegebenen Auswahlgrößen zugeordnet sind. So muß z. B. für ein kleines Frühgeborenes die Erhöhung der Inkubator-Luftfeuchtigkeit mit steigender Inkubator-Lufttemperatur steiler erfolgen, als bei einem Frühgeborenen, welches sich schon längere Zeit im Inkubator aufhält und ein entsprechend größeres Körpergewicht angenommen hat.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, den Tochterschaltkreis als zweiten Regelkreis auszubilden, indem ein Istwertgeber für den zweiten Parameter an den Schaltkreis angeschlossen ist, und der Istwert mit dem vom Verknüpfungsgenerator gelieferten Sollwert verglichen wird. Bei Abweichung der beiden Werte voneinander wird die Einstellung verändert. Auf diese Weise erhält man zwei gekoppelte Regelkreise für unterschiedliche Betriebsparameter, die sozusagen als Master-Slave-Regelkreise arbeiten: Der erste Regelkreis bestimmt über einen Verknüpfungsgenerator den Sollwert des zweiten Regelkreises.
  • Um die Steuerung bzw. Regelung der gekoppelten Betriebsparameter auf die für den Wärmehaushalt des Früh- und Neugeborenen günstigen Werte zu begrenzen, ist es angebracht, für die Verknüpfungsfunktion obere und/ oder untere Grenzwerte vorzusehen. Überschreitet der Arbeitspunkt die jeweiligen oberen oder unteren Grenzen, kann nur noch der Führungswert des ersten Parameters verändert werden, ohne daß der Folgewert mitverändert wird. Wählt man als Beispiel wiederum die Inkubator-Lufttemperatur als Führungswert und die Luftfeuchtigkeit als Folgewert in einem kartesischen Koordinatensystem, wobei die Inkubator-Temperatur die unabhängige und die Inkubator-Luftfeuchtigkeit die abhängige Variable bilden, dann verläuft die Verknüpfungsfunktion jenseits der oberen und unteren Grenzwerte in einer horizontalen Richtung. Eine Verschiebung des Arbeitspunktes infolge einer Veränderung des Istwertes bzw. Sollwertes der Inkubator-Lufttemperatur bedeutet dann keine Veränderung der zugehörigen Inkubator-Luftfeuchtigkeit mehr.
  • Es kann unter gegebenen Umständen erforderlich sein, die Kopplung der Betriebsparameter zu unterbrechen, um jeden Parameter einzeln einzustellen, beispielsweise dann, wenn der obere und untere Grenzwert der Verknüpfungsfunktion über- bzw. unterschritten werden und gleichwohl eine Veränderung der Sollwerte für beide Regelkreise bewirkt werden soll, oder wenn die Behandlungstherapie es erforderlich macht, unabhängig von den eingebbaren personenbezogenen Auswahlgrößen individuelle Kombinationen der Einstellparameter vorsehen zu müssen. In diesen Fällen wird die Weiterleitung des Führungswertes an den Verknüpfungsgenerator durch einen Unterbrecherschalter verhindert. Der Unterbrecherschalter kann sich dabei an einen schaltungsbedingt zweckmäßigen Punkt im Leistungszug zwischen dem Regelkreis für den ersten Parameter und dem Schaltkreis bzw. Regelkreis für den zweiten Parameter befinden. Bei geöffnetem Unterbrecherschalter, d.h. bei geöffneter Leitungsverbindung zwischen den beiden Schalt- bzw. Regelkreisen, kann der Sollwert für jeden Parameter einzeln über eine zugehörige Eingabeeinheit an den Regelkreis bzw. Schaltkreis gegeben werden.
  • Ein Inkubator zur Durchführung des Verfahrens zur gekoppelten Steuerung von Betriebsparametern besitzt einen umschlossenen Aufenthaltsraum für das Früh- oder Neugeborene, in dem eine Liegefläche vorgesehen ist, und einen Aggregatraum, in welchem ein Lüfter zur Umwälzung der durch eine Heizung angewärmte und eine Befeuchtungsvorrichtung angefeuchtete Aufenthaltsraumluft angeordnet ist. Die Inkubator-Lufttemperatur wird mittels eines Temperatur-Regelkreises eingestellt und aufrechterhalten. Die Befeuchtungsvorrichtung ist an einen Schaltkreis zur Einstellung der durch sie an die Aufenthaltsraumluft abzugebende Feuchtigkeit verbunden. Der Regelkreis für die Inkubator-Lufttemperatur ist an einen Verknüpfungsgenerator angeschlossen, der den für den Regelkreis maßgeblichen Istwert oder Sollwert als Führungswert empfängt und zur Abgabe eines aus dem Führungswert über eine Verknüpfungsfunktion ermittelten Folgewertes an den Schaltkreis mit diesem verbunden ist. Der Folgewert beeinflußt als Sollwert die Steuerung der Befeuchtungsvorrichtung.
  • Der Schaltkreis zur Einstellung der Inkubator-Luftfeuchtigkeit kann in einfacher Weise zu einem Regelkreis vervollständigt werden, indem ein Feuchtigkeitsfühler an den Schaltkreis angeschlossen und der Istwert an ihn weitergeleitet wird. Durch Vergleich zwischen Sollwert und Istwert und bei entsprechender Abweichung wird die Einstellung der Befeuchtungsvorrichtung zur Erreichung des Sollwertes beeinflußt.
  • Um unter gegebenen Umständen eine getrennte, individuelle Eingabe von Sollwerten an die Regel- bzw. Schaltkreise zu ermöglichen, ist im Leitungszug zwischen Regelkreis, Verknüpfungsgenerator, Schaltkreis ein Unterbrecherschalter angeordnet.
  • Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    das Blockschema eines Inkubators mit zugehöriger gekoppelter Steuerung zweier Betriebsparameter
    Fig. 2
    den funktionalen Zusammenhang zwischen zwei Betriebsparametern über eine Verknüpfungsfunktion
    In Fig. 1 ist ein Inkubator (1) dargestellt, dessen Innenraum (2) der Aufenthaltsraum für ein Frühgeborenes (3) auf einer Liegefläche (4) bildet. Die Innenraumluft des Inkubators wird über einen Lüfter (5) im Aggregatraum (6) umgewälzt und dabei sowohl über eine Heizung (7) als auch über eine Befeuchtungsvorrichtung (8) geleitet. Die Heizung (7) wärmt die Inkubatorluft auf einen vorgewählten, von einem Lufttemperaturfühler (81) erfaßten Temperaturwert an. Während der Umwälzung der Inkubatorluft streicht diese über eine Befeuchtungsöffnung (9) der Befeuchtungsvorrichtung (8), über welche eine mehr oder weniger große Menge an Wasserdampf an die Inkubatorluft abgegeben wird. Der Feuchtigkeitsgehalt der Inkubatorluft wird über einen Luftfeuchtigkeitsfühler (10) erfaßt. Der von dem Lufttemperaturfühler (81) gemessene Meßwert wird als Istwert an einen Mutterregelkreis (11) abgegeben, der ihn mit einem Sollwert vergleicht, der über eine Sollwerteingabe (12) an den Mutterregelkreis eingegeben wird. Der Mutterregelkreis (11) ist ein Leistungsregelkreis, welcher die Heizleistung der Heizung (7) derart beeinflußt, daß der geforderte Sollwert am Lufttemperaturfühler (81) erfaßt wird. Von dem Mutterregelkreis (11) wird entweder der Sollwert oder der Istwert als Führungswert über einen geschlossenen Unterbrecherschalter (13) an einen Verknüpfungsgenerator (14) weitergeleitet. In dem Verknüpfungsgenerator (14) ist der Führungswert, im Beispiel der Istwert der Inkubator-Lufttemperatur, wie sie vom Lüfttemperaturfühler (81) gemessen wird, in funktionalem Zusammenhang mit der über den Luftfeuchtigkeitsfühler (10) gemessenen relativen Luftfeuchtigkeit gebracht. Diesen funktionalen Zusammenhang stellt eine Verknüpfungsfunktion (15) dar (Fig. 2). Je nach gemessener Lufttemperatur T wird auf der Verknüpfungsfunktion (15) ein Arbeitspunkt A festgelegt, zu welchem ein Wert für die Luftfeuchtigkeit H gehört. Dieser Feuchtigkeitswert wird über eine Signalleitung (16) an einen Tochterschaltkreis (17) als Folgewert abgegeben, der für diesen Schaltkreis (17) die Sollwertvorgabe für die Luftfeuchtigkeit im Inkubator (1) darstellt. Dieser Sollwert wird mit dem Istwert der Luftfeuchtigkeit, wie sie vom Luftfeuchtigkeitsfühler (10) ermittelt wurde, verglichen. Bei entsprechender Abweichung zwischen Istwert und Sollwert (Folgewert) wird über eine Heizungssteuerleitung (18) eine Befeuchterheizung (19) der Befeuchtungsvorrichtung (8) angesteuert. Je nach Heizleistung der Befeuchterheizung (19) wird ein darüber befindliches Wasserreservoir (20) erwärmt, wodurch aus der Befeuchtungsöffnung (9) des Wasserreservoirs (20) eine vorgegebene Menge an verdampfter Flüssigkeit an die durch den Lüfter (5) umgewälzte Innenraumluft abgegeben wird. Der Verknüpfungsgenerator (14) ist an eine Eingabeeinheit (21) angeschlossen, über deren Tastenfeld (22) personenbezogene Auswahldaten eingegeben werden können, wodurch im Verknüpfungsgenerator (14) unterschiedliche Verknüpfungsfunktionen (15) festgelegt werden. Die über die Eingabeeinheit (21) eingegebenen personenbezogenen Auswahldaten beziehen sich auf den im Aufenthaltsraum (2) befindlichen Patienten (3), so daß im Verknüpfungsgenerator (14) eine auf diesen speziellen Patienten bezogene Verknüpfungsfunktion (15) die Verbindung zwischen eingestellter Inkubator-Lufttemperatur und erforderlicher Inkubator-Luftfeuchtigkeit hergestellt wird. Sollen die Sollwerte von dem Mutterregelkreis (11) und dem Tochterschaltkreis (17) unabhängig voneinander eingegeben werden können, wird der Unterbrecherschalter (13) in seine gestrichelt dargestellte geöffnete Schaltposition versetzt. Dadurch ist die Verbindungsleitung (23) zwischen Mutterregelkreis (11) und Verknüpfungsgenerator (14) unterbrochen. Die erforderliche Eingabe der Sollwerte für die Inkubator-Lufttemperatur wird über die Sollwerteingabe (12), und der Sollwert der Inkubator-Luftfeuchte wird über die Eingabeeinheit (21) eingegeben.
  • In Vereinfachung des dargestellten Regelkreises (10, 17, 8) kann der Luftfeuchtigkeitsfühler (10) entfernt werden, und der Schaltkreis stellt je nach vorgewählter Temperatur die Befeuchterheizung (19) auf vorbestimmte Heizstufen, die in zehn gleiche Teile von Minimum bis Maximum aufgeteilt sind, die einer relativen Luftfeuchte von beispielsweise 35 bis 85% entsprechen. In dem Verknüpfungsgenerator (14) ist dann lediglich die Zuordnung zwischen Lufttemperatur und Heizstufen in Relation zueinander gebracht.
  • In Fig. 2 ist ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Inkubator-Lufttemperatur T und der Inkubator-Luftfeuchtigkeit H dargestellt. In dem schraffierten Bereich B liegen solche Parameterwerte, die zur Regelung der klimatischen Verhältnisse im Aufenthaltsraum (2) des Inkubators (1) nicht ausgewählt werden sollen. Der Parameterbereich der Temperatur T reicht von 28 °C bis 39 °C, und der Parameterbereich der Feuchtigkeit H reicht von 25 % relative Luftfeuchtigkeit bis 85 % relative Luftfeuchtigkeit. Die Verknüpfungsfunktion (15) ist für einen im Inkubator (1) befindlichen Patienten (3) entsprechend der über die Eingabeeinheit (21) eingegebenen personenbezogenen Auswahldaten festgelegt. Demnach stellt sich bei einer ausgewählten Inkubator-Lufttemperatur von 36 °C der Arbeitspunkt A ein, zu welchem eine relative Luftfeuchtigkeit von 78 % gehört. Dieser Feuchtigkeitswert wird von dem Verknüpfungsgenerator (14) als Folgewert über die Leitung (16) zum Tochterschaltkreis (17) gegeben und dort als Sollwert für die Einstellung der Befeuchtungsvorrichtung (8) verarbeitet. Ein oberer Grenzwert (HI) für die Inkubator-Lufttemperatur liegt bei 37 °C, bei dessen Überschreiten eine unveränderliche relative Luftfeuchtigkeit von 85 % eingestellt bleibt. Bei entsprechendem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes (LO) bei 30,5 °C bleibt die eingestellte relative Luftfeuchtigkeit konstant auf 35 %. Werden in der Eingabeeinheit (21) andere personenbezogene Auswahldaten eingegeben, z.B. für ein sehr kleines Frühgeborenes, wird eine Verknüpfungsfunktion (115) ausgewählt, die entlang dem gestrichelt gezeichneten Verlauf festgelegt ist. Die einzustellende relative Luftfeuchtigkeit steigt mit zunehmender Inkubator-Lufttemperatur steiler an und erreicht den oberen Grenzwert (G) schon bei etwa 34,7 °C.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Steuerung der den Wärmehaushalt eines in einem Inkubator (1) befindlichen Früh- oder Neugeborenen bestimmenden Betriebsparameter, zu welchen zumindest die Inkubator-Temperatur und die im Inkubator-Innenraum (2) einzustellende Luftfeuchtigkeit gehören, deren Istwerte mit ihren zugehörigen Sollwerten verglichen und bei einer Abweichung neue Sollwerte für die Parameter festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mutterregelkreis (11) zur Regelung eines ersten Parameters den dazugehörigen Istwert oder Sollwert als Führungswert an einen Verknüpfungsgenerator (14) abgibt, durch welchen mittels einer Verknüpfungsschaltung ein Folgewert ermittelt wird, der an einen Tochterschaltkreis (17) für die Einstellung des Sollwertes eines zweiten Parameters weitergeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verknüpfungsgenerator (14) Speicherwerte abgelegt sind, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der Inkubator-Temperatur als ersten Parameter und der Luftfeuchtigkeit als zweiten Parameter festlegen, und daß der Führungswert einen Arbeitspunkt A auf der so gebildeten Verknüpfungsfunktion (15) festlegt, durch den ein Wertepaar Führungswert/Folgewert bestimmt ist, und der je nach Größe des Führungswertes entlang dieser Verknüpfungsfunktion (15) veränderbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verknüpfungsgenerator (14) die Speicherwerte in einer mehrdimensionalen Tabellenform abgelegt sind, in welcher eine Dimensionsebene durch die Parameterzuordnung von Temperatur und Feuchtigkeit festgelegt sind, über die eine dritte und ggf. eine weitere Dimension gelegt ist, die durch eine oder ggf. eine weitere personenbezogene Auswahlgröße bestimmt ist, und daß durch Festlegung der dritten und ggf. weiteren Dimensionen mittels Eingabe der Auswahlgrößen eine dieser Dimension entsprechende mehrdimensionale Verknüpfungsfunktion (15) ausgewählt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsfunktion (15) obere (HI) und/oder untere Grenzwerte (LO) aufweist, bei deren Über- oder Unterschreiten eine Verschiebung des Arbeitspunktes A längs der Verknüpfungsfunktion (15) nur noch parallel zu der Veränderung des Führungswertes des ersten Parameters folgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tochterschaltkreis (17) mit einem Istwertgeber (10) des zweiten Parameters verbunden ist, und daß die Einstellung des zweiten Parameters mit Hilfe des Istwertgebers (10) überprüft und bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert auf den Sollwert eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterleitung des Führungswertes an den Verknüpfungsgenerator (14) durch einen Unterbrecherschalter (13) verhindert wird.
  7. Inkubator zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in einem umschlossenen Aufenthaltsraum (2) für das Früh- oder Neugeborene eine Liegefläche (4) vorgesehen ist, und in einem Aggregatraum (6) ein Lüfter (5) zur Umwälzung der durch eine Heizung (7) angewärmten und durch eine Befeuchtungsvorrichtung (8) angefeuchteten Inkubator-Innenraumluft angeordnet sind, wobei die Inkubator-Lufttemperatur mittels eines Temperaturregelkreises (11) eingestellt und aufrechterhalten wird, und die Befeuchtungsvorrichtung (8) mit einem Schaltkreis zur Einstellung der durch sie an die Inkubatorluft abzugebenden Feuchtigkeit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis als Mutterregelkreis (11) an einen Verknüpfungsgenerator (14) angeschlossen ist, der den für Regelkreis (11) maßgeblichen Istwert oder Sollwert als Führungswert empfängt und zur Abgabe eines aus dem Führungswert über eine Verknüpfungsfunktion (15) ermittelten Folgewertes an den Schaltkreis (17) als Tochterschaltkreis mit diesem verbunden ist, und daß der Folgewert als Sollwert für die Steuerung der Befeuchtungsvorrichtung (8) vorgesehen ist.
  8. Inkubator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feuchtigkeitsfühler (10) an den Tochterschaltkreis (17) angeschlossen ist, der dessen Istwert mit dem Sollwert vergleicht und bei Abweichung der beiden Werte die Einstellung der Befeuchtungsvorrichtung (8) zur Erreichung des Sollwertes beeinflußt.
  9. Inkubator nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im elektrischen Leitungszug zwischen Mutterregelkreis (11), Verknüpfungsgenerator (14) und Tochterschaltkreis (17) ein Unterbrecherschalter (13) angeordnet ist.
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