EP4004937A1

EP4004937A1 - Vorrichtung zur unterstützenden beatmung eines lebewesens und computerprogramm

Info

Publication number: EP4004937A1
Application number: EP20745173.3A
Authority: EP
Inventors: Stephan RÜLLER; Susanne Greve
Original assignee: Forschungszentrum Borstel Leibniz Lungenzentrum FZB
Current assignee: Forschungszentrum Borstel Leibniz Lungenzentrum FZB
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-06-01
Also published as: WO2021018691A1; DE102019120307A1; CN114144218A; AU2020321288B2; US20220305227A1; AU2020321288A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einer Sensoranordnung, einer programmierbaren Steuereinheit (10) und einer von der Steuereinheit (10) ansteuerbaren Luftförderungseinheit (6). Die Sensoranordnung weist einen Drucksensor (9) und einen Luftstromsensor (11) auf, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens (3) eingerichtet sind. Die programmierbare Steuereinheit (10) ist zur Auswertung von aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atemluftdruckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufen und Atemluftstrom Verläufen eingerichtet. Zur Bereitstellung einer für das Lebewesen (3) besonders komfortablen und individuell auf momentane Bedürfnisse des Lebewesens (3) angepassten Beatmung wird vorgeschlagen, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens (3) und deren Ursache anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atemluftstromverläufe eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einem Beatmungsgerät (1), wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit des Beatmungsgeräts (1) ausgeführt wird.

Description

Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens und Computerprogramm

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewe sens. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der unterstützenden Beatmung von Pati enten mit Atemproblemen. Unterstützende Beatmung bezeichnet hierbei eine Beat mung von Lebewesen, die während der Beatmung selbständig Atembewegungen ausführen. Beispielsweise zählen hierzu die sogenannte assistierte und die teilkon trollierte Beatmung, bei der eine Atembemühung des Lebewesens von der Vorrich tung erkannt und in Abhängigkeit der natürlichen Atmung des Lebewesens ein Ein atmen („Inspiration“) oder ein Ausatmen („Exspiration“) des Lebewesens durch einen relativ zum aktuell bestehenden Druck von der Vorrichtung induzierten Unter- oder Überdruck in den Atemwegen des Lebewesens gefördert wird. Eine Inspiration ist eine Atmungsphase mit überwiegend einwärts in das Lebewesen gerichteter Luft strömung, eine Exspiration ist eine Atmungsphase mit überwiegend auswärts aus dem Lebewesen gerichteter Luftströmung. Ferner ist in der Medizin die kontrollierte Beatmung bekannt, die insofern von der unterstützenden Beatmung abzugrenzen ist, als kontrolliert beatmete Patienten keine eigenständigen Atembewegungen ausfüh ren oder aber die Beatmung dem Patienten aufgezwungen wird, der sich mit seinen eigenständigen Atembemühungen daran anpassen muss. Bei der kontrollierten Be atmung werden Atemfrequenzen und somit Inspirations- und Exspirationsphasen von der Vorrichtung vorgegeben, während diese bei der assistierten Beatmung von der Vorrichtung automatisch an die eigenständig vorgenommene Atmung des Lebewe sens angepasst werden. Die teilkontrollierte Beatmung basiert auf einer assistierten Beatmung, es ist jedoch eine Mindestatemfrequenz („Sicherheitsfrequenz“ oder„Ba- ckup-Frequenz“) von der Vorrichtung vorgegeben. Beispiele für Vorrichtungen zur unterstützenden Beatmung sind im Fall der assistierten Beatmung BiPAP-S, Bilevel- S oder PSV Geräte, im Fall der kontrollierten Beatmung PCV oder BiPAP-T Geräte und im Fall der teilkontrollierten Beatmung BiPAP-ST oder aPCV Geräte.

Als Beispiel für Lebewesen, die eine unterstützende Beatmung benötigen, seien COPD-Patienten genannt, speziell solche mit hyperkapnischer respiratorischer Insuf fizienz. Bei diesen Patienten ist es aufgrund verschiedener Erkrankungen zu Struk turveränderungen in der Lunge gekommen, die eine vermehrte Arbeit der Atemmus kulatur erforderlich machen, um einen ausreichenden Gasaustausch zu gewährleis ten. Mit Fortschreiten der Erkrankung kommt es zunehmend zu einer Erschöpfung der Atemmuskulatur, in deren Folge es zu Luftnot-Empfindungen bei der Atmung schon bei sehr geringen Anstrengungen kommen kann. In ausgeprägten Fällen sind die Atemmuskulatur und der Atemantrieb, insbesondere auch nachts im Schlaf, nicht mehr in der Lage, die Strukturveränderungen der Lunge durch vermehrte Atemtiefe und Zunahme der Atemfrequenz ausreichend zu kompensieren und es kommt zu einer ventilatorischen Insuffizienz.

Die EP 2542286 A2 offenbart eine Beatmungsvorrichtung mit einer steuerbaren Luft abgabeeinheit oder einer Ventilsteuereinheit mit einem Druckregelventil, wobei die Beatmungsvorrichtung einen Luftmassenmesser, einen Drucksensor und eine pro grammierbare Steuereinheit aufweist. Um eine unerwünschte Überblähung der Lun ge des beatmeten Lebewesens zu vermeiden, werden bei der Steuerung der Luftab gabeeinheit bzw. der Ventilsteuereinheit ein frühzeitig reduzierter Druckverlauf in der Einatmungsphase sowie ein dynamisch geregelter Gegendruck in einer Ausat mungsphase des Lebewesens vorgesehen.

Die WO 2006/079152 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Erkennung ineffizienter Atem bewegungen eines beatmeten Lebewesens. Hierzu wird ein exspi- ratorischer Atemluftstrom des Lebewesens auf Störungen überwacht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur unterstützenden Be atmung anzugeben, mit der eine für das Lebewesen besonders komfortable und in- dividuell auf momentane Bedürfnisse des Lebewesens angepasste Beatmung be reitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit dem Compu terprogramm gemäß Anspruch 23 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Vorrichtung dient der unterstützenden Beatmung eines Lebewesens, beispiels weise eines Menschen. Die unterstützende Beatmung kann beispielsweise aufgrund einer Atemwegs- oder Lungenerkrankung des Lebewesens erforderlich sein, wes halb das Lebewesen in dieser Anmeldung auch als Patient bezeichnet wird. Die Vor richtung hat eine ansteuerbare Luftförderungseinheit, die beispielsweise einen Venti lator, eine Pumpe, eine steuerbare Turbine oder eine Luftkompressionseinrichtung, z. B. einen Kolbenkompressor, aufweist. Zur Steuerung der abgegebenen Luftmenge kann die Luftförderungseinheit zusätzlich ein Drucksteuerventil oder eine Ventilan ordnung aufweisen. Es kann auch ein Ventilsteuerungsgerät an Stelle der Luftförde rungseinheit vorgesehen sein. Das Ventilsteuerungsgerät kann als Zusatzgerät zwi schen ein konventionelles Beatmungsgerät und das zu beatmende Lebewesen ge schaltet werden.

Die Luftförderungseinheit kann beispielsweise wahlweise, insbesondere automatisch einen stufenlos einstellbaren Unter- oder Überdruck erzeugen, etwa durch Anpas sung der Drehrichtung und -geschwindigkeit eines Ventilators. Auf diese Weise kann dem Lebewesen die jeweils momentan benötigte Atem Unterstützung bereitgestellt werden.

Im Stand der Technik ist es üblich, dass gattungsgemäße Vorrichtungen zur Inspira tion den von der Vorrichtung gelieferten Beatmungsdruck anheben („IPAP“ = Inspira- tory Positive Airway Pressure, Beatmungsdruck während der Inspiration) und zur Ex spiration absenken („EPAP“ = Expiratory Positive Airway Pressure, Beatmungsdruck während der Exspiration). Der IPAP und EPAP werden üblicherweise von einem Therapeuten festgelegt und an der Vorrichtung eingestellt. Neben dem IPAP und dem EPAP werden häufig noch Vorgaben für die Beatmungsfrequenz, die IPAP-Zeit (Zeitdauer, für die der Inspirationsdruck in der Einatemphase festgelegt ist), das Ver- hältnis der Zeiten von IPAP/EPAP und eine Sensibilität für nachfolgend noch erläu terte Inspirations- und Exspirationstrigger festgelegt. Eine Beatmung wird fachübli cherweise als effizient betrachtet, wenn ein ausreichendes Tidalvolumen und/oder ein ausreichendes Atemminutenvolumen erzielt wird. Das ausreichende Maß wird u.a. nach Erfahrungswerten, der zugrundeliegenden Beatmungsindikation, der Er krankung und Blutgasanalysen festgelegt.

Die Umschaltung der Vorrichtung von einem EPAP auf einen IPAP kennzeichnet das Ende eines Exspirationsmodus und den Beginn eines Inspirationsmodus, der so lan ge anhält, bis die Vorrichtung von dem IPAP auf einen EPAP umschaltet. Die Um schaltung der Vorrichtung von einem IPAP auf einen EPAP kennzeichnet das Ende eines Inspirationsmodus und den Beginn eines Exspirationsmodus, der so lange an hält, bis die Vorrichtung von dem EPAP auf einen IPAP umschaltet.

Die Vorrichtung hat eine Sensoranordnung mit einem Drucksensor und einem Luft stromsensor. Der Drucksensor kann beispielsweise ein Differenzdrucksensor sein, der Luftstromsensor ist zum Beispiel ein Pneumotachograph. Beide Sensoren kön nen in einem gemeinsamen Gehäuse oder räumlich getrennt voneinander vorgese hen sein. Zur Erfassung von Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten des Le bewesens sind die Sensoren beispielsweise in oder an einer Atemmaske oder in o- der an einem Verbindungsschlauch zwischen dem Beatmungsgerät und der Atem maske oder in einem Ventilsteuergerät der Vorrichtung angeordnet. Ganz allgemein sind im Zusammenhang mit dieser Anmeldung die Wörter„ein/eine“ nicht als Zahl wort zu verstehen, sondern als unbestimmte Artikel mit dem Wortsinn von„mindes tens ein/eine“. Somit können beispielsweise auch mehrere Druck- oder Luft stromsensoren vorgesehen sein. Der Drucksensor und der Luftstromsensor sind zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atem luftdruckwerten und Atem luft stromwerten des Lebewesens eingerichtet, sodass die Sensoren zur fortlaufenden Messung der genannten Werte geeignet sind.

Die erfassten Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte werden beispielsweise kontinuierlich oder quasikontinuierlich an eine programmierbare Steuereinheit der Vorrichtung übertragen und von dieser ausgewertet. Hierzu weist die programmier bare Steuereinheit eine geeignete Recheneinheit sowie gegebenenfalls erforderliche Speichermittel und/oder geeignete Software auf, um beispielsweise mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Atem luftdruckwerte und/oder Atem luftstromwerte jeweils oder miteinander zusammenhängend auszuwerten. Aufgrund der zeitlich aufeinanderfol genden Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte werden diese in den Anmelde unterlagen auch als Atemluftdruckverläufe und Atem luftstrom Verläufe bezeichnet, um diese von der Auswertung einzelner, zeitunabhängiger Absolutwerte, beispielsweise im Rahmen einer ausschließlichen Schwellenwertüberwachung, abzugrenzen. Atem luftdruckverläufe und Atem luftstrom Verläufe können beispielsweise in der Praxis zur Veranschaulichung grafisch als Funktionskurven oder Kurvenabschnitte dargestellt werden und somit einen relativen oder absoluten zeitlichen Verlauf von Druck- oder Luftstromwerten abbilden. Bei der Auswertung können einerseits die absoluten Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte zu verschiedenen Zeitpunkten betrachtet werden wie auch relative zeitliche Änderungen der jeweiligen Werte. Insbesondere kann auch eine zusammenhängende Auswertung der Atem luftdruckverläufe und Atem luftstrom Verläufe in Beziehung zueinander vorgesehen sein.

Die programmierbare Steuereinheit ist erfindungsgemäß zur Erkennung beatmungs assoziierter frustraner Atembewegungen des Lebewesens anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet. Unter einer frustranen Atembewegung unter Beatmung wird eine Atembemühung des Lebewesens verstanden, die nicht zu dem mit der Atembemühung angestrebten aufgenommenen oder abgegebenen Luftvolumen führt, beispielsweise von einer Vor richtung zur unterstützenden Beatmung nicht ausreichend als Atembemühung er kannt wird und somit nicht zu einer Umschaltung der Vorrichtung von einem Inspira tionsmodus zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt führt. Eine solche frustrane Atembewegung kann für den Patienten unangenehm sein und zu gefühlter Atemnot oder Flachatmung führen. Eine frustrane Atembewegung kann aber auch, besonders im Schlaf, nur ineffektiv sein und nur zu einer vermehrten Atemarbeit führen, die dem eigentlichen Ziel der Beatmung entgegenwirkt, da eine Beatmung beispielsweise den Zweck hat, die Atemarbeit des Patienten zu minimieren. Frustrane Atembewegungen können während einer Inspirationsphase und/oder einer Exspirationsphase des Le bewesens auftreten bzw. zu einem Zeitpunkt auftreten, zu dem ein auswärtsgerichte ter oder aber einwärtsgerichteter Luftstrom besteht, bzw. zu dem der von der Vorrich tung applizierte Druck sich auf einem IPAP-Niveau oder einem EPAP-Niveau befin- det. Obstruktive schlafbezogene Atemregulationsstörungen können zwar auch zu frustranen Atembewegungen führen, entstehen aber nicht primär unter Beatmung und sind daher grundsätzlich zu unterscheiden.

Zur Identifizierung der beatmungsassoziierten, frustranen Atembewegung - im fol genden vereinfachend als frustrane Atembewegung bezeichnet - analysiert die pro grammierbare Steuereinheit die aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten gebildeten Atem luftdruckverläufe und/oder Atem luftstrom Verläufe. Es wurde erkannt, dass frustrane Atembewegungen bereits anhand charakteristischer Merkmale in den Ver läufen der erfassten Sensorwerte identifizierbar sind. Dementsprechend wird die frustrane Atembewegung vorliegend insbesondere ausschließlich anhand der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe erkannt, sodass bereits mit ei nem oder zwei Sensoren, die üblicherweise bereits für andere Messzwecke in derar tigen Vorrichtungen eingesetzt werden, auf das Vorliegen einer frustranen Atembe wegung geschlossen werden kann. Somit sind insbesondere keine zusätzlichen Sensoren zur Erkennung frustraner Atembewegungen erforderlich, beispielsweise keine in die Atemwegsorgane führenden Messsonden, wie es etwa bei Ösophagus sonden, Okklusionsmessungen oder polygrafischen bzw. polysom nografischen Ana lysen zur Untersuchung und Überwachung betroffener Patienten üblich ist. Die Erfin dung basiert somit auf einer nicht-invasiven Erkennung frustraner Atembewegungen. Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen Aufbau und eine einfache Funktionsweise auf.

Überraschenderweise ist es trotz Beschränkung der Auswertung auf ein bis zwei physikalische Größen möglich, zuverlässige Aussagen über das Auftreten frustraner Atembewegungen zu treffen, da die in diesem Fall in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atem luftstrom Verläufen auftretenden charakteristischen Merkmale eindeu tig, nachweisbar und wiederholbar sind. Hierbei wird insbesondere der Effekt ausge nutzt, dass zeitliche Werteverläufe eine deutlich höhere Informationsdichte aufweisen als jeweils für sich betrachtete Momentanwerte. Insbesondere können zeitliche Wer teverläufe mit geeigneten Speicher- oder Übertragungsmitteln auch über längere Zeiträume ausgewertet werden und beispielsweise Langzeitbeobachtungen zu etwa igen Begleitumständen oder Auslösern frustraner Atembewegungen ermöglichen. Somit kann die zeitliche Betrachtung von Atem luftdruckwerten und Atemluftstromwer- ten wertvolle Informationen über den momentanen oder längerfristig betrachteten atmungsbezogenen Zustand des Lebewesens liefern. Aufgrund der präzisen Analyse der Atmung des Lebewesens im Rahmen der Erfindung ist es überdies möglich, maßgeschneiderte Gegenmaßnahmen für die anhand charakteristischer Merkmale identifizierten frustranen Atembewegungen vorzusehen. Insbesondere können gege benenfalls unterschiedlich ausgeprägte oder unterschiedlich ausgelöste frustrane Atembewegungen aufgrund voneinander abweichender charakteristischer Merkmale unterschieden werden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Durch die Unterschei dung wird es möglich, entsprechende Gegenmaßnahmen individuell auf die

Atmungs- und Beatmungssituation des Patienten abzustimmen.

Die für frustrane Atembewegungen charakteristischen Merkmale können Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten und/oder Zeitabschnitten der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe sein. Hierbei können einzelne lokale oder regio nale Merkmale jeweils für sich betrachtet oder in Zusammenhang mit weiteren Merkmalen als charakteristisch bezeichnet werden. So kann etwa in einer Exspirati onsphase eines Atemluftdruckverlaufs ein lokales Minimum mit innerhalb einer vor gegebenen Zeitspanne darauffolgendem lokalem Maximum als charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. In einem Atem luftstromverlauf können beispielsweise zwei in einer vorgegebenen Zeitspanne auf einanderfolgende Atemluftstromerhöhungen in einer Exspirationsphase als charakte ristische Merkmale einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. Es kön nen auch in vordefinierten Zeitspannen auftretende Oszillationen in den Atem luft strom- und/oder Atem luftdruckverläufen als charakteristische Merkmale einer oder mehrerer aufeinander folgender frustraner Atembewegungen herangezogen werden. Hierbei handelt es sich jeweils um Beispiele, die nicht abschließend als Auflistung charakteristischer Merkmale zu betrachten sind, zumal die präzise Erkennung und Analyse frustraner Atem bewegungen anhand der Atem luftstrom- und Atem luftdruck verläufe je nach Atmungs- und Beatmungszustand des Patienten eine hohe Komple xität aufweisen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die charakteristischen Merkmale charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz- Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atemluftstromverläufen. Bei dieser Aus gestaltung findet beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit ein Vergleich der mit der Sensoranordnung erfassten Atemluftdruckverläufe und/oder Atemluft- stromverläufe mit Referenzverläufen statt, beispielsweise werden diese rechnerisch oder grafisch übereinander gelegt sowie die Form, Intensität und Ausprägung etwai ger Differenzen zwischen den erfassten Verläufen und den Referenzverläufen ermit telt. Beispielsweise können als Atemluftdruck- oder Atem luftstromspitzen ausgebilde te Abweichungen der aktuell erfassten Atemluftdruckverläufe und/oder Atem luft- stromverläufe von den Referenzverläufen zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere während der Exspirationsphase, als charakteristische Abweichungen herangezogen werden. Die Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz- Atem luftstrom Verläufe können beispielsweise als vorab gespeicherte und in der pro grammierbaren Steuereinheit hinterlegte Referenzverläufe vorgegeben sein. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung anhand vorangegangener Auswertungen solche Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstrom Verläufe„erlernt“ und selbst in der programmierbaren Steuereinheit speichert, um individuelle

Atmungsbedingungen des Patienten besser zu berücksichtigen. Ein solcher Lernvor gang kann beispielsweise unter ärztlicher Aufsicht ausgelöst und vorgenommen wer den, um einen zumindest annähernd idealen Regel-Beatmungsvorgang zu überwa chen und nicht durch bereits hierbei auftretende frustrane Atembewegungen die Er kennung derselben bei einem späteren Vergleich der Verläufe mit Referenzverläufen zu erschweren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die programmierbare Steuereinheit eine Speichereinheit zur Speicherung von vorgegebenen Referenz- Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atem luftstrom Verläufen und/oder von Re ferenzmerkmalen für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen auf, um die interne Auswertung der Abweichungen und/oder Merkmale durch Vergleich zu erleichtern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Speichereinheit verschiedene krankheitsspezifische Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz- Atemluftstrom Verläufe und/oder verschiedene krankheitsspezifische Referenzmerk male für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen auf. Auf diese Weise können für spezifische Krankheiten charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen präziser und individuell berücksichtigt werden. Die Referenz- Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstrom Verläufe und/oder die Refe renzmerkmale können beispielsweise tabellarisch in einer Speichereinheit der pro grammierbaren Steuereinheit hinterlegt sein, sodass die Steuereinheit spalten- oder zeilenweise eine Auswahl bzw. Beschränkung der betroffenen Merkmale oder Ver läufe vornehmen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Vorrich tung eine Einstellmöglichkeit zur Auswahl der spezifischen Krankheit oder der Aus prägung einer spezifischen Erkrankung durch eine Person, beispielsweise einen Therapeuten oder Patienten. Die Einstellmöglichkeit kann beispielsweise eine Benut zerschnittstelle oder eine Datenschnittstelle für Speichermedien sein. Alternativ oder zusätzlich ist die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Erkennung der vorliegenden Krankheit eingerichtet, beispielsweise anhand für die jeweilige Krank heit charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luft stromverläufe.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Erkennung frustraner Atem bewegungen des Lebewesens anhand einer auftre tenden Phasendivergenz zwischen realer Beatmungsphase des Lebewesens und einer von der Vorrichtung durchgeführten Beatmungsphase eingerichtet. Hierbei wird von der Vorrichtung automatisch bzw. selbständig erkannt, dass eine Umschaltung der Vorrichtung von einem Exspirationsmodus zu einem Inspirationsmodus oder um gekehrt fehlerhaft erfolgt ist, beispielsweise zu früh oder zu spät oder gar nicht. Zur Erkennung der Phasendivergenz können insbesondere die vorgenannten charakte ristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe genutzt werden, indem beispielsweise charakteristische Abweichungen von vorge gebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz- Atem luftstrom Verläufen von der programmierbaren Steuereinheit identifiziert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit auch das Ausmaß der auftretenden Phasendivergenz ermitteln, beispielsweise einen zeit lichen Versatz zwischen erwarteten charakteristischen Merkmalen und real festge stellten charakteristischen Merkmalen bestimmen. Somit kann ermittelt werden, in- wieweit ein Inspirationsmodus oder Exspirationsmodus der Vorrichtung der realen Inspiration oder Exspiration des Lebewesens nachläuft oder vorauseilt oder komplett davon dissoziiert ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftre tenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer nachfolgend noch erläuter ten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristi scher Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe einge richtet. Hierbei können somit zwei wesentliche, häufig in der Praxis auftretende Ur sachen frustraner Atembewegungen von der Vorrichtung erkannt und unterschieden werden.

Die Abkürzung PEEP steht für den Fachausdruck„Positive End-Expiratory Pressure“ und somit für den in den Atemwegen des Lebewesens bestehenden Druck am Ende der Ausatmungsphase. Bei einer unvollständigen Ausatmung, die beispielsweise aufgrund des von einem unterstützenden Beatmungsgerät regulierten Drucks oder insbesondere dynamisch induzierten Gegendrucks in der Exspirationsphase auftre- ten kann, kann dieser Restdruck in den Atmungsorganen am Ende der Ausatmungs phase zunehmen und wird dann als intrinsischer PEEP oder Auto-PEEP bezeichnet. Der intrinsische PEEP kann in der Lunge des Lebewesens lokoregional sehr hetero gen ausgeprägt sein. Eine unvollständige Ausatmung kann insbesondere auch dann vorliegen, wenn der Patient einatmet, aber die Ausatmung noch nicht beendet ist.

Insbesondere über mehrere Atemzyklen hinweg führt ein steigender intrinsischer PEEP zu einer Erhöhung der Atemlast und bildet für den Patienten eine Schwelle, die bei jeder Inspiration zusätzlich zu einer mit der Atemtiefe positiv korrelierten Last überwunden werden muss. Zudem führt der steigende intrinsische PEEP zu einer zunehmenden und in der Lunge des Lebewesens auch heterogen ausgebildeten Überblähung, da der Restdruck nicht mehr ausreichend in die Umgebung entweichen kann. Somit ist der intrinsische PEEP für den Patienten nicht nur unangenehm, son dern auch gefährlich. Es kann zu Empfindungen von Luftnot, aber auch zu negativen Auswirkungen auf die Herz- und Kreislaufsituation kommen. Es kann außerdem Pendelluft unter Beatmung entstehen. Auch kann die Beatmung ineffektiv werden, was zu zusätzlichen Belastungen der Lungenstruktur führt. Der Aufbau eines intrinsi schen PEEP sollte somit während einer unterstützenden Beatmung eines Lebewe sens möglichst vermieden oder zumindest reduziert werden. Hierbei ist zu beachten, dass sich der intrinsische PEEP fortwährend ändern kann, beispielsweise in Abhän gigkeit der vorliegenden Krankheit, Infektsituation, Verschleimung, Atemfrequenz oder psychologischen Patientensituation.

Ein intrinsischer PEEP kann unter einer unterstützenden Beatmung zu frustranen Atembewegungen des Patienten führen, bei denen der Restdruck in den Atemwegen sich durch ineffiziente Atembemühungen verändern kann. Diese frustrane Atembe wegung lässt sich anhand für den intrinsischen PEEP charakteristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atem luftstrom Verläufen ablesen, sodass der intrinsische PEEP als Auslöser einer frustranen Atembewegung von anderen Ur sachen unterscheidbar ist.

Im Rahmen einer unterstützen Beatmung ist es auch möglich, dass die hierzu ver wendete Vorrichtung triggerbedingt einen beginnenden Ein- oder Ausatemvorgang des Lebewesens nicht oder zu einem falschen Zeitpunkt erkennt. Zur Identifizierung der Atemphase dient in solchen Vorrichtungen üblicherweise ein Inspirations und/oder Exspirationstrigger, der anhand einer gemessenen Druck- oder Luftstro mänderung am Ende einer Inspirations- oder Exspirationsphase den Wechsel der Atemrichtung des Lebewesens erkennt und den entsprechenden Inspirations- oder Exspirationsmodus der Vorrichtung einleitet, um beispielsweise einen die Exspiration des Patienten unterstützenden Gegendruck oder einen differenten Druck zu dem während der Inspiration vorliegenden Druck zu erzeugen. Die Sensibilität eines sol chen Inspirations- und/oder Exspirationstriggers ist in der Praxis variabel und insbe sondere einstellbar, da je nach Zustand des Lebewesens, beispielsweise Schlaf- o- der Wachzustand, die Merkmale einer beginnenden Inspiration oder Exspiration un terschiedlich stark ausgeprägt sein können. Eine Fehlerkennung der realen Beat mungsphase des Lebewesens durch die Vorrichtung aufgrund einer zu hohen oder zu niedrigen Triggersensibilität wird als Triggerinsuffizienz bezeichnet. Eine solche parameterbedingte Triggerinsuffizienz kann als Insuffizienz des Inspirationstriggers und/oder als Insuffizienz des Exspirationstriggers auftreten. Eine zu sensible Einstel lung kann beispielsweise aufgrund einer leichten Druckschwankung entgegen der Absicht des Patienten zu einem vorzeitigen Einleiten des Inspirationsmodus führen, eine zu unsensible Einstellung hingegen zu einem zu späten oder gar übersprunge nen Exspirationsmodus. Erschwerend kommt hinzu, dass die Triggersensibilität bei spielsweise durch Leckagen der Vorrichtung oder des Lebewesens beeinflusst wird, beispielsweise durch Mund- oder Maskenleckagen oder eine technische Leckage der Vorrichtung. Dies kann insbesondere zu einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz des Inspirationstriggers führen. Bei Vorliegen einer solchen Leckage erzeugt die Vor richtung automatisch einen höheren Gegendruck, um die Leckage zu kompensieren, sodass ein Inspirationstrigger der Vorrichtung einen gegebenenfalls vom Patienten induzierten Unterdrück zu Beginn der Inspiration nicht identifiziert. Eine durch eine Triggerinsuffizienz verursachte frustrane Atembewegung lässt sich anhand charakte ristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atem luftstrom Ver läufen ablesen, wobei parameterbedingte und leckagebedingte Triggerinsuffizienz als Auslöser einer frustranen Atembewegung unterscheidbar sind und von anderen Ursachen (z. B. intrinsischem PEEP) abgegrenzt werden können. Die Vorrichtung kann auch zur Feststellung einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz unter Zuhilfe nahme messbarer Leckagewerte der Vorrichtung und beispielsweise zum Vergleich der gemessenen Leckagewerte mit Leckagewerten aus vorangegangenen Atemzyk len eingerichtet sein.

Aufgrund der jeweils unterschiedlichen charakteristischen Merkmale einer aufgrund eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung ist die programmierbare Steuereinheit somit in der Lage, die jeweils vorliegende Ursache der frustranen Atembewegung zu identifizieren. Eine Triggerin suffizienz, aber auch ein intrinsischer PEEP können zu einer Phasendivergenz der realen Beatmungsphase des Lebewesens und der von der Vorrichtung durchgeführ ten Beatmungsphase führen. Die Phasendivergenz ist von der Vorrichtung bei spielsweise anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftdruckverläufen und/oder den Atem luftstrom Verläufen erkennbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Unterscheidung einer infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz auftre tenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer parameterbedingten Trig gerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom verlaufe eingerichtet. Hierdurch ist die Steuereinheit zur weiteren Erkennung und Differenzierung von zwei möglichen Auslösern für eine auftretende Triggerinsuffizienz geeignet.

Eine leckagebedingte Triggerinsuffizienz entsteht beispielsweise aufgrund der vorbe schriebenen Maskenleckage oder technischen Leckagen der Vorrichtung. Die Le ckagewerte der Vorrichtung werden beispielsweise therapiedruckabhängig und an hand von Erfahrungswerten oder Messungen ermittelt und fließen als Korrekturwert in die Steuerungsberechnungen ein. Hierbei können Ungenauigkeiten beispielsweise aufgrund der getroffenen Annahmen und gemittelter Werte entstehen, die sich indi rekt auf die Sensibilität der Inspirations- und Exspirationstrigger auswirken können. Eine solche leckagebedingte Triggerinsuffizienz ist anhand charakteristischer Merk male der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe erkennbar, bei spielsweise innerhalb einer Exspirationsphase anhand einer als Wölbung ausgepräg ten Atemluftstromerhöhung während des Anstiegs des Atem luftstrom Verlaufs und einer im Wesentlichen zeitgleich auftretenden, als Wölbung ausgeprägten Atemluft- druckerhöhung.

Eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz entsteht aufgrund einer ungenauen Vor einstellung der Triggerparameter der programmierbaren Steuereinheit, sodass der Inspirations- und/oder Exspirationstrigger zu sensibel oder zu unsensibel eingestellt ist. Es handelt sich somit um eine unmittelbar durch konkrete Geräteeinstellungen beeinflusste Triggerinsuffizienz. Eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz ist an hand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luft stromverläufe erkennbar, beispielsweise innerhalb einer Exspirationsphase anhand einer als Wölbung ausgeprägten Atemluftstromerhöhung während des Anstiegs des Atemluftstroms und während dieser Atem luftstromerhöhung auftretenden Atemluft druckänderungen in Form einer die Form einer Spitze aufweisenden Atemluftdruck- reduzierung und einer anschließenden die Form einer Spitze aufweisenden Atem luftdruckerhöhung im Atem luftdruckverlauf während des Anstiegs des Atemluft- stroms.

Aufgrund der Unterscheidbarkeit einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz und ei ner parameterbedingten Triggerinsuffizienz durch die programmierbare Steuereinheit kann diese zur Einleitung jeweils geeigneter Gegenmaßnahmen eingerichtet sein. Beispielsweise kann die programmierbare Steuereinheit bei Identifizierung einer le ckagebedingten Triggerinsuffizienz die vorbeschriebenen Korrekturwerte zur Berück sichtigung von Leckagewerten in geeigneter Weise anpassen oder auch dynamisch regeln, bis keine leckagebedingte Triggerinsuffizienz mehr anhand charakteristischer Merkmale in den Atem luftstrom Verläufen und/oder Atem luftdruckverläufen zu erken nen ist. Andererseits kann die programmierbare Steuereinheit bei Identifizierung ei ner parameterbedingten Triggerinsuffizienz die voreingestellten Parametersätze zu dem Inspirations- und/oder Exspirationstrigger selbständig in geeigneter Weise an passen, einen Benutzer zur Änderung der Parametersätze auffordern oder auch eine dynamische Regelung der Parameter durchführen, bis keine parameterbedingte Triggerinsuffizienz mehr anhand charakteristischer Merkmale in den Atemluftstrom- verläufen und/oder Atem luftdruckverläufen zu erkennen ist.

Die programmierbare Steuereinheit ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeit spanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luftstrom Verläufen eingerichtet. Beispielsweise kann ein Zeitpunkt der Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in einer Exspirationsphase, in der ersten oder zweiten Hälfte der Exspirationsphase oder beim Übergang von einer Inspirations- in eine Exspirationsphase als charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewe gung herangezogen werden. Erfahrungsgemäß hat sich hierbei gezeigt, dass für frustrane Atembewegungen charakteristische Merkmale vermehrt in exspiratorischen Abschnitten der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe auftreten. Es kann auch eine Zeitdauer der Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung, die typischerweise 0, 1 bis 1 ,0 Sekunden sein kann, als charakte ristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung herangezogen werden. Hinsicht lich der Form kann die Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzi erung beispielsweise als Wölbung oder Spitze ausgebildet sein. Eine Wölbung stellt eine bogenförmige Erhöhung oder Reduzierung dar, bei einer Spitze weist die Erhö hung oder Reduzierung einen Knick, insbesondere einen Knick mit einem spitzen Winkel zwischen dem vor dem Maximum steigenden und nach dem Maximum fallen den Verlauf auf. Es können bei der Auswertung auch mehrere der vorgenannten Kri- terien in Beziehung zueinander gesetzt werden, beispielsweise kann bei Auftreten einer als Wölbung ausgebildeten Atemluftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in der Mitte der vom Gerät erkannten Exspirationsphase für 0,2 bis 0,7 Sekunden auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wer den. Zur Erkennung und Unterscheidung der vorgenannten Verläufe können gleich sam die auftretenden Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, In tegrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunkten und/oder Zeitabschnitten der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe herangezogen wer den.

Die Vorrichtung ist insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeit punktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luft stromerhöhung oder -reduzierung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luft- stromverläufen eingerichtet. Dieser Unterscheidbarkeit liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die charakteristischen Merkmale frustraner Atembewegungen infolge eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz insbesondere hinsichtlich der Zeit punkte, Zeitspannen und/oder der Formen von Atemluftdruck- und Atemluftstromer- höhungen oder -reduzierungen voneinander abweichen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftstrom Verläufe und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe eingerichtet. Hierdurch wird die Erkennungsgenauigkeit ver bessert. Beispielsweise stellt die Steuereinheit zunächst eine Atem luftstromerhöhung in dem Atem luftstrom verlauf fest und prüft sodann, ob in einer vorgegebenen Zeit spanne davor, danach oder zum gleichen Zeitpunkt der Atem luftstromerhöhung eine Atem luftdruckerhöhung in dem Atem luftdruckverlauf vorliegt. Neben dem Zeitpunkt können auch die Zeitspannen und Formen auftretender Atem luftdruck- und Atemluft stromerhöhungen aufeinander bezogen werden. Die Erkennung kann somit im Sinne einer Mehrfaktorenabhängigkeit anhand charakteristischer Merkmale der Atemluft stromverläufe und der Atem luftdruckverläufe in Kombination erfolgen. Die programmierbare Steuereinheit ist insbesondere zur Unterscheidung einer infol ge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewe gung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewe gung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftstrom verlaufe und hierauf be zogener charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe eingerichtet. Hier durch wird die Unterscheidungsgenauigkeit verbessert. Beispielsweise stellt die Steuereinheit zunächst eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atem luftstrom verlauf fest und prüft sodann, ob im Wesentlichen zur gleichen Zeit und während im Wesentlichen der gleichen Zeitspanne eine als Wölbung ausgebildete Atemluftdruckerhöhung vorliegt. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atembewegung infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz. Insbe sondere können die gleichzeitig auftretenden Erhöhungen in dem Atem luftstrom- und Atem luftdruckverlauf eine im Wesentlichen gleiche Form aufweisen, beispielsweise die gleichen Steigungen zu gleichen Zeitpunkten oder ein im Wesentlichen gleiches Integral über die Zeit der jeweiligen Erhöhung.

Weiterhin kann die Steuereinheit auch zunächst eine als Wölbung vorliegende Atem luftstromerhöhung in dem Atem luftstrom verlauf feststellen und sodann prüfen, ob in einer vorgegebenen Zeitspanne, beispielsweise vor dem zeitlichen Ende oder wäh rend einer zweiten zeitlichen Hälfte der Atem luftstromerhöhung, eine als Spitze aus gebildete Atemluftdruckerhöhung vorliegt. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atem bewegung infolge eines intrinsischen PEEP. Insbesondere kann die Spitze im Atem luftdruckverlauf im Vergleich zur Wölbung im Atem luftstrom - verlauf kleiner ausgebildet sein, beispielsweise ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung aufweisen.

Bei einer weiteren charakteristischen Merkmalskombination einer frustranen Atem bewegung infolge einer Triggerinsuffizienz liegt eine als Wölbung ausgebildete Atem luftstromerhöhung in dem Atem luftstrom verlauf vor, während in der gleichen Zeit spanne der Atem luftstromerhöhung zunächst eine als Spitze ausgeprägte Atemluft- druckreduzierung und anschließend eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhö- hung auftreten. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit hierin eine frustrane Atem bewegung infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz. Insbesondere kön- nen die Spitzen im Atemluftdruck im Vergleich zur Wölbung im Atem luftstrom verlauf jeweils kleiner ausgebildet sein, beispielsweise ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung aufweisen.

Die programmierbare Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die charakteristischen Merkmale zu identifizieren und in Abhängigkeit voneinander auszuwerten, um eine frustrane Atembewegung zu erkennen und hinsichtlich deren Ursache zwischen intrinsischem PEEP und Triggerinsuffizienz zu unterscheiden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit ferner zur Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen einge richtet. Die Durchführung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen kann die Erkennung eines intrinsischen PEEP des Lebewesens erleichtern, sodass eine bessere Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung ermöglicht wird. Die oszillometrische Atem wegswiderstandsmessung ist ohne zusätzliche Vorrichtungsbestandteile durch eine entsprechende Ansteuerung der Luftförderungseinheit umsetzbar. Bei oszillometri schen Atemwegswiderstandsmessungen, die beispielsweise in Form der sogenann ten Impulsoszillometrie (IOS) oder der forcierten Oszillationstechnik (FOT) bekannt sind, wird der von der Vorrichtung erzeugte Beatmungsdruck mit kleinamplitudigen hochfrequenten Druckimpulsen überlagert. Anhand des hierbei gemessenen Ver hältnisses der Druckdifferenz zur Atemströmung kann der Strömungswiderstand und somit Atemwegswiderstand bestimmt werden. Aus dem Atemwegswiderstand kann indirekt oder direkt auf einen intrinsischen PEEP des Lebewesens geschlossen wer den. Somit wird die Erkennungs- und Unterscheidungsgenauigkeit der Vorrichtung für frustrane Atem bewegungen aufgrund eines intrinsischen PEEP oder einer Trig gerinsuffizienz erhöht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet, infolge der die frustrane Atembewegung auftritt.

Hierzu kann von der Steuereinheit beispielsweise die zeitliche Ausdehnung, die Amplitude, die Steigung, das Integral und die Anzahl von auftretenden Atemluftdruck- und/oder Atemluftstromerhöhungen oder -reduzierungen bestimmt und bewertet, beispielsweise mit Referenz- oder Schwellenwerten verglichen werden. Die Analyse kann insbesondere auch über mehrere Atemzyklen erfolgen, um beispielsweise wie derholt auftretende Symptome von einmalig auftretenden Unregelmäßigkeiten zu unterscheiden oder eine Steigerung oder Abnahme der Symptome zu beobachten.

Hierbei ist die programmierbare Steuereinheit gemäß einer vorteilhaften Ausfüh rungsform zur Ausgabe eines beispielsweise optischen, akustischen und/oder hapti schen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts für die Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet, um zum Beispiel das Erreichen eines gesundheitskritischen Zustands anzuzeigen und dem Lebewesen oder anderen anwesenden Personen die Einleitung einer angemessenen Reaktion wie beispielsweise eines Notrufs zu ermöglichen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit bei Erkennung einer frustranen Atembewegung eingerichtet. Somit kann bereits die Vorrichtung selbst geeignete Gegenmaßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung weiterer frustraner Atembewegungen einleiten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die programmierbare Steuereinheit zur fortlaufenden regelnden automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung und/oder Eliminierung der für die frustra nen Atembewegung charakteristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet. Hierbei nähert sich die Vorrichtung selbst durch kontinuierliche Veränderung der Ansteuerungsparameter im Sinne eines Regelkreises iterativ den für den Patienten günstigsten Luftstrom Parametern an. Bei spielsweise wird, etwa in einer oder konsekutiv in mehreren Exspirationsphasen, der von der Luftförderungseinheit erzeugte dynamische Gegenluftdruck so lange inkre menteil oder intermittierend für einen Zeitraum, der kürzer als eine Exspirationsphase ist, erhöht oder erniedrigt, bis von der programmierbaren Steuerung anhand charak teristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe das Auftreten einer frustranen Atembewegung erkannt wird. Bei Identifizierung der frustranen Atembewegung wird anschließend der induzierte Luftdruck wieder gering- fügig reduziert oder erhöht oder die intermittierende Luftdruckerhöhung später ge startet und geprüft, ob weitere frustrane Atembewegungen auftreten. Dieser Vorgang kann in beliebiger Frequenz wiederholt werden, um zu jedem Zeitpunkt geeignete Ansteuerungsparameter zu ermitteln, die das Auftreten frustraner Atembewegungen reduzieren oder vermeiden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass ein Arzt oder Therapeut an der Vorrichtung nur noch einen Wertebereich für den IPAP und EPAP sowie gegebenenfalls eine Backup-Frequenz für die Atmung einstellt und der momentan hinsichtlich der Vermeidung frustraner Atem bewegungen günstigste IPAP- und/oder EPAP-Wert sowie weitere Parameter von der Vorrichtung selbst an hand der Atem luftstrom verlaufe und der Atem luftdruckverläufe ermittelt und einge stellt werden. Eine Backup-Frequenz kann eine Mindestatemfrequenz sein, die eine ausreichende Anzahl an Atemzügen des Lebewesens sicherstellt.

Eine fortlaufende regelnde automatische Variation der Ansteuerungsparameter, die als Regelungsziel die Eliminierung frustraner Atem bewegungen insbesondere auf grund eines intrinsischen PEEP oder einer Triggerinsuffizienz anvisiert, basiert auf einem grundsätzlich anderen Ansatz als in gegenwärtigen Beatmungskonzepten üb lich. So orientieren sich aktuelle Leitlinien zur nichtinvasiven Beatmung vorrangig an pC02-Werten als Regelkriterium, wobei insbesondere hohe Druckamplituden den C02-Austausch des Patienten fördern sollen. Hingegen sollen gemäß der vorbe schriebenen Ausführungsform beispielsweise die Druckwerte, insbesondere der I- PAP, lediglich dahingehend geregelt werden, dass keine frustranen Atembewegun gen mehr auftreten, da eine solche geregelte unterstützende Beatmung das Wohlbe finden des Lebewesens steigert und schädigende Auswirkungen eines zu hohen Drucks auf die Lunge vermieden werden.

Die programmierbare Steuereinheit kann zur automatischen Variation von Ansteue rungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung der für die frustranen Atem bewegung charakteristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe entsprechend einem vorgegebenen intrinsischen Mindest- PEEP eingerichtet sein. Auf diese Weise kann für bestimmte Anwendungen und Le bewesen, beispielsweise Patienten mit einem erheblich erhöhten pC02-Wert, ein bestimmter zulässiger intrinsischer Grund- oder Minimum-PEEP (Mindest-PEEP) einstellbar sein, der während der automatischen Variation von Ansteuerungsparame- tern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder Atem luftstrom Ver läufe nicht unterschritten wird.

Die programmierbare Steuereinheit kann hierbei zur Bestimmung eines vorgegebe nen intrinsischen Mindest-PEEP anhand von pC02-Messungen eingerichtet sein. "pC02" bezeichnet hierbei den Kohlendioxidpartialdruck, der die Menge des im Blut des Lebewesens gelösten Kohlendioxids widerspiegelt. Die Steuereinheit kann bei spielsweise anhand von gemessenen pC02-Werten oder pC02-Wertebereichen und in der Steuereinheit hinterlegten Informationen oder Berechnungsanweisungen einen intrinsischen Mindest-PEEP ermitteln und die automatische Variation von Ansteue rungsparametern derart vornehmen, dass der intrinsische Mindest-PEEP nicht unter schritten wird. Die Steuereinheit kann zur Überprüfung dieser Bedingung und zur Regelung dazu eingerichtet sein, die gemessenen pC02-Werte und/oder die für die frustranen Atem bewegung charakteristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom verlaufe heranzuziehen. Die Steuereinheit kann zur kon tinuierlichen pC02-Messung eingerichtet sein. Die Vorrichtung kann zumindest einen pC02-Sensor zur Bestimmung, insbesondere zur fortlaufenden oder kontinuierlichen Bestimmung von pC02-Werten des Lebewesens aufweisen. Der pC02-Sensor kann zur transkutanen oder endtidalen Messung von pC02-Werten eingerichtet sein.

Der Ansteuerungsparameter kann beispielsweise auch ein Inspirationstrigger oder Exspirationstrigger zum Wechsel der Vorrichtung von einem Inspirations- zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt sein. Somit kann beispielsweise bei Erkennung einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz durch die program mierbare Steuerung automatisch die Sensibilität des Inspirationstriggers oder Exspi rationstriggers erhöht oder reduziert werden. Beispielsweise wird die Sensibilität des Inspirationstriggers oder Exspirationstriggers solange erhöht oder reduziert, bis die programmierbare Steuereinheit keine frustrane Atembewegung infolge einer Trig gerinsuffizienz mehr feststellt.

Die Sensibilitätsänderung des Inspirations- oder Exspirationstriggers kann auch als Reaktion auf eine frustrane Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP erfol gen. Bei Vorrichtungen zur unterstützenden Beatmung wird häufig das Verhältnis des aktuellen zum maximalen Atemstrom als Umschaltkriterium verwendet. Bei einem auftretenden intrinsischen PEEP kann das Verhältnis vergrößert werden, sodass schneller von einer Inspiration in eine Exspiration geschaltet wird. Dadurch wird der intrinsische PEEP verringert. Anschließend kann das Verhältnis wieder auf den ur sprünglichen Wert zurückgesetzt oder auch verringert werden, bis wieder charakte ristische Merkmale für einen intrinsischen PEEP erkennbar sind.

Der Ansteuerungsparameter kann auch ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstrom verlauf der von der Luftförde rungseinheit geförderten Luft sein. So kann beispielsweise der von der Luftförde rungseinheit bereitgestellte Luftstrom reduziert oder erhöht werden, um die Atem bemühungen des Lebewesens in geeigneter Weise zu unterstützen. Es können auch unterschiedliche, jeweils geeignete Atemluftdruck- und/oder Atem luftstromanstiege oder -absenkungen pro Zeiteinheit oder unterschiedliche Minimal- und Maximalwerte von Atem luftdruck und Atem luftstrom von der Steuerung einstellbar sein.

Der Ansteuerungsparameter kann auch ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luftdruck- und/oder Luftstromverlauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft sein. So kann beispielsweise der von der Luftförderungseinheit be reitgestellte Luftstrom reduziert oder erhöht werden, um die Atembemühungen des Lebewesens in geeigneter Weise zu unterstützen. Es können auch unterschiedliche, jeweils geeignete Luftdruck- und/oder Luftstromanstiege oder -absenkungen pro Zeiteinheit oder unterschiedliche Minimal- und Maximalwerte von Luftdruck und Luft strom von der Steuerung einstellbar sein.

Weitere Ansteuerungsparameter können beispielsweise auch eine von der pro grammierbaren Steuerung vorgegebene Inspirationszeit oder Exspirationszeit, insbe sondere eine jeweilige minimale oder maximale Inspirationszeit oder Exspirations zeit, ein IPAP-Wert, ein EPAP-Wert, eine Druckanstiegszeit (Zeit, in der der IPAP nach Triggerung der Inspiration erreicht wird) und eine Druckabfallzeit (Zeit, in der der EPAP nach Triggerung der Exspiration erreicht wird) sein. Die genannten An steuerungsparameter sind insbesondere zur Reduzierung oder Vermeidung einer infolge eines intrinsischen PEEP auftretenden frustranen Atembewegung geeignet. Auch indirekte Parameter wie beispielsweise ein vorgegebenes Atemzugsvolumen, das durch die vorbeschriebenen Parameter beeinflussbar ist, können als Steuer- o- der Regelgrößen einfließen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftre tenden frustranen Atembewegung zur automatischen Reduzierung der Backup- Frequenz und/oder des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Erhöhung der Exspirationstriggersensibilität eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die programmierbare Steuereinheit zur automa tischen Erhöhung der Backup-Frequenz und/oder des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirati onstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung eingerichtet sein. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Erhöhung der Backup-Frequenz und/oder des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirati onszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirationstriggersensibilität bis zu einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auf tretenden frustranen Atembewegung eingerichtet ist. Auf diese Weise wird anhand der vier genannten Parameter automatisch von der Steuereinheit ein stets optimaler Betriebspunkt der Vorrichtung mit hohem Benutzerkomfort eingestellt.

Ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstrom verlauf ist insbesondere für Beatmungsvorrichtungen mit Entblähungs- funktion relevant. Ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luft druck- und/oder Luftstromverlauf ist insbesondere für Beatmungsvorrichtungen mit Entblähungsfunktion relevant. Solche Beatmungsvorrichtungen erzeugen einen Ge gendruck bei der Ausatmung des Patienten. Durch den bereitgestellten Atemwider stand wird der Luftdruck bzw. Atem luftdruck in den Atemwegen des Lebewesens in termittierend erhöht und ein Kollaps der Atemwege verhindert. Beispielsweise kann die Exspirationsphase des Lebewesens dadurch unterstützt werden, dass in der Ausatmungsphase der Luftdruck bzw. Atem luftdruck in dem Atmungsorgan nach Maßgabe des Atemluftstroms oder daraus abgeleiteter Parameter der Ausatmung derart geregelt wird, dass der aus dem Lebewesen fließende Atem luftstrom ein vor bestimmtes Maß erreicht. Es wird somit nicht, wie bei bekannten Beatmungsgeräten, ein vorgegebener Druck eingestellt, sondern der Luftdruck bzw. Atemluftdruck wird nach Maßgabe des Atemluftstroms der Ausatmung dynamisch geregelt, sodass im Ergebnis ein bestimmter Ausatmungs-Luftstrom sichergestellt werden kann. Hierbei kann der Luftdruck bzw. Atem luftdruck je nach Bedarf erhöht oder abgesenkt wer den, wobei durch die Regelung des Luftdrucks bzw. Atemluftdrucks nach Maßgabe des Atemluftstroms dynamisch ein entsprechender Mindestdruck in den Atmungsor ganen als sich verändernder Gegendruck aufrecht erhalten werden kann, sodass die kleinen Atemwege und deren Verästelungen zu den Lungenbläschen offen gehalten werden. Es wird somit ein gewisser dynamischer Widerstand bei der Ausatmung ge schaffen, der von Patienten überraschenderweise als angenehm und unterstützend empfunden wird. Im Ergebnis erfolgt hierdurch eine verbesserte Entatmung und eine Vermeidung der unerwünschten Überblähung der Lunge. Insbesondere hilft bereits ein relativ kurzer Druckpuls beim Ausatmen hinsichtlich eines Öffnens der Atemwe ge. Der Gegendruck ist insbesondere eine zumindest abschnittsweise während der Exspirationsphase steigende sowie wieder abfallende und dem Atemstrom des Le bewesens entgegengerichtete Luftdruckbeaufschlagung durch die Vorrichtung.

Der mit der Entblähungsfunktion von der Vorrichtung erzeugte Widerstand kann je doch auch zu dem oben angesprochenen intrinsischen PEEP führen, wenn Luft aus den Atemwegen und der Lunge des Lebewesens aufgrund des anstehenden Gegen drucks des Beatmungsgeräts nicht ausreichend entweichen kann. Somit ist es gera de für Beatmungsvorrichtungen mit integrierter Entblähungsfunktion bedeutsam, das Auftreten frustraner Atembewegungen zu identifizieren und als Reaktion beispiels weise die eingestellten Gegendruckparameter wie Gegendruckwartezeit oder Ge gendruckamplitude zu variieren oder beispielsweise auch eine dynamische Gegen druckregelung zu aktivieren oder zu deaktivieren. Entsprechend ist gemäß einer vor teilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Ansteuerungsparameter ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Gegendruck und/oder Gegendruck verlauf und/oder eine von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebene Gegen druckamplitude und/oder Gegendruckwartezeit während der Exspirationsphase. Bei der Gegendruckwartezeit handelt es sich um eine Verzögerung des Gegendruckauf- baus nach Wechsel von einer Inspirationsphase zu einer Exspirationsphase, sie liegt beispielsweise zwischen 0 und 0,8 Sekunden nach Exspirationsbeginn. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gegendruckamplitude und/oder die Gegen- druckwartezeit während der Exspirationsphase in Abhängigkeit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes oder IPAP-Wertebereiches und/oder eines Differenzdrucks von IPAP zu EPAP einstellbar. Die Gegendruckwartezeit kann umso länger sein, je höher der IPAP-Wert ist oder je höher der zulässige IPAP- Wertebereich gewählt ist. Die Gegendruckamplitude, also der maximale Gegen druckwert, kann in Abhängigkeit des vorliegenden Atemluftdrucks und der Gegen druckwartezeit variiert werden. Die Gegendruckamplitude kann umso größer sein, je höher der IPAP-Wert ist oder je höher der zulässige IPAP-Wertebereich gewählt ist. Die Korrelationen zwischen Gegendruckwartezeit, Gegendruckamplitude und IPAP- Wert können insbesondere in der programmierbaren Steuereinheit hinterlegt sein.

Auf diese Weise kann die programmierbare Steuereinheit dazu eingerichtet sein, an hand eines durch äußere Eingabe eingestellten IPAP-Wertes automatisch eine opti male Gegendruckwartezeit und eine optimale Gegendruckamplitude zu ermitteln und einzustellen. Hierbei wählt die Steuereinheit bevorzugt eine längere Gegendruckwar tezeit und eine höhere Gegendruckamplitude, je höher der eingegebene oder regu lierte IPAP-Wert ist. Es kann auch der zeitliche Gegendruckverlauf variiert werden, sodass beispielsweise ein maximaler Gegendruck früher oder später erreicht oder verlassen wird. Üblicherweise führt ein höherer Gegendruck zu einer längeren Exspi rationszeit. Ein zu hoher Gegendruck kann jedoch die Exspiration erschweren, so dass eine Regelung der Gegendruckparameter vorteilhafterweise in Abhängigkeit des Auftretens frustraner Atembewegungen erfolgt.

In der Praxis ist nicht auszuschließen, dass ein intrinsischer PEEP und eine Trig gerinsuffizienz gleichzeitig auftreten können und sich gegenseitig beeinflussen oder verstärken. Beispielsweise kann die Sensibilität des Inspirationstriggers für einen er höhten intrinsischen PEEP zu schwach sein, da der Restdruck in den Atemwegen einen vom Lebewesen aufgebauten Unterdrück zur Inspiration überdeckt. Ferner können auch stark ausgeprägte Atembewegungen, Leckagen und/oder ein gleichzei tig auftretender intrinsischer PEEP einander überlagern und die Erkennung frustraner Atembewegungen anhand charakteristischer Merkmale in den Atem luftstrom Verläu fen und Atemluftdruckverläufen erschweren. Zur Reduzierung der vorgenannten Symptome kann es in einem solchen Fall wirkungsvoll sein, vorsorglich mehrere Ge genmaßnahmen in Kombination einzuleiten, beispielsweise den IPAP zu senken, die Gegendruckwartezeit zu verkürzen und den Gegendruck zu reduzieren. Hierdurch werden gleichzeitig die Leckagen und der intrinsische PEEP vermindert. Alternativ oder zusätzlich kann die vorbeschriebene Durchführung oszillometrischer Atem wegswiderstandsmessungen bei der Unterscheidung von intrinsischem PEEP und Triggerinsuffizienz vorteilhaft sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die programmierbare Steuereinheit ferner zur Erkennung von Inspirationshemmungen des Lebewesens anhand charak teristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet sein. Im Vergleich zu einer frustranen Atembewegung besteht bei der Inspirationshemmung keine Phasendivergenz, sondern es kommt zu einer reduzier ten beziehungsweise sogar abgebrochenen Atem luftström ung des Lebewesens wäh rend einer Einatmung. Inspirationshemmungen können reflexartig auftreten, bei spielsweise durch einen empfindlichen Schutzreflex wie den Hering-Breuer-Reflex. Charakteristische Merkmale einer solchen Inspirationshemmung können in erfassten Atemluftdruckverläufen und/oder Atem luftstrom Verläufen beispielsweise als in der frühzeitigen Inspirationsphase während eines unveränderten IPAP-Niveaus steil sin kende Atem luftstrom kurve ausgeprägt sein. In Reaktion auf eine erkannte Inspirati onshemmung kann die programmierbare Steuereinheit zur automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit eingerichtet sein und bei spielsweise vorgegebene Atemluftdruck- und/oder Atem luftstrom Verläufe der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft, insbesondere auch eine Druckanstiegszeit in geeigneter Weise anpassen, bis die charakteristischen Merkmale der Inspirations hemmung nicht mehr auftreten. Alternativ oder gleichzeitig kann auch der IPAP re duziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann von der Vorrichtung auch ein opti sches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal zur Indikation der Inspirations hemmung ausgebbar sein.

Die charakteristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atemluft stromverläufe können, insbesondere wenn sie miteinander im Zusammenhang be trachtet oder ausgewertet werden, auch als charakteristische Muster angesehen werden, da diese bei frustranen Atembewegungen wiederholt in gleichen oder ähnli chen Ausprägungen auftreten können. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die programmierbare Steuereinheit eine Mustererkennungseinheit zur Erken nung charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luft- stromverläufe auf. Beispielsweise kann die programmierbare Steuereinheit mit einer entsprechenden Mustererkennungs- und/oder Klassifikationssoftware ausgestattet sein, die zum Beispiel mittels Hauptkomponentenanalysen, Diskriminanzanalysen oder Support Vector Machines rechnerische Mustererkennungs- und Klassifikations prozesse ausführen kann. Auch der Einsatz künstlicher neuronaler Netze ist vorteil haft.

Analog zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur unterstützenden Beat mung eines Lebewesens mit einem Beatmungsgerät, wobei mittels eines Druck sensors und eines Luftstrom sensors des Beatmungsgeräts zeitlich aufeinanderfol gende Atem luftdruckwerte und Atemluftstromwerte des Lebewesens erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit des Beatmungsgeräts aus den Atemluft druckwerten und Atemluftstromwerten gebildete Atemluftdruckverläufe und Atemluft- stromverläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe frustrane Atembewe- gungen des Lebewesens erkannt werden. Auch hierdurch können die zuvor erläuter ten Vorteile realisiert werden. Das Beatmungsgerät kann als Vorrichtung der zuvor erläuterten Art ausgebildet sein.

Hierbei können die charakteristischen Merkmale Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattelpunkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunk ten und/oder Zeitabschnitten der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom- verläufe sein. Die charakteristischen Merkmale können auch charakteristische Ab weichungen von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz- Atem luftstrom Verläufen sein.

Das Verfahren kann ein Speichern vorgegebener Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstrom Verläufe und/oder Referenzmerkmale für charakte ristische Merkmale frustraner Atembewegungen in einer Speichereinheit der pro grammierbaren Steuereinheit enthalten. Insbesondere kann ein Speichern verschie dener krankheitsspezifischer Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz- Atem luftstrom Verläufe und/oder verschiedener krankheitsspezifischer Referenz- merkmale für charakteristische Merkmale frustraner Atembewegungen in der Spei chereinheit vorgesehen sein.

Das Verfahren kann eine Erkennung frustraner Atem bewegungen des Lebewesens anhand einer auftretenden Phasendivergenz zwischen realer Beatmungsphase des Lebewesens und einem von dem Beatmungsgerät durchgeführten Beatmungsphase enthalten.

Das Verfahren kann eine Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Trig gerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom verlaufe enthalten.

Das Verfahren kann eine Unterscheidung einer infolge einer leckagebedingten Trig gerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer para meterbedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom - Verläufe enthalten.

Das Verfahren kann eine Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luftstromverläufen und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsi schen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer in folge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes, der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luftstromverläufen enthalten.

Das Verfahren kann eine Erkennung einer frustranen Atembewegung und insbeson dere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftstrom Verläufe und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe enthalten.

Das Verfahren kann ferner eine Durchführung oszillometrischer Atemwegswider standsmessungen enthalten.

Das Verfahren kann eine Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsi schen PEEP oder der Triggerinsuffizienz enthalten. Hierbei kann auch eine Ausgabe eines insbesondere akustischen, optischen und/oder haptischen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts für die Häufigkeit und/oder In tensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz vorgesehen sein.

Das Verfahren kann eine automatische Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit bei Erkennung einer frustranen Atembewegung enthalten. Ins besondere kann eine fortlaufende regelnde automatische Variation von Ansteue rungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung und/oder Eliminierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale der Atemluft- druckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe vorgesehen sein.

Das Verfahren kann eine automatische Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit zur Reduzierung der für die frustranen Atembewegung charak teristischen Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe entsprechend einem vorgegebenen intrinsischen Mindest-PEEP enthalten. Hierbei kann eine Bestimmung eines vorgegebenen intrinsischen Mindest-PEEP anhand von pC02-Messungen erfolgen.

Ein geeigneter Ansteuerungsparameter ist beispielsweise ein Inspirationstrigger oder Exspirationstrigger zum Wechsel der Vorrichtung von einem Inspirations- zu einem Exspirationsmodus oder umgekehrt. Ein weiterer geeigneter Ansteuerungsparameter ist beispielsweise ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstrom verlauf der von der Luftförderungseinheit geförder ten Luft. Ein weiterer geeigneter Ansteuerungsparameter ist beispielsweise ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Luftdruck- und/oder Luftstrom ver lauf der von der Luftförderungseinheit geförderten Luft. Der Ansteuerungsparameter kann auch ein von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebener Gegendruck und/oder Gegendruckverlauf und/oder eine von der programmierbaren Steuereinheit vorgegebene Gegendruckamplitude und/oder Gegendruckwartezeit während der Ex spirationsphase sein. Hierbei kann die Gegendruckamplitude und/oder die Gegen druckwartezeit während der Exspirationsphase in Abhängigkeit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes oder IPAP-Wertebereiches und/oder in Abhängigkeit eines Differenzdrucks von IPAP zu EPAP einstellbar sein.

Das Verfahren kann eine automatische Reduzierung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder eine automatische Erhöhung der Exspirations triggersensibilität bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung enthalten. Alternativ oder zu sätzlich kann das Verfahren eine automatische Erhöhung des IPAP-Wertes und/oder der maximalen Inspirationszeit und/oder eine automatische Reduzierung der Exspira tionstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens auftretenden frustranen Atembewegung enthalten.

Das Verfahren kann eine Erkennung von Inspirationshemmungen des Lebewesens anhand charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstromverläufe enthalten.

Das Verfahren kann eine Mustererkennung zur Erkennung charakteristischer Merk male der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe enthalten.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Pro grammcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstüt zenden Beatmung eines Lebewesens mit einem Beatmungsgerät, wenn das Compu terprogramm auf einer Recheneinheit des Beatmungsgeräts ausgeführt wird, wobei mittels eines Drucksensors und eines Luftstrom sensors des Beatmungsgeräts zeit lich aufeinanderfolgende Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte des Lebewe sens erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit des Beatmungsgeräts aus den Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten gebildete Atem luftdruckver läufe und Atem luftstrom Verläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteris tischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe frustrane Atembewegungen des Lebewesens erkannt und insbesondere hinsichtlich ihrer Ursache, beispielsweise infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens oder infolge einer Triggerinsuffizienz unterschieden werden. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beige fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

Figur 1 eine Vorrichtung zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens; Figur 2 einen gewöhnlichen Atemluftdruck- und Atem luftstrom verlauf;

Figuren 3-5 Atemluftdruckverläufe und Atem luftstrom Verläufe über die Zeit

während eines Atemzyklus mit erkennbaren frustranen Atembewegungen und während eines Atemzyklus ohne erkennbare frustrane Atembewegungen;

Figuren 6-8 Atemluftdruckverläufe über die Zeit während eines Atemzyklus mit aktivierter Entblähungsfunktion der Vorrichtung; und Figur 9 einen real aufgezeichneten Atem luftdruckverlauf und

Atem luftstrom verlauf mit erkennbaren frustranen Atembewegungen.

Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur unterstützenden Beatmung eines Lebewe sens 3. Die Vorrichtung 1 hat einen Schlauch 8 und eine Atemmaske 2 oder ein an deres geeignetes Interface zur Verbindung der Vorrichtung 1 mit dem Lebewesen 3. Die Atemmaske 2 ist hierzu beispielsweise an Mund und/oder Nase oder an tiefere Atemwege des Lebewesens 3 anschließbar. Die Atemmaske 2 weist einen zur At mosphäre hin offenen Auslass 4 auf, der mit dem Schlauch 8 über eine Drosselstelle 5 verbunden ist. Auf diese Weise kann in der Atemmaske 2 eine definierte Leckage vorgesehen sein.

Die Vorrichtung 1 hat eine ansteuerbare Luftförderungseinheit 6 mit einem Ventilator zur Erzeugung des für die unterstützende Beatmung erforderlichen Überdrucks in den Atmungsorganen des Lebewesens 3. Über die Luftförderungseinheit 6 wird bei spielsweise von einem mit der Atmosphäre verbundenen Lufteinlass 7 Luft ange saugt und entsprechend verdichtet über den Schlauch 8 zu der Atemmaske 2 und damit zum Lebewesen 3 abgegeben. Die Vorrichtung 1 weist eine Sensoranordnung mit einem Drucksensor 9 und einem Luftstromsensor 1 1 auf, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atem luftdruckwerten und Atemluftstromwerten des Lebewesens 3 eingerichtet sind. Alter nativ oder zusätzlich kann die Luftförderungseinheit 6 eine integrierte pneumotacho- graphische Messanordnung zur Druck- und/oder Volumenstrommessung aufweisen.

Der Drucksensor 9, der Luftstromsensor 1 1 sowie die Luftförderungseinheit 6 sind über elektrische Leitungen mit einer programmierbaren Steuereinheit 10 verbunden. Durch die programmierbare Steuereinheit 10 erfolgt die Auswertung der aus den von dem Drucksensor 9 und dem Luftstromsensor 1 1 erfassten zeitlich aufeinanderfol genden Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten gebildeten Atemluftdruckver- läufen und Atemluftstromverläufen. Die programmierbare Steuereinheit 10 ist zur Er kennung frustraner Atembewegungen des Lebewesens 3 anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet. Die programmierbare Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, die Ursache(n) der frustranen Atembewegungen zu determinieren und ggf. Gegenmaßnahmen zur Re duzierung oder Vermeidung der frustranen Atembewegungen zu ergreifen. Hierzu kann sie gegebenenfalls eine geeignete Speichereinheit, geeignete Software, Über tragungsmittel und/oder eine Mustererkennungseinheit aufweisen (jeweils nicht nä her dargestellt).

Die Figur 2 zeigt in stark schematisierter weise einen gewöhnlichen Atemluftdruck- und Atem luftstrom verlauf, wie er idealisiert bei einem gesunden Lebewesen unter Beatmung messbar ist. Das obere Diagramm zeigt einen Atem luftdruckverlauf als Funktion des Druckes p über der Zeit t. Das mittlere Diagramm zeigt einen Atem luft stromverlauf als Funktion des Volumenstroms v über der Zeit t. Das untere Dia gramm zeigt die zeitliche Abfolge von Beatmungsmodi der Vorrichtung 1 , hier eines Inspirationsmodus INSP und eines Exspirationsmodus EXSP während eines Atem zyklus infolge einer automatischen Erkennung der Beatmungsphase Ti, TE des Le bewesens 3 durch die Vorrichtung 1 . Es ist lediglich ein vollständiger Atemzyklus mit einer Inspirationsphase Ti und einer Exspirationsphase TE dargestellt, der als reprä sentativ für vorhergehende und nachfolgende Atemzyklen angesehen werden kann. Der Atemzyklus beginnt im Zeitpunkt to und endet mit dem Zeitpunkt t2. Der Wechsel von einer Inspirationsphase Ti zu einer Exspirationsphase TE erfolgt nach ungefähr der Hälfte des Atemzyklus im Zeitpunkt ti. Der Zeitpunkt ti kann aber auch deutlich näher zu to liegen, sodass das Verhältnis von Ti zu TE auch Werte von 1 :2 bis 1 :4 annehmen oder noch kleiner werden kann. In Einzelfällen kann der Zeitpunkt ti auch näher an t2 liegen. In Figur 2 ist erkennbar, dass der Atem luftdruck in der Inspirati onsphase Ti zunächst stetig bis auf den IPAP-Wert pi angehoben wird, dann über eine gewisse Zeitspanne ein ungefähr gleichbleibendes Druckniveau auf Höhe des IPAP-Wertes pi einnimmt und noch in der Inspirationsphase Ti stetig abnimmt. In der Exspirationsphase TE ist hingegen kein Druckaufbau mehr zu verzeichnen, sondern ein gleichbleibender Druck auf dem basalen Druckniveau des Atemzyklus, vorliegend in Höhe des EPAP-Wertes PE. In Figur 2 ist weiterhin ersichtlich, dass der Atemluft strom in der Inspirationsphase Ti zunächst stetig steigt und nach Erreichen eines lo kalen Maximums noch in der Inspirationsphase Ti stetig abnimmt. Zum Ende der In spirationsphase Ti bzw. zum Anfang der Exspirationsphase TE, also etwa zum Zeit punkt ti, geht der Atem luftstrom in einen Wertebereich unterhalb des Anfangsniveaus des Einatemluftstroms über, was den Wechsel der Atemflussrichtung des Lebewe sens verdeutlicht. Nach Erreichen eines lokalen Minimums steigt der Atem luftstrom wieder, bis er seinen Anfangswert zu Beginn des Atemzyklus erreicht hat und in den nächsten Atemzyklus übergeht. Beispielsweise ein Inspirationstrigger der Vorrichtung 1 erkennt das Ende einer Exspiration TE und/oder den Beginn einer Inspiration Ti des Lebewesens 3, hier idealisiert im Zeitpunkt to, und veranlasst die programmierbare Steuereinheit 10 zum Einschalten eines Inspirationsmodus INSP der Steuereinheit 10. In dem Inspirationsmodus INSP kann beispielsweise die Luftförderungseinheit 6 einen die Inspiration des Lebewesens 3 unterstützenden Überdruck mit einem vor gegebenen Druckverlauf erzeugen. Beispielsweise ein Exspirationstrigger der Vor richtung 1 erkennt das Ende einer Inspiration Ti und/oder den Beginn einer Exspirati on TE des Lebewesens 3, hier idealisiert im Zeitpunkt ti, und veranlasst die pro grammierbare Steuereinheit 10 zum Einschalten eines Exspirationsmodus EXSP der Steuereinheit 10. Im Exspirationsmodus EXSP kann beispielsweise die Luftförde rungseinheit 6 einen die Exspiration des Lebewesens 3 unterstützenden Überdruck mit einem vorgegebenen Druckverlauf erzeugen. Idealisiert im Zeitpunkt t2 beendet die Steuereinheit 10 den Exspirationsmodus EXSP beispielsweise aufgrund eines Signals des Inspirationstriggers. Die idealisierte Darstellung der Umschaltzeitpunkte der beiden Modi berücksichtigt keine etwaigen technisch bedingten Verzögerungs- zeiten wie beispielsweise elektronische Schaltzeiten. Der Beginn oder das Ende des Inspirationsmodus INSP oder Exspirationsmodus EXSP werden nicht starr von der Steuereinheit 10 vorgegeben, sondern durch die Erkennung einer entsprechenden Atembemühung des Lebewesens 3 dynamisch an die Beatmungsphasen Ti, TE des Lebewesens 3 angepasst.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen Atemluftdruckverläufe und Atemluftstromverläufe mit je weils einem Atemzyklus bestehend aus den Modi INSP und EXSP mit einer frustra- nen Atembewegung und einem sich anschließenden Atemzyklus ohne frustrane Atembewegung zum Vergleich. Die hierin dargestellten Verläufe weisen unterschied liche charakteristische Merkmale oder Merkmalskombinationen Mi bis M4 für frustra ne Atembewegungen des Lebewesens 3 auf. Es ist darauf hinzuweisen, dass die hier gezeigten charakteristischen Merkmale oder Merkmalskombinationen Mi bis M4 einerseits zur Erhöhung des Verständnisses stark schematisiert sind und dass sie andererseits lediglich auszughaft Beispiele für in Versuchen bereits als charakteris tisch identifizierte Merkmalsausprägungen darstellen.

In den Figuren 3 bis 5 beginnt jeweils der erste Atemzyklus, der eine frustrane Atem bewegung aufweist, zum Zeitpunkt to und endet im Zeitpunkt t2. Der Wechsel von einer Inspirationsphase Ti zu einer Exspirationsphase TE des Lebewesens 3 findet zum Zeitpunkt ti statt. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 tritt ein charakteristisches Merkmal Mi , M2, M3, M4 in dem Atem luftdruckverlauf und/oder dem Atem luftstrom verlauf auf. Der zweite Atemzyklus, der keine frustrane Atembewegung aufweist, be ginnt jeweils zum Zeitpunkt t2 und endet im Zeitpunkt t6. Der Wechsel von einer Inspi rationsphase Ti ZU einer Exspirationsphase TE des Lebewesens 3 findet zum Zeit punkt t5 statt.

In der Figur 3 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase TE während des Anstiegs des Atem luftstrom Verlaufs zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Wöl bung ausgeprägte Atemluftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal Mi auftritt. Im Atem luftdruckverlauf ist im Wesentlichen zeitgleich mit dem charakteristischen Merkmal Mi eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als weiteres cha rakteristisches Merkmal M2 erkennbar. Die Merkmale Mi und M2 können bereits je weils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufei nander ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steu ereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die cha rakteristischen Merkmale Mi und M2 gemeinsam auftreten.

Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale Mi und M2 nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhö- hung in dem Atem luftstrom verlauf sowie eine im Wesentlichen gleichzeitige als Wöl bung vorliegende Atemluftdruckerhöhung, die bevorzugt auch noch im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Steigungen und/oder Integrale aufweisen, schließt die Steuer einheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerin suffizienz.

Es hat sich zudem herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale Mi und M2 nicht nur charakteristisch für eine Triggerinsuffizienz, sondern insbesondere für eine leckagebedingte Triggerinsuffizienz sind. Somit ist die gezeigte Triggerinsuffizienz durch Leckagen oder unzureichende von der programmierbaren Steuereinheit 10 ermittelte Korrekturwerte zur Berücksichtigung von Leckagewerten wie Maskenle ckagen oder technischen Leckagen verursacht und kann durch entsprechende Ge genmaßnahmen selbständig von der programmierbaren Steuereinheit 10 reduziert oder vermieden werden.

In der Figur 4 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase TE des Atemluft- stromverlaufs während des Anstiegs des Atemluftstroms zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Wölbung ausgeprägte Atemluftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal Mi auftritt. Im Atem luftdruckverlauf ist zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 in zeitlicher Nähe zu t4 eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als weiteres charakteristisches Merkmal M3 erkennbar. Die Merkmale Mi und M3 können bereits jeweils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustranen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufei nander ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steu ereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die cha rakteristischen Merkmale Mi und M3 gemeinsam auftreten.

Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale Mi und M3 nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens 3 sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhöhung in dem Atem luftstrom verlauf sowie eine gleichzeitig oder während einer zweiten zeitlichen Hälfte der Atem luftstromerhöhung auftretende, als Spitze ausgebildete Atemluftdruckerhöhung, wobei die Atemluftdruckerhöhung be vorzugt ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung als die Atem luftstromerhö hung aufweist, schließt die Steuereinheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge eines intrinsischen PEEP.

In der Figur 5 ist erkennbar, dass innerhalb der Exspirationsphase TE des Atemluft- stromverlaufs während des Anstiegs des Atemluftstroms zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Wölbung ausgeprägte Atem luftstromerhöhung als charakteristisches Merkmal Mi auftritt. Im Atem luftdruckverlauf ist in der ersten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckredu- zierung und in der zweiten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung als gemeinsames charakteristi sches Merkmal M4 erkennbar. Die Merkmale Mi und M4 können bereits jeweils für sich gesehen charakteristische Merkmale einer frustranen Atembewegung darstellen. Sie können jedoch auch ein gemeinsames charakteristisches Merkmal einer frustra nen Atembewegung bilden und zusammenhängend bzw. bezogen aufeinander aus gewertet werden. So kann beispielsweise in der programmierbaren Steuereinheit 10 festgelegt sein, dass im Sinne einer Zweifaktorenabhängigkeit nur dann auf das Vor liegen einer frustranen Atembewegung geschlossen wird, wenn die charakteristi schen Merkmale Mi und M4 gemeinsam auftreten. Es hat sich herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale Mi und M4 nicht nur charakteristisch für eine frustrane Atembewegung allgemein, sondern insbesondere für eine frustrane Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz sind. Erkennt die programmierbare Steuereinheit 10 eine als Wölbung vorliegende Atemluftstromerhö- hung in dem Atem luftstrom verlauf sowie während der ersten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckredu- zierung und in der zweiten Hälfte der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine als Spitze ausgeprägte Atemluftdruckerhöhung, wobei die Atemluftdruckerhö- hungen bevorzugt jeweils ein kleineres Integral über die Zeit der Erhöhung als die Atemluftstromerhöhung aufweisen, schließt die Steuereinheit 10 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung infolge einer Triggerinsuffizienz.

Es hat sich zudem herausgestellt, dass die charakteristischen Merkmale Mi und M4 nicht nur charakteristisch für eine Triggerinsuffizienz, sondern insbesondere für eine parameterbedingte Triggerinsuffizienz sind. Somit ist die gezeigte Triggerinsuffizienz durch der programmierbaren Steuereinheit 10 vorgegebene Parameterwerte zu Sen sibilitätseinstellungen des Inspirations- und/oder Exspirationstriggers verursacht und kann durch entsprechende Gegenmaßnahmen selbständig von der Steuereinheit 10 oder durch äußere Korrektureingaben reduziert oder vermieden werden.

In den Figuren 6 bis 8 sind beispielhaft Atemluftdruckverläufe über die Zeit während eines Atemzyklus mit aktivierter Entblähungsfunktion der Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei wird in der Exspirationsphase TE des Atemzyklus von der Vorrichtung 1 ein Gegendruck erzeugt, der dem Lebewesen 3 einen Atemwiderstand bereitstellt und hierdurch ein angenehmeres Ausatmen ermöglicht sowie einen Kollaps der Atemwe ge verhindert. Der Atemzyklus beginnt zum Zeitpunkt to mit einer Anhebung des Atemluftdrucks auf den IPAP-Wert pi. Zum Zeitpunkt ti endet die Inspiration und es beginnt die Exspiration, die zum Zeitpunkt t2 endet. Zwischen den Zeitpunkten ti und t2, also während der Exspiration, wird von der Vorrichtung 1 ein Gegendruck erzeugt. Der Gegendruck wird von einem Gegendruckanfangszeitpunkt tGA bis zu einem Ge gendruckendzeitpunkt tGE insbesondere dynamisch gesteuert. Zwischen den Zeit punkten tGA und tGE wird ein maximaler Gegendruck erreicht, die Gegendruck amplitude PG. In Figur 6 wird dieser Gegendruck bereits mit dem Beginn der Exspiration zum Zeit punkt ti erzeugt, also ohne eine Gegendruckwartezeit nach dem Zeitpunkt ti. In den Figuren 7 und 8 findet eine verzögerte Einleitung der Gegendruckerzeugung statt, sodass eine zeitliche Differenz zwischen dem Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt tGA be steht. Diese zeitliche Differenz wird als Gegendruckwartezeit TGW bezeichnet. In Fi gur 8 ist die Gegendruckwartezeit TGW länger eingestellt als in Figur 7. Zudem sind die Flöhen der IPAP-Werte pi und die Gegendruckamplituden PG in den Figuren 6 bis 8 unterschiedlich gewählt. Die Gegendruckparameter des von der Vorrichtung 1 er zeugten Gegendrucks sind somit variabel einstellbar, von der programmierbaren Steuereinheit 10 vorgegeben und/oder dynamisch an den Atemluftstrom des Lebe wesens 3 anpassbar. Zu den Gegendruckparametern gehören insbesondere die Ge gendruckwartezeit TGW, die Gegendruckamplitude PG sowie Gegendruckanstiegs und Gegendruckabfallzeiten. Die Gegendruckwartezeit TGW ist die Zeitspanne zwi schen dem Zeitpunkt des Wechsels von einer Inspirationsphase zu einer Exspirati onsphase und dem Beginn des von der Vorrichtung 1 erzeugten Gegendruckauf- baus. Die Gegendruckamplitude PG beschreibt den maximalen Druckwert des Ge gendrucks über dem Druckwert, der zum Zeitpunkt ti + TGW vorherrscht, bei dem noch kein Gegendruck von der Vorrichtung 1 erzeugt wird. Die Gegendruckamplitude PG wird bevorzugt in Abhängigkeit der Gegendruckwartezeit TGW gewählt. Des Weite ren wird die Gegendruckwartezeit TGW bevorzugt in Abhängigkeit der Höhe des I- PAP-Wertes pi gewählt. Der Gegendruckverlauf über die Zeit kann variieren, um den individuellen Bedürfnissen des Lebewesens 3 nach einem Atemwiderstand gerecht zu werden. So weist beispielsweise der Gegendruckverlauf in Figur 8 im Vergleich zu dem Gegendruckverlauf in Figur 6 oder 7 eine weniger steile Gegendruckabfallzeit auf. Die Gegendruckparameter werden bevorzugt von der programmierbaren Steu ereinheit 10 derart automatisch geregelt, dass das Auftreten frustraner Atembewe gungen vermieden oder zumindest reduziert wird, indem die Gegendruckparameter bei Erkennung frustraner Atem bewegungen anhand charakteristischer Merkmale durch die Steuereinheit 10 in geeigneter Weise variiert werden.

Die Figur 9 zeigt einen real anhand von Messwerten eines Lebewesens 3 aufge zeichneten Atem luftdruckverlauf und Atem luftstrom verlauf mit erkennbaren frustra- nen Atembewegungen. Dem oberen Diagramm ist hierbei der Atem luftdruckverlauf und dem unteren Diagramm der Atem luftstrom verlauf zu entnehmen. Es ist zu er- kennen, dass in dem Atem luftstrom verlauf wiederholt als Wölbungen vorliegende Atemluftstromerhöhungen in der Exspirationsphase des Lebewesens 3 auftreten. Beispielhaft sind in einem Atemzyklus der zeitliche Beginn und das zeitliche Ende der Atem luftstromerhöhung durch die Pfeile A und B gekennzeichnet. In dem Atem- luftdruckverlauf sind wiederholt als Spitzen ausgeprägte Atemluftdruckerhöhungen zu erkennen, wobei die Spitzen der Atem luftdruckerhöhungen ersichtlich kleiner als die als Wölbungen ausgeprägten Atemluftstromerhöhungen sind. Zudem treten die Atem luftdruckerhöhungen zeitlich gesehen am Ende der als Wölbungen vorliegen den Atemluftstromerhöhungen auf, wie für den beispielhaft ausgewählten Atemzyklus durch den Pfeil C ersichtlich, der das Auftreten der Atem luftdruckerhöhung kenn zeichnet. Aufgrund der zeitlichen Relation der Atem luftstromerhöhungen und der Atem luftdruckerhöhungen zueinander sowie aufgrund der Formen der jeweiligen Er höhung kann im Fall der Figur 9 auf das Vorliegen einer frustranen Atembewegung aufgrund eines intrinsischen PEEP geschlossen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung (1 ) zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit einer Sensoranordnung, einer programmierbaren Steuereinheit (10) und einer von der Steuereinheit (10) ansteuerbaren Luftförderungseinheit (6),

^■ wobei die Sensoranordnung einen Drucksensor (9) und einen Luft

stromsensor (11 ) aufweist, die zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassung von Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten des Lebewesens (3) ein gerichtet sind, und

^■ wobei die programmierbare Steuereinheit (10) zur Auswertung von aus den von der Sensoranordnung erfassten zeitlich aufeinanderfolgenden Atem luft druckwerten und Atemluftstromwerten gebildeten Atemluftdruckverläufen und Atem luftstrom Verläufen eingerichtet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung frustraner Atembewe gungen des Lebewesens (3) anhand charakteristischer Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet ist.

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die charak teristischen Merkmale (Mi, M2, M3, M4) Maxima, Minima, Wendepunkte, Sattel punkte, Amplituden, Integrale und/oder Ableitungen in vordefinierten Zeitpunk ten (ti, t2, t3, t4, ts) und/oder Zeitabschnitten (Ti, TE) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe sind.

3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Merkmale (Mi, M2, M3, M4) charakteristische Abweichungen von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz- Atem luftstrom verlaufen sind.

4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) eine Speichereinheit zur Speicherung von vorgegebenen Referenz-Atem luftdruckverläufen und/oder Referenz-Atem luftstrom verlaufen und/oder von Referenzmerkmalen für charak teristische Merkmale (Mi, M2, M3, M4) frustraner Atembewegungen aufweist.

5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spei chereinheit verschiedene krankheitsspezifische Referenz-Atem luftdruckverläufe und/oder Referenz-Atem luftstrom verlaufe und/oder verschiedene krank heitsspezifische Referenzmerkmale für charakteristische Merkmale (Mi, M2, M3, M4) frustraner Atem bewegungen aufweist.

6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Unterscheidung ei ner infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustra- nen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale (Mi, M2, M3,

M4) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet ist.

7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Unterscheidung ei ner infolge einer leckagebedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer parameterbedingten Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe eingerichtet ist.

8. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung einer frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes (ti, t2, t3, t4, ts, tö), der Zeit- spanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhö- hung oder -reduzierung in den Atemluftdruckverläufen und/oder Atem luftstrom- verläufen und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsi schen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand des Zeitpunktes (ti, t2, t3, t4, ts, tö), der Zeitspanne und/oder der Form einer Atem luftdruck- und/oder Atem luftstromerhöhung oder -reduzierung in den Atem luftdruckverläufen und/oder Atem luftstrom Verläufen eingerichtet ist.

9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Erkennung einer frustranen Atembewegung und insbesondere zur Unterscheidung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atem bewegung und einer infolge einer Triggerinsuffizienz auftretenden frustranen Atembewegung anhand charakteristischer Merkmale der Atem luftstrom Verläufe (Mi) und hierauf bezogener charakteristischer Merkmale der Atemluftdruckver- läufe (M2, M3, M4) eingerichtet ist.

10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) ferner zur Durchfüh rung oszillometrischer Atemwegswiderstandsmessungen eingerichtet ist.

11. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur Bestimmung der Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz einge richtet ist.

12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die pro grammierbare Steuereinheit (10) zur Ausgabe eines insbesondere akustischen, optischen und/oder haptischen Alarmsignals bei Überschreiten eines vorgege benen Schwellwerts für die Häufigkeit und/oder Intensität des intrinsischen PEEP oder der Triggerinsuffizienz eingerichtet ist.

13. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur automatischen Va riation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit (6) bei Erken nung einer frustranen Atembewegung eingerichtet ist.

14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die pro grammierbare Steuereinheit (10) zur fortlaufenden regelnden automatischen Variation von Ansteuerungsparametern der Luftförderungseinheit (6) zur Redu zierung und/oder Eliminierung der für die frustranen Atembewegung charakte ristischen Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom verlaufe eingerichtet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur automatischen Variation von Ansteue rungsparametern der Luftförderungseinheit (6) zur Reduzierung der für die frustranen Atembewegung charakteristischen Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atem luftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom verlaufe entsprechend einem vorgegebenen intrinsischen Mindest-PEEP eingerichtet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die program mierbare Steuereinheit (10) zur Bestimmung eines vorgegebenen intrinsischen Mindest-PEEP anhand von pC02-Messungen eingerichtet ist.

17. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter ein Inspirationstrigger oder Exspirationst rigger zum Wechsel der Vorrichtung (1 ) von einem Inspirationsmodus (INSP) zu einem Exspirationsmodus (EXSP) oder umgekehrt ist.

18. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter ein von der programmierbaren Steuer einheit (10) vorgegebener Atem luftdruck- und/oder Atem luftstrom verlauf der von der Luftförderungseinheit (6) geförderten Luft ist.

19. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsparameter ein von der programmier baren Steuereinheit (10) vorgegebener Gegendruck und/oder Gegendruckver lauf und/oder eine von der programmierbaren Steuereinheit (10) vorgegebene Gegendruckamplitude (PG) und/oder Gegendruckwartezeit (TGW) während der Exspirationsphase (TE) ist.

20. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ge gendruckamplitude (PG) und/oder die Gegendruckwartezeit (TGW) in Abhängig keit voneinander und/oder in Abhängigkeit eines IPAP-Wertes (pi) oder IPAP- Wertebereiches und/oder in Abhängigkeit eines Differenzdrucks von IPAP zu EPAP einstellbar ist.

21. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) bei einer Erkennung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung zur automatischen Reduzierung der Backup- Frequenz und/oder des IPAP-Wertes (pi) und/oder der maximalen Inspirations zeit und/oder zur automatischen Erhöhung der Exspirationstriggersensibilität und/oder dass die programmierbare Steuereinheit (10) zur automatischen Er höhung der Backup-Frequenz und/oder des IPAP-Wertes (pi) und/oder der ma ximalen Inspirationszeit und/oder zur automatischen Reduzierung der Exspirati onstriggersensibilität nach Eliminierung einer infolge eines intrinsischen PEEP des Lebewesens (3) auftretenden frustranen Atembewegung eingerichtet ist.

22. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuereinheit (10) eine Mustererken nungseinheit zur Erkennung charakteristischer Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atemluftdruckverläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe aufweist.

23. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zur unterstützenden Beatmung eines Lebewesens (3) mit ei nem Beatmungsgerät (1 ), wenn das Computerprogramm auf einer Rechenein heit des Beatmungsgeräts (1 ) ausgeführt wird, wobei mittels eines Druck- sensors (9) und eines Luftstrom sensors (11 ) des Beatmungsgeräts (1 ) zeitlich aufeinanderfolgende Atem luftdruckwerte und Atem luftstromwerte des Lebewe sens (3) erfasst und mit einer programmierbaren Steuereinheit (10) des Beat mungsgeräts (1 ) aus den Atem luftdruckwerten und Atem luftstromwerten gebil- dete Atemluftdruckverläufe und Atem luftstrom Verläufe ausgewertet werden und wobei anhand charakteristischer Merkmale (Mi, M2, M3, M4) der Atem luftdruck- verläufe und/oder der Atem luftstrom Verläufe frustrane Atembewegungen des Lebewesens (3) erkannt werden.