EP3148405A1 - Mobiler akustischer atmungsschrittmacher sowie verfahren zur, auch präventiven, behebung von atmungsstörungen - Google Patents

Mobiler akustischer atmungsschrittmacher sowie verfahren zur, auch präventiven, behebung von atmungsstörungen

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EP3148405A1
EP3148405A1 EP15727539.7A EP15727539A EP3148405A1 EP 3148405 A1 EP3148405 A1 EP 3148405A1 EP 15727539 A EP15727539 A EP 15727539A EP 3148405 A1 EP3148405 A1 EP 3148405A1
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EP
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acoustic
respiratory
pacemaker
mobile
mobile acoustic
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Withdrawn
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EP15727539.7A
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Maik RIEDL
Niels Wessel
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Humboldt Universitaet zu Berlin
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Humboldt Universitaet zu Berlin
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    • A61B5/746—Alarms related to a physiological condition, e.g. details of setting alarm thresholds or avoiding false alarms

Definitions

  • the invention relates to a mobile acoustic respiratory disorders, also preventive, remedial respiratory pacemaker and a method directed thereto.
  • Sleep-related breathing disorders range from snoring, sleep apnea, to life-threatening respiratory distress in newborns or patients with neurodegenerative diseases. Although sleep apnea are not life-threatening, their increased incidence is a risk factor for a number of folk diseases, such as: Hypertension and diabetes, viewed. In addition to the deterioration in health, especially snoring and sleep apnea lead to a deterioration in the quality of life of those affected and their partners.
  • Sleep-disordered breathing manifests itself either in a pathological prolongation of the respiratory interval, such as central apnea and respiratory misfires, or a reduction in upper respiratory muscle tone, resulting in snoring, partial or complete obstruction.
  • the respiratory control is therefore of particular importance, since in addition to the autonomic function of a connection to higher brain regions than the brainstem, which allows a conscious influence on breathing.
  • the effect of the inventive mobile acoustic breathing pacemaker utilizes this connection. It is targeted by means of acoustic stimuli on the Connections to higher brain regions affects the autonomic respiratory center and prevents the mentioned dysfunctions.
  • the generated acoustic stimulus consists of a pulsatile sound emitted by the inventive mobile acoustic respiratory pacemaker.
  • the pulse rate and volume of the acoustic stimulus as a tone sequence are thereby varied by the inventive mobile acoustic breathing pacemaker presettable by an integrated control unit. It is taken into account by an individual adjustability that on the one hand the volume must not be too strong, so that no cortical wake-up reaction, ie a sleep phase change, is triggered and on the other hand the acoustic stimulus is sufficient to achieve the desired effect. It is spoken in this case of an acoustic stimulation.
  • the pulse rate is related to the metabolic needs, e.g. a sufficient supply of oxygen to the user, individually adjustable and can thus be adapted to changing situations.
  • the prediction of the respiratory distress events and the estimation of the metabolic needs and the sleep phase are determined by physiological quantities, e.g. Heart rate and body temperature, made. These physiological measured values are recorded non-invasively in the ear areas via sensors and further processed via a control device, e.g. analyzed, processed, stored and provided via a signal generator of the acoustic stimulus.
  • the wearer of the inventive mobile acoustic breathing pacemaker is similarly independent as in the use of conventional hearing aids that are limited to the amplification of acoustic signals.
  • the object of the invention is to provide a mobile acoustic respiratory pacemaker, which enables prevention of respiratory disorders prior to their entry and thus eliminates the deficiencies of the known prior art.
  • bringing about a rhythm change in the respiration should prevent a coordination of the rhythm of the heart and the respiration, which correlates with the formation of sequences of apnea / hypopnea.
  • the object of the invention is to provide a mobile acoustic respiratory pacemaker, in which an active influencing of the respiratory frequency ensures a continuous breathing, so that the respiration does not have to be awakened.
  • Another object is to provide a mobile acoustic respiratory pacemaker that combines comfort and a compact design. The required power consumption is covered by rechargeable batteries and / or thermal generators and thus no external supply via lines or cable connections is necessary.
  • Another object is to provide an inventive mobile acoustic respiratory pacemaker, which applies an acoustic impulse directly in the ear canal and is so quiet that only the user perceives this and the possibly lying next to the user partner is not disturbed in his sleep.
  • the mobile acoustic respiratory disorders, also preventive, pacemaker-repairing respirator is provided with a body, comprising: a arranged in the body sensor assembly with at least one sensor for measuring at least the heart rate and / or pulse rate and / or body temperature and / or respiratory cycle length, at least a control unit integrated in the body, wherein the control unit is connected to the sensor arrangement and evaluates the measured values of the sensor arrangement and at least one actuator integrated in the body, wherein the actuator is connected to the control unit and wherein an acoustic pulse can be generated by the control unit is controlled.
  • the inventive mobile acoustic breathing pacemaker is preferably placed behind the ear or in the ear entrance, whereby the freedom of movement and a high level of comfort are guaranteed, both of which significantly contribute to undisturbed sleep.
  • the inventive mobile acoustic respiratory pacemaker enables prevention of respiratory disorders through acoustic stimulation. By deliberately influencing the respiratory rhythm, the sequences of apneas and hypopneas are prevented.
  • the inventive mobile acoustic respiratory pacemaker influences the respiratory rhythm without awakening the patient and thus can not only prevent the apnea / hypopnea but also improve the quality of sleep at the same time.
  • the mobile acoustic respiration pacemaker for, also preventive, correction of respiratory disorders with a body has a arranged in the body sensor assembly for measuring the heart rate / pulse rate and other physiological variables, such as the body temperature and / or respiratory cycle length, at least one integrated in the body control unit and at least one actuator integrated in the body, with which an acoustic pulse can be generated.
  • the body can be placed behind the ear or in the ear entrance and the acoustic impulse can be applied directly in the auditory canal.
  • the sensor arrangement is designed such that a non-invasive, continuous measurement, preferably in the ear, can be carried out.
  • the acoustic pulse is an acoustic stimulus, which is a pulse-like sound.
  • the sensor arrangement comprises exactly one sensor.
  • the body is hypoallergenic and flexible.
  • the material of the body is silicone, photopolymer and / or Neutacryl is. Furthermore, the object is achieved by a method according to the
  • FIG. 1 shows an inventive device, which is worn on the outside of the ear, with a connection to the interior of the ear,
  • Fig. 2 shows an inventive device carried in the auricle with a connection to the interior of the ear and exemplarily the acoustic stimulus of a sleeping subject in a lying position with the correlating measuring curves.
  • Figure 1 shows an inventive device, which is worn on the outside of the ear, with a connection to the interior of the ear.
  • FIG. 3 shows the correlation of an acoustic stimulus (4) (above: acoustic stimulation - on / off), in a sleeping subject in a lying position, with the measurement curve of the mean duration of the respiratory cycle (5) (middle) and the measurement curve of the heartbeat intervals (6) (below).
  • the arrows (7) mark the respective beginning of acoustic stimulation.
  • the arrows (8) indicate the decrease in the length of the respiratory cycles due to acoustic stimulation.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mobilen akustischen Atmungsstörungen, auch präventiv, behebenden Atmungsschrittmacher (1) mit einem Korpus (2), der aufweist: eine in dem Korpus (2) angeordnete Sensoranordnung mit wenigstens einem Sensor zur Messung wenigstens der Herzrate und/oder Pulsrate und/oder Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, wenigstens einer in dem Korpus (2) integrierten Regeleinheit, wobei die Regeleinheit mit der Sensoranordnung verbunden ist und die Messwerte der Sensoranordnung auswertet und wenigstens einem in dem Korpus (2) integrierten Aktor, wobei der Aktor mit der Regeleinheit verbunden ist und wobei ein akustischer Impuls (4) erzeugbar ist, der von der Regeleinheit angesteuert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Atmungsstörungenbehebungsverfahren, auch präventiv, mit einem mobilen akustischen Atmungsschrittmacher (1).

Description

Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher sowie
Verfahren zur, auch präventiven, Behebung von Atmungsstörungen
Die Erfindung betrifft einen mobilen akustischen Atmungsstörungen, auch präventiv, behebenden Atmungsschrittmacher und ein darauf gerichtetes Verfahren.
Schlafbezogene Atmungsstörungen reichen von Schnarchen, über Schlafapnoen bis hin zu lebensbedrohlichen Atmungsaussetzern bei Neugeborenen oder Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen. Auch wenn die Schlafapnoen nicht lebensbedrohlich sind, wird ihr gehäuftes Auftreten als Risikofaktor für eine Reihe von Volkserkrankungen, wie z.B. Bluthochdruck und Diabetes, angesehen. Neben der gesundheitlichen Verschlechterung führen speziell Schnarchen und Schlafapnoen zu einer Verschlechterung der Lebensqualität der Betroffenen und ihrer Lebenspartner.
Die hohe Prävalenz, insbesondere von Schlafapnoen, und ihre ernsten Folgen sind Gründe für ein hohes Interesse der einzelnen Betroffenen und des allgemeinen Gesundheitssystems, diese Dysfunktionen zu vermeiden.
Die schlafbezogenen Atmungsstörungen äußern sich entweder in einer pathologischen Verlängerung des Atmungsintervalls, wie zentrale Apnoe und Atmungsaussetzer oder einer Verringerung des Muskeltonus der oberen Atemwege, was zu Schnarchen bzw. teilweiser oder vollständiger Obstruktion dieser führt.
Eine der Hauptursachen ist eine Dysfunktion der autonomen Atmungssteuerung. Der Atmungssteuerung kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu, da neben der autonomen Funktion eine Verbindung zu höheren Hirnregionen als dem Hirnstamm besteht, die eine bewusste Beeinflussung der Atmung zulässt.
Die Wirkung des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers nutzt diese Verbindung. Dabei wird mittels akustischer Reize gezielt über die Verbindungen zu höheren Hirnregionen das autonome Atmungszentrum beeinflusst und die genannten Dysfunktionen verhindert.
Der erzeugte akustische Reiz besteht aus einem pulsartigen Ton der vom erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher abgegeben wird. Die Pulsrate und Lautstärke des akustischen Reizes als Tonfolge werden dabei vom erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher voreinstellbar durch eine integrierte Regeleinheit variiert. Dabei wird durch eine individuelle Einstellbarkeit berücksichtigt, dass die Lautstärke einerseits nicht zu stark sein darf, sodass keine kortikale Weckreaktion, also ein Schlafphasenwechsel, ausgelöst wird und andererseits der akustische Reiz ausreicht, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Es wird in diesem Fall von einer akustischen Stimulation gesprochen.
Die Pulsrate ist an die metabolischen Bedürfnisse, wie z.B. einer ausreichenden Sauerstoffversorgung des Nutzers, individuell einstellbar und kann damit auch an sich ändernde Situationen angepasst werden. Die Vorhersage der Atmungsstörungsereignisse und die Abschätzung der metabolischen Bedürfnisse und der Schlafphase werden über physiologische Größen, wie z.B. Herzrate und Körpertemperatur, vorgenommen. Diese physiologischen Messwerte werden über Sensoren nichtinvasiv im Ohrbereiche aufgenommen und über eine Regeleinrichtung weiterverarbeitet, z.B. analysiert, prozessiert, gespeichert und über einen Signalerzeuger der akustische Reiz bereitgestellt.
Vorteil dieses gerätetechnischen Aufbaus ist die integrierte und leichte Bauweise aller erforderlichen Komponenten im erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher. Damit ist der Träger des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers ähnlich unabhängig wie bei der Nutzung konventioneller Hörgeräte, die sich auf die Verstärkung von akustischen Signalen beschränken.
Der Tragekomfort durch die Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen und die Möglichkeiten der autarken Energieversorgung ist erheblich. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Verhinderung von Sauerstoffmangelschäden und zur Behebung von Atmungsstörungen, wie z.B. aus der DE 36 04 986 A1 , bekannt, die überwachend arbeiten, allerdings erst bei Störungen, angezeigt durch den sogenannten Chemoreflexes, reagieren und deren Behebungserfordernis aktiviert werden und einen Atemweckreiz auslösen. Damit sind sie für einen präventiven Einsatz ungeeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher und ein darauf gerichtetes Verfahren anzugeben, mit dem eine präventive Behebung von Atmungsstörungen ermöglicht wird. Aufgabe der Erfindung ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der eine Prävention von Atmungsstörungen vor deren Eintritt ermöglicht und damit die Mängel des bekannten Standes der Technik beseitigt. Dabei soll eine Herbeiführung einer Rhythmusänderung der Atmung eine Koordination des Rhythmus von Herz und Atmung verhindern, welche mit der Entstehung von Sequenzen von Apnoen/Hypopnoen korreliert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, bei dem eine aktive Beeinflussung der Atmungsfrequenz eine fortlaufende Atmung gewährleistet, sodass die Atmung nicht geweckt werden muss. Eine weitere Aufgabe ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der Tragekomfort und eine kompakte Bauweise vereint. Wobei die benötigte Leistungsaufnahme durch aufladbare Batterien und/oder Thermogeneratoren gedeckt wird und damit keine externe Versorgung über Leitungen oder Kabelverbindungen nötig ist. Eine weitere Aufgabe ist es, einen erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der einen akustischen Impuls direkt im Gehörgang appliziert und dabei so leise ist, dass nur der Nutzer diesen wahrnimmt und der ggf. neben dem Nutzer liegende Partner in seinem Schlaf nicht gestört wird. Erfinderisch ist der mobile akustische Atmungsstörungen, auch präventiv, behebende Atmungsschrittmacher mit einem Korpus versehen, wobei dieser aufweist: eine in dem Korpus angeordnete Sensoranordnung mit wenigstens einem Sensor zur Messung wenigstens der Herzrate und/oder Pulsrate und/oder Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, wenigstens einer in dem Korpus integrierten Regeleinheit, wobei die Regeleinheit mit der Sensoranordnung verbunden ist und die Messwerte der Sensoranordnung auswertet und wenigstens einem in dem Korpus integrierten Aktor, wobei der Aktor mit der Regeleinheit verbunden ist und wobei ein akustischer Impuls erzeugbar ist, der von der Regeleinheit angesteuert wird.
Dabei wird der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher vorzugsweise hinter dem Ohr bzw. im Ohreingang platziert, womit die Bewegungsfreiheit und ein hoher Tragekomfort gewährleistet sind, welche beide maßgeblich zum ungestörten Schlaf dazugehören. Der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher ermöglicht eine Prävention von Atmungsstörungen durch akustische Stimulation. Dabei werden durch eine gezielte Beeinflussung des Atmungsrhythmus die Sequenzen von Apnoen und Hypopnoen verhindert.
Eine wichtige und wesentliche Maßgabe bei dieser Herangehensweise ist, dass der mobile akustische Atmungsschrittmacher mit seiner Stimulation keine Weckreaktion, d.h. die induzierte Einleitung einer Wachphase, auslöst, da man diese, durch die Apnoen herbeigeführt, im erfinderischen Verfahren gerade verhindern will.
Die Ablösung der apnoebedingten Arousals durch extern ausgelöste Arousals, bei bestehenden Verfahren, führt trotz der Verbesserung der Sauerstoffversorgung zu keiner Verbesserung der gefährlichen Schlaffragmentierung.
Neben der Unterversorgung mit Sauerstoff zählt die Fragmentierung des Schlafs durch die apnoebedingten Arousals zu den wesentlichen Faktoren für Folgeerkrankungen. Diese Fragmentierung wird durch den Einsatz des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers vermieden, da dieser eben gerade diesen Weckreiz nicht auslöst.
Der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher beeinflusst den Atmungsrhythmus ohne den Patienten zu wecken und kann damit nicht nur die Apnoen/Hypopnoen verhindern sondern auch gleichzeitig die Qualität des Schlafes verbessern.
Diese Aufgaben werden gelöst durch einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher gemäß der Merkmalskombination gemäß Hauptanspruch.
Der mobile akustische Atmungsschrittmacher für die, auch präventive, Behebung von Atmungsstörungen mit einem Korpus weist eine in dem Korpus angeordnete Sensoranordnung zur Messung der Herzrate / Pulsrate und weiterer physiologischer Größen, wie der Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, wenigstens einer in dem Korpus integrierten Regeleinheit und wenigstens einem in dem Korpus integrierten Aktor, mit dem ein akustischer Impuls erzeugbar ist, auf.
Der Korpus ist hinter dem Ohr oder im Ohreingang platzierbar und der akustische Impuls direkt im Gehörgang applizierbar ist.
Die Sensoranordnung ist derart ausgebildet ist, dass eine nichtinvasive, kontinuierliche Messung, bevorzugt im Ohr, durchführbar ist. Der akustische Impuls ist ein akustischer Reiz, wobei dieser ein pulsartiger Ton ist.
Die Sensoranordnung umfasst genau einen Sensor.
Der Korpus ist antiallergisch und flexibel ausgebildet.
Das Material des Korpus ist Silikon, Photopolymer und/oder Neutacryl ist. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß dem
nebengeordneten Anspruch.
Das Atmungsstörungenbehebungsverfahren, auch präventiv, mit einem erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher umfasst die folgenden Schritte:
- kontinuierliche Messung der Herzrate und/oder Pulsrate und/oder
Atmungszyklus und/oder Körpertemperatur;
- Anpassung von Schwellwertgrößen, durch eine Korrelation der einzelnen Messkurven der physiologischen Größen, wobei die Schwellwertgrößen in Relation zu einer respiratorischen Dysfunktion bzw. Schlafphase stehen;
- Ein- und/oder Abschalten eines akustischen Impulses bei Erreichen,
Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwertgrößen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfinderische Vorrichtung, die außen am Ohr getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs,
Fig. 2 eine erfinderische Vorrichtung, die in der Ohrmuschel getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs und beispielhaft den akustischen Stimulus eines schlafenden Probanden in liegender Position mit den korrelierenden Messkurven.
Figur 1 zeigt eine erfinderische Vorrichtung, die außen am Ohr getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs.
In Figur 2 ist eine erfinderische Vorrichtung, die in der Ohrmuschel getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs dargestellt. In Figur 3 wird die Korrelation eines akustischen Stimulus (4) (oben: akustische Stimulation - an/aus), bei einem schlafenden Probanden in liegender Position, mit der Messkurve der mittleren Dauer des Atmungszyklusses (5) (mitte) und der Messkurve der Herzschlagintervalle (6) (unten) gezeigt. Die Pfeile (7) markieren den jeweiligen Beginn von akustischer Stimulation. Die Pfeile (8) kennzeichnen den Abfall der Länge der Atmungszyklen infolge akustischer Stimulation.
Bezugszeichenliste
mobiler akustischer Atmungsschrittmacher flexibler Korpus
Ohr
akustischer Stimulus
Messkurve der mittleren Dauer des Atmungszyklusses Messkurve der Herzschlagintervalle
Start der akustischen Stimulation
Reaktion der Atmungszykluslänge auf den Stimulus

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Mobiler akustischer Atmungsstörungen, auch präventiv, behebender
Atmungsschrittmacher (1) mit einem Korpus (2) aufweisend:
- eine in dem Korpus (2) angeordnete Sensoranordnung mit wenigstens einem Sensor zur Messung wenigstens der Herzrate und/oder Pulsrate und/oder Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge,
- wenigstens einer in dem Korpus (2) integrierten Regeleinheit, wobei die Regeleinheit mit der Sensoranordnung verbunden ist und die Messwerte der Sensoranordnung auswertet
und
- wenigstens einem in dem Korpus (2) integrierten Aktor, wobei der Aktor mit der Regeleinheit verbunden ist und wobei ein akustischer Impuls (4) erzeugbar ist, der von der Regeleinheit angesteuert wird.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Korpus
(2) hinter dem Ohr
(3) oder im Ohreingang platzierbar
und
der akustische Impuls
(4) direkt im Gehörgang applizierbar ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoranordnung derart ausgebildet ist, dass eine nichtinvasive, kontinuierliche Messung, bevorzugt im Ohr (3), durchführbar ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der akustische Impuls ein akustischer Reiz ist, wobei dieser ein pulsartiger Ton ist.
5. Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoranordnung genau einen Sensor umfasst.
6. Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Korpus (2) antiallergisch und flexibel ausgebildet ist.
7. Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material des Korpus (2) Silikon, Photopolymer und/oder Neutacryl ist.
8. Atmungsstörungenbehebungsverfahren, auch präventiv, mit einem mobilen akustischen Atmungsschrittmacher (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
umfassend die folgenden Schritte:
- kontinuierliche Messung der Herzrate und/oder Pulsrate und/oder Atmungszyklus und/oder Körpertemperatur;
- Anpassung von Schwellwertgrößen, durch eine Korrelation der einzelnen Messkurven der physiologischen Größen, wobei die Schwellwertgrößen in
Relation zu einer respiratorischen Dysfunktion bzw. Schlafphase stehen;
- Ein- und/oder Abschalten eines akustischen Impulses bei Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwertgrößen.
EP15727539.7A 2014-05-28 2015-04-01 Mobiler akustischer atmungsschrittmacher sowie verfahren zur, auch präventiven, behebung von atmungsstörungen Withdrawn EP3148405A1 (de)

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