EP4168083A1 - Device, method and computer program for determining conditions of a patient - Google Patents

Device, method and computer program for determining conditions of a patient

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EP4168083A1
EP4168083A1 EP22713252.9A EP22713252A EP4168083A1 EP 4168083 A1 EP4168083 A1 EP 4168083A1 EP 22713252 A EP22713252 A EP 22713252A EP 4168083 A1 EP4168083 A1 EP 4168083A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
patient
respiratory
stimulation
designed
control unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP22713252.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marcus Eger
Frank Franz
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Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Draegerwerk AG and Co KGaA filed Critical Draegerwerk AG and Co KGaA
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    • A61M2230/60Muscle strain, i.e. measured on the user

Definitions

  • the present invention relates to a device, a method and a computer program for determining a state of a patient's respiratory muscles, in particular, but not exclusively, to a concept for determining at least one state parameter of the respiratory muscles of a patient based on an evaluation of an activation signal in response to a stimulation of the respiratory muscles.
  • the present invention also relates to a concept for determining a load capacity and a measure for a portion of the ventilation that is performed by the patient himself and for taking into account the load capacity and the measure when supporting the ventilation.
  • the present invention relates to a ventilation system, a device, a method and a computer program for ventilation of a patient
  • the present invention also relates to a concept for determining a measure of respiratory support for a patient based on target respiratory muscle activation and actual respiratory muscle activation.
  • the present invention relates to a device, a method and a computer program for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient, a ventilation device, a stimulator, a sensor unit, methods and computer programs for a ventilation device, a stimulator and a sensor unit , a ventilation system, a method and a computer program for a ventilation system.
  • the present invention also relates to a concept for stimulative ventilation support for a patient synchronized with a spontaneously generated respiratory muscle activity of the patient.
  • the present invention relates to a ventilation system, a device, a method and a computer program for stimulative ventilation support of a patient.
  • All of the above concepts and/or aspects of the invention combine in an effort to improve a patient's situation on ventilation by providing an adequate response to the patient's actual situation of workload, exercise tolerance and the patient's need for respiratory support.
  • the provision can take the form of concepts and measures relating to the performance of automated ventilation and/or the performance of stimulations to activate the patient's respiratory effort.
  • Automated ventilation can be carried out as mandatory ventilation, triggered mandatory ventilation, supportive ventilation.
  • Kahl, L. et. AI. “Comparison of algorithms to quantify muscle fatigue in upper limb muscles based on sEMG signals”, Medical Engineering & Physics: 2016. Jansen D. et. al.: “Estimation of the diaphragm neuromuscular efficiency index in mechanically ventilated critically ill patients”, Critical Care: 2018.
  • a stimulator can also be referred to as a stimulation device or a device for stimulation.
  • a respirator can also be referred to as a respiration device or a device for respiration.
  • Electromyography is a neurological examination of living things that measures the natural electrical activity of a muscle. Electromyography (EMG) makes it possible to determine the force with which a muscle is contracted. Measurements on superficial muscles are also referred to as sEMG.
  • Electrical impedance myography is a non-invasive technique for assessing muscle health, using electrical impedance measurements to examine the characteristics of individual muscles or muscle groups, as well as muscle composition and their microscopic structures.
  • Myomechanography is a method for recording elastic, viscous and plastic qualities of muscles.
  • the Pmus parameter represents a value derived from a measured EMG signal (electro-myogram), an sEMG signal (surface electro-myogram), an EIM signal (electro-impedance myogram) or an MMG signal (mechano-myogram ) derived quantity.
  • the parameter Pmus indicates a pressure level which has been caused by a patient's muscular effort to breathe.
  • the cause of the muscular effort to breathe can be initiated by the patient himself in the form of spontaneous breathing activity and/or brought about by means of an external, for example electrical, magnetic or electromagnetic stimulation.
  • the muscular respiratory effort can be derived indirectly from electrical, electromagnetic or magnetic signals.
  • Muscular respiratory effort can also be measured directly as a pressure difference compared to a reference pressure, for example by measuring the pressure on a patient's thorax.
  • the ambient pressure can be selected as the reference pressure or a pressure level provided by a ventilator.
  • Pressure levels typically provided by the ventilator are, for example, an inspiratory pressure level, usually referred to as inspiratory pressure or inspiration pressure Pinsp, as well as, for example, an expiratory pressure level, usually referred to as expiratory pressure or expiratory pressure Pexp, a special case
  • the expiratory pressure level is what is known as PEEP (positive end expiratory pressure), which describes a pressure level that can be measured at the end of expiration in the patient's airways as a pressure difference compared to the ambient pressure.
  • PEEP positive end expiratory pressure
  • Ambient pressure recorded and usually specified in the unit mBar can also be referred to as a respiratory muscle pressure Pmus.
  • the terms “muscular airway pressure”, “respiratory muscle pressure” with formulations such as “parameter Pmus”, “pressure parameter Pmus”, “pressure parameter or parameter P, Pmus, which indicates a pressure which has been caused by a patient's muscular respiratory effort", "a respiratory pressure Pmus applied by a patient's musculature” is used in an equivalent and equivalent manner, so that the term can be referred to reciprocally.
  • the Flowmus parameter represents a quantity derived from the Pmus parameter. Higher frequencies in the Pmus waveform can provide a measure of muscle-related components, flow direction, and reversal of flow direction in airway flow. The high-pass filtering of the Pmus parameter can be used to determine the Flowmus parameter. With the term airway flow
  • the Flowmus parameter indicates a flow quantity with a flow direction, the cause of the flow being based on a patient's muscular effort to breathe.
  • the cause of the muscular effort to breathe can be initiated by the patient himself in the form of spontaneous breathing activity and/or brought about by means of an external, for example electrical, magnetic or electromagnetic stimulation.
  • Such a parameter Flowmus can also be referred to as a muscular airway flow or also as a respiratory muscle flow Flowmus.
  • Signal processing with high-pass signal filtering of the signal curve of the Pmus parameter makes it possible to determine muscle-related respiratory phase changes and times in the Flowmus parameter at which there is a reversal of the sign of the Flowmus parameter.
  • the reversal of the sign of the Flowmus parameter indicates points in time at which a respiratory phase change between
  • Flowmus which indicates a pressure which has been caused by a patient's muscular respiratory effort
  • a Flowmus produced by a patient's musculature is used in an equivalent and equivalent manner, so that the term can be referred to reciprocally.
  • the following list serves to clarify some of the terms used in this application:
  • an airway pressure is a pressure or a pressure level—usually and usually above the ambient pressure—in the airways, lungs, trachea of a living being.
  • a respiratory pressure applied by a musculature a proportion of the airway pressure, in particular on the basis - spontaneous or stimulated - muscular activity of the respiratory muscles and / or muscular activity of the auxiliary respiratory muscles of the living being .
  • a respiratory flow or a respiratory gas flow is understood to mean any movement of quantities of respiratory gas as a quantity of inhaled gases to and into a living being, as well as out of and from a living being as a quantity of exhaled gases.
  • muscular airway pressure and respiratory muscle pressure are used synonymously within the scope of the present invention.
  • muscular airway flow and respiratory muscle flow are used synonymously within the scope of the present invention.
  • the respiratory musculature consists of the main inspiratory muscle, the diaphragm, and the auxiliary musculature. These include the external (inspiratory acting) and internal (expiratory acting) intercostal muscles and the expiratory acting abdominal muscles. It was found that long ventilation times and excessive support of spontaneous breathing cause the diaphragm to atrophy and make time-consuming weaning necessary. On the other hand, due to increased respiratory load (obstruction,
  • the muscle fibers of the diaphragm can be stimulated directly transcutaneously.
  • the phrenic nerve which is responsible for contracting the diaphragm, can be stimulated.
  • the muscles are activated and contracted.
  • the aim of these procedures is to improve weaning, to promote evacuation of secretions and possibly also to avoid ventilation or respiratory support. In contrast to ventilation or assisted spontaneous breathing, it is not necessary to administer a breathing gas.
  • US 20170252558A1 as well as in Cattapan, S.E. et.
  • NAVA Neuronal Adjusted Ventilatory Assist
  • the respiratory muscle pressure p mus (t) can be determined, for example, in the following way: a) Calculation from measured values for airway pressure, volume flow Flow(t), from which the tidal volume Vol(t) results through integration, as well as the pulmonary mechanical parameters R (resistance) and E (elastance).
  • the esophageal catheter can optionally be equipped and used to measure the abdominal pressure Pabd(t).
  • the respiratory activity signal u emg (t) can be subjected to a transformation into a pressure signal p emg (u emg (t)) by means of a predetermined transformation rule.
  • the transformation rule can be determined by linear or non-linear regression between U emg (t) and P mus (t) are determined or with other procedures, such as. B. with neural networks, machine learning, or simple scaling+.
  • the following linear regression equation can be used as an example to determine the regression coefficients for the transformation rule sought
  • P mus (t) a 0 + a 1 *U emg (t) + a2*U 2 emg (t) + a3*u 3 emg (t) + (t) are used, with which finally a transformed p emg (t)- Signal for further use, for example for ventilation control and/or for stimulation.
  • a further object is to provide an improved concept for supporting a patient during ventilation.
  • a further object is to create an improved concept for respiratory support for a patient.
  • a further object is to create an improved concept for stimulative ventilation support for a patient.
  • (Muscular) breathing effort The term is used in a generic sense. It describes the patient's muscular effort to generate respiratory muscle pressure in order to achieve airway flow. If the respiratory effort is occluded, ie the airway flow is interrupted by a blockage, then there is a respiratory muscle pressure generated (which can be measured as "mouth pressure" when the airways are open), but no airway flow occurs. It is an isometric contraction of the respiratory muscles. The respiratory effort always corresponds to a physiological work, which cannot be measured directly. On the other hand, measurable physical work is only done when the contraction is not isometric, ie when an airway flow is generated.
  • Breathing support is a ventilatory counterpart to muscular breathing effort.
  • the ventilator supports the patient's detected (triggered) respiratory effort synchronously with a support stroke.
  • the patient determines the breathing rhythm. It can be pressure-controlled support (airway pressure is set) or, more rarely, volume-controlled support (tidal volume is set).
  • the ventilator performs physical work, i.e. part of the total work of breathing to be performed is relieved of the patient.
  • Pdrv is the sum of the pressures applied by the ventilator and the patient.
  • Pvent is the pressure applied by the ventilator.
  • Pmus is the pressure exerted by the patient's muscles alone, both with and without muscle stimulation.
  • Pspon is the proportion of muscle pressure that is applied spontaneously, i.e. without stimulation, by the patient.
  • Pstim is the proportion of muscle pressure that is exerted by the patient solely due to the stimulation of the muscles.
  • the basic respiratory load can be equated with the work of breathing or the driving pressure that is necessary to overcome the resistive, elastic and possibly other resistances and a sufficient volume (e.g. that of clinical staff set minute volume) with a healthy breathing pattern.
  • An energy-optimized pattern is preferably assumed as the breathing pattern.
  • the work of breathing or the driving pressure can be applied by the patient and/or the machine. The latter would be the case with (mandatory) ventilation.
  • the respiratory load can be determined by recording the work of breathing or the driving pressure that is actually required for ventilation.
  • the respiratory load is normally higher than the basic respiratory load because the patient's breathing rhythm is not energy-optimized, the patient is aiming for a higher volume than necessary due to hunger for air, for example, or there is asynchrony between the patient and the ventilator.
  • the ventilator takes over part of the respiratory load.
  • signals can also be used that are detected using innovative optical or acoustic (e.g. ultrasonic) technology.
  • the envelope of the EMG is used as the activation signal (referred to as “EMG” for the sake of simplicity).
  • EMG envelope of the EMG
  • the diaphragm activation signal is in the foreground.
  • the activation is preferably caused by a so-called magnetic twitch stimulation, a transient stimulation impulse with high intensity, which leads to a maximum contraction of the stimulated muscle [E11]. Other stimulation patterns would also be conceivable.
  • the activation can be detected by means of an activation signal, preferably with EMG. Effectiveness:
  • Efficacy is a pneumatic target (pressure or volume) that is achieved through muscular activation.
  • the "neuromechanical efficiency” (or “neuromuscular efficiency”) NME relates the generated muscle pressure [E18, E21], the “neuroventilatory efficiency” NVE the generated volume to the EMG [E22] Determining the effectiveness often requires maneuvers, e.g. occlusions or Changes in respiratory support. As explained in [E22], the values have a diagnostic meaning, e.g. in evaluating the progress of weaning from the ventilator.
  • muscle pressure This is a measure that depends on the ratio of the work of breathing performed to the maximum work of breathing that can be achieved, whereby muscle pressure or another measure can also be used instead of "work".
  • the load can be defined as:
  • the muscle pressure/breathing work developed by the muscles is often related to the maximum muscle pressure/breathing work that can be achieved.
  • the resilience can be determined quantitatively depending on the ratio of the basic respiratory load to the maximum respiratory effort that can be achieved. If the basic respiratory load exceeds a certain part of the maximum respiratory effort that can be achieved, the resilience for exclusive spontaneous breathing is no longer given and ventilation is mandatory.
  • exercise capacity can be defined as:
  • the degree of exhaustion is related to the exercise capacity, the respiratory effort and its duration, but cannot be calculated exclusively and directly from this. However, there are parameters that can be calculated, for example, from the electromyogram of the muscles and used as a surrogate for the degree of exhaustion [E19, E20].
  • the work of breathing can be calculated as the integral of the corresponding pressure over the volume, e.g. for the total work of breathing:
  • the pressure-time product can be used:
  • the equation applies under the assumption that the patient's respiratory system can be described as a simple RC element. If the flow and volume (as described above) are respectively defined as the sum of the ventilator and patient proportions, the result for Pvent and Pmus is:
  • the scalar relationship is applicable when measures of stimulation intensity and activation are valid for larger time ranges, e.g. whole breaths.
  • stimulation typically occurs as a sequence of weighted pulses spaced 20-100ms corresponding to 10-50Hz (preferably 40-50ms corresponding to 20-25Hz).
  • Each individual impulse (twitch) triggers a single activation, but only after the entire impulse sequence does the breath-like form of the activation signal result.
  • EMGstim(t) differs significantly from the time course of the stimulation intensity Istim(t).
  • the activatability can only be represented as a simple constant (or characteristic curve) for variables that are averaged over time.
  • a kernel-based estimation is possible for the timing behavior, e.g. with the simple assumption:
  • EMGstim(t) Istim(t) * k(t) where * is the convolution symbol and k(t) is the core of the modeling to be estimated
  • Istim(t) is a sequence of transient stimulation pulses.
  • k(t) corresponds to the impulse response of activation to a stimulation impulse of intensity Istim(t).
  • Istim(t) There are many methods for estimating the kernel k(t), e.g.
  • EMG EMGspon + Istim(t) * k(t)
  • EMGspon is assumed to be an error signal, which is minimized by adapting the kernel.
  • the spontaneous activity EMGspon can also be determined in this way, so that all factors of the equation of motion:
  • Pvent(t) R Flow(t) + E Vol(t) + const- NME [EMGspon(t) + k(t) * Istim(t)] are known. In this way, the proportions of the total work of breathing and the driving pressure can be determined and used to control ventilation and stimulation. Instead of estimating the kernel samples, a parametric estimation can also be used. In this way, the kernel could be understood as a system impulse response and its parameters identified.
  • EMG EMG1 + EMG2
  • FlowMus is available, it can be determined very easily by an integral of VolMus (as a time course), but also VTmus (muscular tidal volume performed) or MVmus (muscular minute volume). These variables can be important for respiratory diagnostics and therapy.
  • Exemplary embodiments are based on the knowledge that a state of a patient's respiratory muscles can be characterized by stimulation and subsequent measurement of a reaction of the respiratory muscles to the stimulation. Information about the state of the respiratory muscles, for example in the form of one or more state parameters, can then be obtained from the reaction of the respiratory muscles.
  • the degree of utilization of the patient's muscles can be derived from a resilience of the patient's respiratory muscles and the spontaneous breathing activity (the proportion of the work of breathing performed by oneself). If the resilience of the musculature is greater than what corresponds to the part that is performed by the patient, the patient's musculature can be subjected to more stress, for example through stimulation. If the self-performed part is greater than the resilience of the musculature, the patient's musculature can be relieved, for example, by increasing the degree of sedation.
  • Ventilation can also be specified.
  • a measure of respiratory support for the patient can then be determined from an actual respiratory muscle activation and a target respiratory muscle activation. Other embodiments are based on the knowledge that from a
  • Activation signal of the respiratory muscles of a patient a time course of the patient's own activity can be derived. Based on the course over time, an additional stimulation of the respiratory muscles can then take place in a temporal alignment. The activity of the respiratory muscles is now based on the patient's own activity and the stimulation that is timed to match. In this way, synchronous and proportional stimulative ventilation support can be provided.
  • Embodiments provide an apparatus for determining a condition of a patient's respiratory muscles.
  • the device includes one or more interfaces designed to acquire patient signals.
  • Embodiments create an apparatus for ventilating a patient.
  • the device includes one or more interfaces for exchanging information are designed with a ventilation unit, a stimulation unit and/or a sensor unit.
  • Embodiments therefore create a device for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient.
  • the device includes one or more interfaces for communication with components of the ventilation system.
  • Embodiments provide a stimulator or stimulation device for stimulative ventilation support of a patient.
  • the device includes one or more interfaces that are designed to exchange information with a ventilation unit and a sensor unit.
  • Embodiments create devices in configurations of ventilation systems, ventilation devices, stimulation devices (stimulators) to support a patient during ventilation based on at least one of the devices, systems, methods, computer programs or computer program products described in this description.
  • Exemplary embodiments create methods for supporting a patient during ventilation with at least one of the devices, systems, methods, computer programs or computer program products described in this description.
  • Exemplary embodiments can be formed by computer programs or computer program products with a program code for performing one of the methods described when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • Computer programs or computer program products can form parts of a medical technology system. Additional elements such as measuring devices, ventilation devices, monitoring devices,
  • Stimulator devices (stimulators), sensors for pressure measurement, sensors for flow rate measurement, sensors for detecting EMG signals (electromyogram), sEMG signals (surface electro-myogram), EIM signals (electro-impedance myogram) or MMG signals (mechano-myogram).
  • the exemplary embodiments or the devices can include a control unit.
  • Embodiments can include detecting a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and determining a measure of the patient's resilience.
  • the exemplary embodiments can include influencing the proportion of ventilation provided by the patient and assisting the patient in ventilation based on the measure of the proportion of ventilation provided by the patient and based on the measure of the patient's resilience.
  • Embodiments may include assisting with pressure-controlled or volume-controlled ventilation. Assisting may also include stimulating the patient's respiratory muscles. Embodiments can include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. In addition, exemplary embodiments can include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal. Furthermore, monitoring and regulation of the patient's total tidal volume provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself, and/or an oxygenation of the patient can take place. The influencing and the supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient or on a breathing rhythm specified by the influencing.
  • the influencing and support can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, while otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by stimulation, provided that the patient's spontaneous activity is non-existent or harmful and in the absence of a stimulation effect, the support is based on a breathing rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
  • Further embodiments may include determining an efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency.
  • the ability of the patient's respiratory muscles to be activated can be determined, with the assisting also being based on the ability to be activated.
  • an exhaustion of the patient's respiratory muscles can also be determined, with the support also being based on the exhaustion.
  • Determining the resilience can include determining a basic respiratory load and detecting a maximum possible respiratory effort by the patient. Capturing the maximum possible respiratory effort may include performing twitch stimulation.
  • the control unit can be designed to stimulate the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal and to detect an activation signal as a reaction to the stimulation.
  • the control unit is also designed to determine one or more status parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. By directly detecting the activation signal as a reaction to the stimulation, information about the state of the patient's respiratory muscles can be reliably obtained.
  • the control unit can also be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
  • Stimulation impulses can offer the advantage that desired reactions of the muscles can be evoked by variations in the impulse sequences and impulse intensities.
  • the control unit can be designed to record a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and to determine a measure of the patient's ability to work under pressure.
  • the control unit is also designed to influence the portion of ventilation performed by the patient himself and to support the patient during ventilation based on the measure of the portion of ventilation performed by the patient himself and based on the measure of the patient's resilience.
  • exemplary embodiments can enable ventilation support that is adapted to the patient's ability to bear stress and the proportion they have provided themselves.
  • the control unit can be designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation to provide support. Pneumatic ventilation support is thus possible.
  • control unit can also be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles for support.
  • the ventilation support can therefore also be stimulative or pneumatic and stimulative.
  • the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles , Flowmus, absolute or relative to a total respiratory gas flow, Flow, a tidal volume caused by the patient's musculature, Volmus, absolute or relative to a total tidal volume, Vol, a work of breathing performed by the patient himself, WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB.
  • the control unit can be designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles and to stimulate the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular respiratory support of the patient. This allows effective stimulative ventilation support to be provided.
  • the control unit can also be designed to record information about the time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself in order to record the information about the time profile of the activation signal, and to determine the activation signal for the patient's respiratory muscles based on information about the time course of the part of the work of breathing performed by the patient himself.
  • the stimulative support can therefore be based on the part that the patient himself has provided.
  • the control unit can also be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation.
  • the respiratory muscles When the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles can be activated, and when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold, activation can be at least reduced or absent.
  • activation threshold By considering the activation threshold, a better temporal alignment between intrinsic activity and stimulated muscle activity can be achieved.
  • the stimulating can be carried out in a feed-forward manner with the activation signal from the control unit. Stimulating then increases the intrinsic activity, for example proportionally.
  • Control unit also be designed to determine a stimulation effect. If the stimulation effect is known, the actual stimulative support can be fine-tuned. For example, the control unit can be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect. As a result, a stimulation effect can be considered and checked individually and also in a timely manner. In some exemplary embodiments, the control unit can be designed to carry out the stimulating in proportion to the activation signal. In this way, for example, a relative stimulative support, which can also depend on the resilience of the patient's respiratory muscles, can be set. As information about the time course of the activation signal
  • the patient's respiratory muscles can, for example, contain information about at least one element from the group consisting of a muscle pressure, Pmus, a spontaneous muscle pressure, Pspon, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, a respiratory gas flow spontaneously caused by the patient's muscles, Flowspon, a work of breathing, WOB, performed by the patient himself, a spontaneous work of breathing, WOBspon, performed by the patient himself.
  • Embodiments may have several options for
  • control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel. Embodiments can thus also allow pneumatic respiration support in combination with stimulative support.
  • the control unit can be designed to carry out the parallel pneumatic ventilation as proportional ventilation.
  • a pneumatic support component can also be based on the patient's own activity. For example, the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be recorded on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal. At least some of these exemplary embodiments offer the possibility of non-invasive detection of the activation signal.
  • control unit can be designed to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level.
  • a predetermined level is specified via a ratio of stimulation intensity and activation signal or via a ratio of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus.
  • the degree can thus correspond to a simple ratio or a simple relation.
  • the degree can also be a ratio between a stimulated respiratory activity and a determine the patient's spontaneous respiratory activity. This can be used, for example, to specify that the patient's spontaneous breathing activity is supported by half, twice, etc.
  • control unit can be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles. This results in an effective way of determining the spontaneous breathing activity.
  • the control unit can also be designed to generate a stimulation signal based on the ratio between the stimulated breathing activity and the spontaneous
  • the control unit can be designed to determine the stimulation signal by inverse convolution of a desired stimulation-induced activation signal, EMGstim, with the activation impulse response. This results in a simple methodical way of determining the stimulation signal.
  • the spontaneous respiratory activity can be determined, for example, as a respiratory muscle pressure, Pspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pstim, generated by stimulation.
  • control unit can be designed to determine the spontaneous breathing activity as a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated breathing activity as a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation. It is also possible for the control unit to be designed to measure the spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt, and the stimulated
  • control unit can be configured to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient. This also makes it possible to adapt the degree of support in exemplary embodiments.
  • the control unit can be designed to stimulate the achievement of a target value, which includes a patient-side portion of a driving pressure, ⁇ Pmus, a patient-side portion of a volume,
  • ⁇ Volmus or a patient-side contribution to a work of breathing, AWOBmus, to settle. This allows the ventilation support to be adjusted continuously to suit the patient.
  • Embodiments also provide a ventilation system with a stimulation device described herein.
  • Another embodiment is formed by a method for stimulative ventilation support of a patient.
  • the method includes acquiring information about a time profile of an activation signal of a patient's respiratory muscles and stimulating the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
  • capturing the information about the time profile of the activation signal can include capturing information about a time profile of a portion of the work of breathing performed by the patient himself and determining the activation signal for the patient's respiratory muscles based on the information about the time profile of the the patient's own share of the work of breathing.
  • the method can also include determining and taking into account a lower activation threshold for the stimulation, with the respiratory muscles being activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, and activation being at least reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
  • the stimulating can take place in a feed-forward manner with the activation signal. Furthermore, a determination of a
  • the method can also include a titration to determine the stimulation effect.
  • the pacing can be proportional to the activation signal.
  • the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be information about at least one element from the group of a muscle pressure, Pmus, a spontaneous muscle pressure, Pspon, a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, one of the Breathing gas flow spontaneously caused by the patient's musculature, Flowspon, one provided by the patient himself
  • the method may include parallel pneumatic ventilation of the patient.
  • the parallel pneumatic ventilation can preferably include proportional ventilation.
  • the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be recorded, for example, on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasound sensor or a mechanomyographic signal.
  • the method may further include adjusting an intensity of the pacing based on a predetermined level.
  • the predetermined level may comprise a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus.
  • the degree can determine a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient.
  • the patient's spontaneous breathing activity can be determined based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles.
  • the method can include determining a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles.
  • the stimulation signal can be determined, for example, by inverse convolution of a desired activation signal, EMGstim, caused by stimulation, with the activation impulse response.
  • processing can also be carried out in the frequency domain, where the convolution appears as multiplication. This may require a block-by-block transformation, which can lead to delays.
  • Spontaneous respiratory activity may include patient spontaneously generated respiratory muscle pressure, Pspon, and stimulated respiratory activity may include stimulation-induced respiratory muscle pressure, Pstim.
  • the spontaneous breathing activity can include a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient
  • the stimulated breathing activity can include a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation.
  • Spontaneous respiratory activity may include patient spontaneously generated work of breathing, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt
  • stimulated respiratory activity may include stimulation generated work of breathing, WOBstim, or its time derivative, dWOBstim/dt.
  • the predetermined degree can be tracked at a time level which is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient.
  • the method may further include controlling pacing to achieve a target value that includes a patient contribution to a driving pressure, ⁇ Pmus, a patient contribution to a volume, ⁇ Volmus, or a patient contribution to a work of breathing, AWOBmus.
  • the control unit can be designed to determine first information about a target respiratory muscle activation of a patient and to determine second information about an actual respiratory muscle activation of the patient.
  • the control unit is also designed to determine a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
  • Embodiments can allow for effective respiratory support of a patient.
  • the device can include a device for measuring airway flow and airway pressure on the patient.
  • the control unit can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • pneumatic variables can thus be used to determine muscle activation.
  • the device can also additionally comprise a device for pneumatic respiratory support and the measure of respiratory support can comprise a measure of pneumatic respiratory support. Pneumatic respiratory support can thus take place in exemplary embodiments.
  • the apparatus may further include means for sedating the patient based on the level of respiratory support. In exemplary embodiments, a basis for automated or partially automated sedation can thus be created.
  • measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient can be obtained via the one or more interfaces, and the control unit can be designed to determine the amount of respiratory support based on the measurement information.
  • the control unit can be designed to determine the amount of respiratory support based on the measurement information.
  • the device can also comprise a device for sensory detection of a signal which depends on the actual respiratory muscle activation.
  • the control unit can then be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors.
  • signals that are detected by sensors and, in particular, also non-invasively can also be used taken into account when determining respiratory support.
  • the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. At least some of these signals can offer the advantage that they can be detected non-invasively.
  • the device for sensory detection can include, for example, a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • the device can also have a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of the
  • the breathing support can therefore be supplementary or alternatively also stimulative.
  • control unit can also be designed to detect a difference between the first
  • the control unit can, for example, generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support.
  • the first and the second information can then each comprise a measure of a patient-side stimulated or total respiratory muscle activation, a patient-side stimulated or total respiratory muscle flow or a patient-side stimulated or total respiratory muscle pressure.
  • a spontaneous activity of the patient can thus be taken into account in exemplary embodiments.
  • the control unit can also be designed to determine and provide information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the control unit can also be designed to determine the degree of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity and thus also to take it into account in any regulation.
  • the measure of respiratory support can also indicate a measure of more intensive sedation of the patient if the information about the patient's spontaneous respiratory activity is a respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation. The patient's muscles and respiratory system can thus be protected from overuse.
  • the control unit can also be configured to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure of respiratory support. From the
  • Stimulation impulse response and desired activations can then be determined corresponding stimulation excitations.
  • the control unit can determine the estimate based on a stimulation maneuver, for example. Such a maneuver can allow for a precise estimation.
  • the control unit can be designed to repeat the estimate regularly or continuously.
  • the control unit can be designed to determine a reliability for the first and the second information and to display it if the reliability falls below a predetermined threshold. This can result in more effective respiratory support as unreliable information can be acted upon accordingly.
  • Embodiments also provide a ventilator having an embodiment of the apparatus described herein. The functionality described for the device can then be integrated in such a ventilator.
  • control unit can be designed to communicate information about the degree of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces.
  • exemplary embodiments enable a corresponding interaction between the ventilator and the stimulator.
  • a stimulator is a device that enables stimulation for respiratory support.
  • the measure for respiratory support can include at least one parameter from the group of: an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation of the target respiratory muscle activation.
  • the measure can be suitable for controlling a stimulator.
  • the one or more interfaces can be designed for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit. This ensures that the components involved react quickly.
  • the one or more interfaces are designed for sample-by-sample real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the one or more interfaces can be designed to communicate a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the time profile describes the form of the signal, eg the stimulation intensity for the stimulator, which triggers the previously known form of the stimulation intensity at the start time point. This means that sample-by-sample real-time communication is not necessary in this case.
  • control unit can be designed to specify a clock for a stimulator via the one or more interfaces.
  • the ventilator can also have an integrated stimulator.
  • the control unit can be designed to communicate with a stimulator via the one or more interfaces, the first and the second
  • control unit can be designed to coordinate ventilation maneuvers with a stimulator via the one or more interfaces. Exemplary embodiments thus allow ventilation with coordinated operation of the ventilation device and stimulator and possibly also a sensor unit.
  • Embodiments also provide a stimulator having an embodiment of the device described herein.
  • the control unit can then be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces from a sensor unit or from a ventilator.
  • a stimulator with the appropriate functionality can also be integrated into a ventilation system.
  • the control unit can be designed to receive at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, a time course of the target respiratory muscle activation, an airway flow via the one or more interfaces from a sensor unit , an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and respiratory muscle flow.
  • a systemic interaction with a sensor unit can thus be ensured.
  • the start or end time does not have to be an absolute time in the sense of a time, but is to be understood as an event that, for example, triggers or ends a stimulation.
  • the control unit can be designed to receive a clock from a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces. Adequate temporal synchronization of the components involved can thus be achieved.
  • the stimulator can therefore follow a received clock.
  • the control unit can be designed to specify a clock for a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces. In some exemplary embodiments, the stimulator can also provide or specify a clock for other components.
  • the control unit can also be designed here to communicate in real time via the one or more interfaces. In this way, sufficient time synchronization of the components in the system can be achieved.
  • the control unit can be designed accordingly in order to coordinate ventilation maneuvers with a ventilator via the one or more interfaces. As a result, a ventilation maneuver can be coordinated accordingly.
  • Embodiments also provide a sensor unit with an embodiment of the device described herein.
  • the control unit can then be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces and to also determine the measure for respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal.
  • a pneumatic signal can also be taken into account by the sensor unit when determining the degree of respiratory support.
  • the control unit can be designed, for example, to determine the second information based on sensor signals.
  • the sensor signals can then be used to determine the actual respiratory muscle activation.
  • the control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces and thus establish sufficient time synchronization between the components of the ventilation system.
  • the control unit can also be designed here to transmit at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a Provide stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a respiratory muscle flow as a measure of respiratory support.
  • This can enable systemic interaction with the other components.
  • the control unit can be designed to receive information about a maneuver via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator. This allows maneuver coordination between the components.
  • control unit can also be designed to receive information about blanking, measurement times to be suppressed, filtering, or suppression of stimulation artifacts via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator as first information or with the first information. This means that interference in sensor signals can be effectively suppressed.
  • Embodiments also provide a ventilator system including an embodiment of the device described herein.
  • the ventilator system may include a ventilator as described herein.
  • the ventilation system can also include a stimulator, as described herein, or a sensor unit, as described herein.
  • Embodiments also provide a method for a component of a ventilator system to assist a patient in breathing.
  • the method includes determining first information about a target respiratory muscle activation of the patient, determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient, and determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
  • the method may further include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • the measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support.
  • the method may include sedating the patient based on the level of respiratory support. Additionally, the method may include obtaining measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient and determining the level of respiratory support further based on the measurement information. There can be a sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation and a determination of the measure for the respiratory support based on the sensory detected signal.
  • the signal detected by sensors can be, for example, an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram.
  • the sensory signal can be detected, for example, with a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • the method may also include stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support. A difference between the first piece of information and the second piece of information can be reduced by rules about the degree of respiratory support. Additionally or alternatively, a stimulation signal can be generated for the patient as a measure of the respiratory support.
  • the first and second pieces of information may each include a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure.
  • the method can include determining and providing information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity, or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the method may include determining the level of respiratory support based on information about the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the measure of respiratory support may also indicate a measure of more intense sedation of the patient when the patient's spontaneous respiratory activity information indicates respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation.
  • estimating a patient's stimulation impulse response from the second information in response to the measure of respiratory support can be based on a stimulation maneuver, for example.
  • the estimation can be done regularly or continuously.
  • the method may also include determining a reliability on each of the first and second pieces of information and indicating when the reliability falls below a predetermined threshold.
  • Embodiments also provide a method for a ventilator that includes any of the methods described herein.
  • the method may include communicating information about the level of respiratory support to a stimulator.
  • the measure of respiratory support can include at least one parameter Group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation.
  • communication can also take place in real time with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the communication can take place, for example, on a sample basis in real time with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the communication can include communicating a time profile of the measure of the respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • a clock can be specified for a stimulator.
  • the method can include specifying the first and the second information to a stimulator and/or coordinating a ventilation maneuver with a stimulator.
  • Embodiments also provide a method for a stimulator that includes any of the methods described herein.
  • the first or the second information can be received by a sensor unit or by a ventilator.
  • At least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, the target respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a Respiratory muscle flow can be received.
  • a clock can be received from a sensor unit and/or a ventilator.
  • a cycle can also be specified for a sensor unit and/or a ventilator. Communication can take place in real time.
  • the sensor unit can receive the information when stimulation is taking place, i.e. when artefacts/interference is to be expected.
  • the method may include coordinating a ventilation maneuver with a ventilator.
  • Embodiments also provide a method for a sensor unit using any of the methods described herein. The method may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the amount of respiratory support further based on the information about the at least one pneumatic signal. The second information can be determined based on sensor signals. That
  • Method may include communicating in real time.
  • Information about a maneuver can be obtained. For example, information about blanking, measurement times to be suppressed, filtering, or suppression of stimulation artifacts can be received from a respirator or a stimulator as the first information or with the first information.
  • exemplary embodiments create a method for a ventilation system with one of the methods described herein.
  • the method may include a method described herein for a ventilator, a method described herein for a stimulator and/or a method described herein for a sensor unit.
  • the control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response.
  • the response to specific stimulation pulse sequences or a specific stimulation pulse sequence for a desired reaction can now be determined by means of the impulse response.
  • the control unit can also be designed to determine an activability of the respiratory muscles of the patient by determining the one or more status parameters.
  • the ability to be activated can be helpful, for example, to take account of a degree of exhaustion (also "fatigue") of the respiratory muscles. For example, some of the muscle fibers cannot be recruited/activated. The degree of exhaustion correlates significantly with the lack of contraction (force/pressure generation) as a result of activation. This means that although the muscle fibers are activated, they do little.
  • control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, with activation of the respiratory muscles being reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
  • a stimulation can then take place above the activation threshold, for example with a clear reaction of the respiratory muscles.
  • the stimulation can be better synchronized with ventilation or spontaneous breathing, for example. For example, ramped waveforms are used for stimulation to increase stimulation for the
  • control unit can be further designed to determine a respiratory muscle pressure, Pstim, that can be generated by stimulation, a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a work of breathing of the patient that can be generated by stimulation.
  • a stimulation effect and a stimulation intensity can thus be determined based on a desired degree of support for the stimulation.
  • control unit can be designed to also carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to also determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter. Taking the pneumatic ventilation parameter into account can contribute to a more reliable determination of the one or more state parameters.
  • the diagnostic pneumatic maneuver may include, for example, occlusion, airflow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support.
  • occlusion airflow limitation
  • omission of support for individual breaths or variability in the patient's respiratory support.
  • a variety of diagnostic maneuvers for further determination of pneumatic parameters are conceivable in exemplary embodiments.
  • the detection of the measure of the patient's self-contribution can be carried out on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor will. At least some of these options offer the possibility of capturing the information or signals non-invasively.
  • control unit can be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself.
  • the patient's musculature can thus be activated and trained to a certain extent, provided this is compatible with the resilience of the musculature.
  • the control unit can also be designed to emit a signal for influencing the administration of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself. This can prevent overloading of the muscles and also the lung tissue, especially if the degree of spontaneous activity of the patient exceeds the patient's capacity prevent muscle damage.
  • Exemplary embodiments can thus enable ventilation that protects the diaphragm and protects the lungs.
  • the control unit can be designed, for example, to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal.
  • the control unit can be designed to regulate the portion performed by the patient himself based on a portion of the ventilation specified as a secondary goal. Efficient regulation can thus take place in exemplary embodiments.
  • the entire respiratory volume and that provided by the patient himself can be monitored and regulated by the control unit.
  • the control unit can be designed to regulate and monitor the work of breathing performed by the patient himself.
  • the patient's oxygenation can also be monitored and/or regulated by the control unit.
  • comprehensive monitoring and ventilation control can be carried out in this way.
  • the control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient. This means that ventilation support can be synchronous and therefore more comfortable for the patient. In further exemplary embodiments, it can also be advantageous to direct the support according to a respiratory rhythm predetermined by the influencing, for example if there is little or no intrinsic activity on the part of the patient.
  • the control unit can therefore be designed to direct the influencing and the support according to a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to direct the support according to a respiratory rhythm specified by a stimulation, provided that the patient does not spontaneously act is present or harmful and, in the absence of a stimulation effect, to direct the support to a respiratory rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
  • ventilation support can then be adjusted and synchronized based on the patient's condition.
  • the control unit can be designed to determine an efficiency of the respiratory muscles of the patient, with the assisting also being based on the efficiency. This means that the support can also be adjusted to the efficiency of the respiratory muscles.
  • the control unit can also be designed to determine whether the patient's respiratory muscles can be activated, with the support also being based on the ability to be activated. Accordingly, an activatability in ventilation support can then also be taken into account.
  • the control unit can be designed to determine exhaustion of the patient's respiratory muscles, with the support also being based on the exhaustion, which can therefore also be taken into account.
  • control unit can be designed to determine a basic mechanical breathing load and to determine a maximum possible breathing effort by the patient in order to determine the exercise capacity.
  • the basic load can also be taken into account in the case of a reasonable breathing effort.
  • the control unit can be designed to determine the maximum possible breathing effort, for example by carrying out a twitch stimulation. This enables an effective determination of the maximum respiratory effort.
  • the control unit can also be designed to also determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles.
  • the measure of endurance can be used to prevent overloading of the respiratory muscles.
  • the measure of the exercise capacity can be based, for example, on a relationship between a base load, PmusBase, and a maximum attainable respiratory effort, PmusMax, of the patient, which can allow an efficient determination of the measure.
  • the control unit can be designed to also determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the efficiency can, for example, help to find a balance between pneumatic and stimulative breathing support during ventilation, with the pneumatic support relieving the patient of the work of breathing and the stimulative support requiring the patient to work.
  • the measure of the efficiency can include, for example, a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • the measure of the efficiency can also include, for example, a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • the control unit can also be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces.
  • the progress of therapy can be recorded in a non-invasive therapy method. For example, the efficiency of the respiratory muscles, their resilience, degree of exhaustion, etc. are monitored.
  • the respiratory effort to be made by the patient can be specified. For example, a volume/flow is determined from an EMG signal and WOB/Pmus/FlowMus/VolMus is then specified.
  • the “pace generator” can also be defined depending on the patient/ventilation situation.
  • the proportion of the respiratory effort for the patient can also be recorded/determined spontaneously and in a stimulated manner, for example via a ventilator.
  • automation can take place with the aim of increasing resilience and eventually weaning.
  • the respiratory effort to be made can be specified in relation to the maximum effort that can be achieved.
  • a rule-based ventilation system can be provided which, for example, specifies appropriate trajectories or a therapy plan.
  • Support can include pressure-controlled or volume-controlled ventilation.
  • Assisting may also include stimulating the patient's respiratory muscles.
  • the determination of the measure of the contribution made by the patient can be carried out on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor.
  • Influencing the portion performed by the patient himself can include stimulating the patient's respiratory muscles and/or influencing the administration of medication.
  • the method can also include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal.
  • the method 20 can also include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal.
  • the total respiratory volume and that provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself and/or oxygenation of the patient can be monitored and regulated.
  • the influencing and the supporting can be based on a patient-specified Breathing rhythm or according to a breathing rhythm predetermined by the influencing.
  • Influencing and supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, while otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by stimulation, provided that the patient's spontaneous activity is non-existent or harmful and with In the absence of a stimulation effect, the support is based on a respiratory rhythm specified by pneumatic ventilation.
  • Embodiments can allow a combination of ventilation and muscle stimulation for diagnostics.
  • embodiments may provide a mechanism for an automated therapy method or system that uses a combination of respiratory muscle stimulation and ventilation.
  • the mechanism translates the target signal required for the therapy into a corresponding control signal (e.g. the desired muscle pressure into the stimulation intensity) so that both muscle stimulation and ventilation can be controlled in relation to their effect.
  • Embodiments can support a system that enables effective and largely automated therapy for patients. Patients may require respiratory support or mechanical ventilation for reasons such as poor gas exchange and/or impaired respiratory muscle pump function.
  • Embodiments may further provide an automated therapy method and system that includes a combination of respiratory muscle stimulation and ventilation.
  • the system should monitor both the activity of the respiratory muscles - preferably the inspiratory
  • a measure of the work done by the patient himself, as well as a measure of respiratory muscle activation, preferably muscle pressure may be captured using sEMG or other suitable technology.
  • sEMG or other suitable technology.
  • muscle pressure Pmus the proportion of the flow caused by the muscles, FlowMus, could also be recorded [E29]
  • FlowMus may be preferred over Pmus.
  • the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group: from a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv; a respiratory gas flow, Flowmus, caused by the musculature of the patient, absolute or relative to a total respiratory gas flow, Flow; a tidal volume, Volmus, caused by the patient's musculature, absolute or relative to a total tidal volume, Vol; and - a work of breathing performed by the patient himself, WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB.
  • Pmus fac * Pdrv
  • a secondary therapy goal (preferably in the sense of a corridor) can be specified.
  • the control unit 14 is designed to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal.
  • the control unit 14 can then, at least in some exemplary embodiments, also be designed to regulate the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal, as will be explained in more detail below.
  • respiratory muscle pressure beyond spontaneous activity can be generated by means of magnetic or electrical (or other types of) stimulation of the respiratory muscles.
  • the stimulation can be direct by activating the muscle fibers or indirectly by stimulating the feeding efferent nerves.
  • the control unit is then designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles for support.
  • the control unit can also be designed to emit a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself.
  • the muscle pressure resulting from spontaneous breathing can be reduced, if necessary by automatically administering medication (eg sedatives or relaxants).
  • the control unit is then designed to emit a signal for influencing the dispensing of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself.
  • a connected ventilator can be used to ensure that the patient receives sufficient minute volume as the primary goal of therapy and that oxygenation via the FiO 2 setting is guaranteed.
  • the control unit is then designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation to provide support. In this way, it can also be ensured that pressure support is provided if the respiratory muscle is not able to bear the load, and if spontaneous activity is insufficient and the stimulation effect is insufficient mechanical ventilation is performed.
  • control unit can be designed to monitor and regulate the total respiratory volume and the respiratory volume provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself and/or oxygenation of the patient.
  • at least some exemplary embodiments of the system described here can simultaneously offer or focus on protecting the lungs and the respiratory muscles, in particular the diaphragm. Its use is expected to reduce the number of patients affected by VILI or VIDD.
  • An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure).
  • the negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation in terms of tissue damage [E25]
  • the sensor unit e.g. sEMG amplifier
  • the stimulator should generate a stimulation signal from the actual and target value of a target variable (e.g. muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure) and, if necessary, identify the kernel or parameters of the system impulse response.
  • a target variable e.g. muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure
  • a ventilator system includes, for example, a ventilator with the option of mechanical pressure or volume-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary,
  • the ventilator may have airway flow and pressure measurement capability and may include the devices described herein.
  • the muscle pressure signal can still be calculated. However, the calculation is less accurate when based solely on the pneumatic signals from the ventilator's sensors.
  • the ventilator may have the ability to adjust the sedation level of the to change patients. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible. If the respiratory muscle pressure is too great and therefore the lungs and diaphragm can be damaged, it can be reduced by administering an appropriate amount of sedatives or relaxants.
  • the ventilation system can also include an actuator unit (stimulator) for stimulating (e.g. electrically, ultrasonically or preferably magnetically) the respiratory muscles, which can also potentially include the devices described.
  • the actuator is preferably used non-invasively on the body surface, e.g. by means of stimulation electrodes or coils.
  • the actuator can be controlled directly by specifying a time-dependent stimulation intensity Istim(t).
  • Istim(t) a time-dependent stimulation intensity
  • a measure of the activation of the muscles, the airway flow caused or preferably the muscle pressure achieved by the contraction can be considered as a target variable. This requires sensory feedback of the target variable (e.g.
  • the actuator After specifying this time-dependent target variable, the actuator then stimulates in such a way that the target value is reached, i.e. the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible. This means that the stimulation is carried out in such a way that it achieves a specific effect.
  • the stimulation intensity is adjusted accordingly (continuously if necessary).
  • Muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is interpreted as an error signal.
  • This error signal can be displayed on a GUI (graphical user interface), since it has therapeutic and/or diagnostic value. For example, stimulation would only take place if the specified total patient-side muscle pressure is greater than the current patient-side muscle pressure. In the other case, there would be no stimulation; if necessary, the sedation could be increased in order to reduce the error signal (the spontaneous muscle pressure).
  • a volume signal could be used as a measure of respiratory muscle activation, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation (FlowMus or VolMus) [E29]
  • the actuator unit takes into account the signal quality of the signals that are necessary for the stimulation effect. If the signal quality is insufficient (e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure) the attending clinical staff can be made aware of this (alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
  • the signal quality is insufficient (e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure)
  • the attending clinical staff can be made aware of this (alarm).
  • the muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
  • the ventilation system can also include a sensor unit for detecting the muscle activation signal, preferably the electromyogram of the diaphragm, using surface electrodes.
  • the sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore, in general, there is the
  • the sensor unit detects the quality of the detected muscle activation signal or the calculated muscle pressure signal to counteract
  • exemplary embodiments can create a therapy method that can be used, for example, as a non-invasive therapy method in which the breathing work to be performed by the patient (absolute or relative) is specified depending on the therapy progress (e.g. efficiency of the respiratory muscles, resilience or degree of exhaustion).
  • the minute volume, oxygenation and/or other basic ventilation parameters are specified by the doctor/clinical staff as the primary therapy goal.
  • the proportion or the absolute value (preferably in the sense of a corridor, e.g. a trajectory with margin) of the breathing work to be performed by the patient can now be specified as a secondary goal.
  • This breathing work on the part of the patient is in turn divided into a spontaneous part and a part that is caused by the stimulation of the respiratory muscles - preferably the diaphragm. Furthermore, the stimulation is preferably carried out magnetically by activating the phrenic nerve in the neck.
  • the remaining portion of the work necessary to achieve the primary goal of therapy is performed by the ventilator. If the patient is now unable to achieve his/her therapy goal within the framework of respiratory support set in this way, the proportion of self-respiration could be increased by stimulating the inspiratory muscles. On the other hand, the patient's breathing work become larger than the specified proportion due to spontaneous breathing activity. In this case, the stimulation intensity is reduced or, if necessary, the degree of sedation or the rate of sedatives or relaxants is increased.
  • the long-term goal is, for example, that the patient maintains his resilience as much as possible or at least regains it quickly so that he can do all the work of breathing himself. Weaning is either no longer necessary or attainable in the short term.
  • control unit is then designed to increase the efficiency of the
  • control unit can be designed to determine whether the respiratory muscles of the patient can be activated, with the support also being based on the ability to be activated.
  • control unit can be designed to detect exhaustion of the respiratory muscles of the
  • the ventilator does the rest of the work of breathing. For example, exhaustion can be avoided. If the diaphragm is unable to perform the required work of breathing (e.g. due to fatigue, neuronal dysfunction, obstruction, restriction or other pathology), a specifically adjusted combination of muscle stimulation and pneumatic respiratory support can help. If the patient's muscles, e.g. due to fatigue, are not able to spontaneously trigger respiratory strokes and thus enable support, mechanical ventilation is used as a fallback. The breathing rhythm and the complete work of breathing are then performed by the ventilator. At the same time, there should be light stimulation to avoid muscle atrophy, synchronized with ventilation.
  • the synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths.
  • the control unit can thus be designed to direct the influencing and the supporting according to a breathing rhythm specified by the patient.
  • the control unit can be designed to direct the support according to a breathing rhythm predetermined by the influencing.
  • control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless. Otherwise, the support is based on a breathing rhythm specified by a stimulation, provided there is no spontaneous activity on the part of the patient is present or harmful and if there is no stimulation effect, the support is based on a respiratory rhythm specified by pneumatic ventilation. It is then no longer a matter of support in the true sense of the word, but of mandatory ventilation. If the activation signal (or pneumatic signals) indicate that self-breathing begins, the patient should be switched back from mechanical ventilation to respiratory support.
  • the primary therapy goal is ensured.
  • the following procedure defines how to ensure adequate ventilation and, if necessary, oxygenation and how to protect both the lungs (in terms of volume) and the diaphragm (in terms of the work of breathing). Volume is always monitored to ensure lung protection (VT ⁇ VTmax) and adequate ventilation (MV > MVmin).
  • the stimulation intensity must be reduced and, if necessary, the sedation increased.
  • the tidal volume VT becomes too small and at the same time the respiratory rate becomes too high, this is an indication of fatigue (rapid shallow breathing).
  • the patient's work of breathing must be reduced (possibly by reducing the stimulation intensity) and the support increased.
  • the minute volume MV is too small, the stimulation intensity or the support must be increased depending on the resilience of the muscles.
  • the work of breathing is always monitored in order to protect the diaphragm, i.e. to avoid atrophy (WOBmus ⁇ WOBmin) and fatigue (WOBmus > WOBmax).
  • WOBmus ⁇ WOBmin atrophy
  • WOBmus > WOBmax fatigue
  • the oxygenation is monitored using SpC>2 sensors.
  • the PEEP positive end-expiratory pressure
  • the F1O2 value are adjusted. This is preferably done automatically.
  • the following procedure determines who or which component is the “pace generator,” i.e., sets the pace of breathing.
  • the patient is preferably the pacemaker when there is (sufficient) spontaneous activity.
  • Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator.
  • the stimulation is used depending on the degree of resilience of the muscles, in order to increase muscle activation synchronously with spontaneous activity and increase resilience.
  • Ventilation is then assisted synchronously with muscle activation.
  • the stimulation unit is a pacemaker even when there is spontaneous activity, particularly when the breathing pattern is harmful to the patient.
  • Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator.
  • the stimulation unit carries out so-called "pacing", i.e. it specifies the breathing pattern. This is preferably lung-protective and energy-optimized. - It is possible (and probable) that the patient will accept the lung-protective and energy-optimized stimulation pattern and his
  • the patient's spontaneous activity pattern is used as the basis for the stimulation.
  • the stimulation is used depending on the degree of resilience of the muscles, in order to increase muscle activation synchronously with spontaneous activity and increase resilience.
  • the stimulation unit is preferably the clock when there is no (sufficient) spontaneous activity. This requires the stimulation to be available for an unlimited period of time. Depending on the degree of resilience of the muscles, stimulation is used in order to achieve adequate muscle activation.
  • the breathing pattern specified by the stimulation unit is preferably lung-protective and energy-optimized.
  • Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator.
  • automatic ventilation and stimulation take place, for example, in the following steps:
  • the clinical staff initially enters a primary therapy goal, preferably via the ventilator's GUI.
  • the doctor/clinic staff preferably specifies the minute volume (MV), the PEEP and the proportion of oxygen in the respiratory air (F1O2).
  • MV minute volume
  • F1O2 proportion of oxygen in the respiratory air
  • Tidal volume can be set in conjunction with breath rate or breath duration. Simply specifying the inspiratory pressure is not enough, as the administered volume depends on the patient's lung mechanical properties. o It is imperative that the primary goal of therapy is met. If the patient is not able to ensure adequate ventilation (CO 2 removal) and oxygenation, the ventilator must take on this role. - The clinical staff initially enters a secondary therapy goal, preferably via the GUI of the ventilator. o The clinical staff preferably uses the GUI of the
  • ventilator as a secondary therapy goal, how much of the for the work required for breathing (in terms of the ventilation to be performed for CC>2 evacuation) by the patient or how much work is to be performed by the ventilator.
  • the proportions that occur in a ventilation situation can be determined by calculating the muscle pressure Pmus or FlowMus and can be modified and regulated by adjusting parameters (eg stimulation intensity, degree of sedation or support pressure).
  • the secondary therapy goal can depend on the patient's condition - depending in particular on the muscular resilience and the pulmonary mechanical
  • a stimulation for muscle activation takes place that is synchronized with the spontaneous activity (triggered).
  • the stimulation amplitude is regulated in such a way that the respiratory effort reaches percentage X (on average). Alternatively, this can be done using the particularly physiological proportional stimulation, in which case not only the amplitude but also the progression over time is specified.
  • stimulation is carried out with a specified time pattern. If the patient is only partially able to perform the work, appropriate pressure support is provided, synchronized with the stimulated muscle activity.
  • the ventilator could specify a mandatory ventilation pattern with an adjusted amplitude (e.g. as part of volume-controlled ventilation).
  • the stimulation would be synchronized with this ventilation pattern and adjusted so that the stimulated muscle activity corresponds to the percentage X.
  • An alternative for the automated pursuit of the secondary goal of therapy would be the incorporation into a weaning process.
  • the stimulation can also be adjusted with a similar rule-based scheme. Due to the additional availability of the sensor unit (preferably sEMG), the weaning process receives further indicators that can make the path to weaning safer and faster (efficiency, activatability, resilience and, if necessary, degree of exhaustion).
  • Another alternative is to follow a specified training or therapy plan for the pursuit of the secondary therapy goal [E32]
  • the therapy progress and the adjustment of the secondary therapy goal can be described and presented, for example by trajectories or trends, so that the clinical staff can Expectation of progress can be related to the current situation in order to control the further course of therapy.
  • Other aspects for automation o
  • the mechanical properties of the lungs, in particular resistance and elastance, determine the basic respiratory load and are largely responsible for how high the total work of breathing is required, for example to achieve a specific minute volume (primary therapy goal).
  • the mechanical properties of the lungs are preferably estimated repeatedly (eg continuously) [E16, E17] o
  • a measure of the patient's capacity must be known in order to determine the patient's share of the work of breathing. This is determined, for example, as a function of the quotient of the basic respiratory load and the maximum respiratory effort that can be achieved.
  • the maximum respiratory effort that can be achieved can be determined once or preferably (regularly if necessary) repeatedly by twitch stimulation and simultaneous recording of the mouth closure pressure or a Pmus estimate. Because of its invasiveness or the abrupt and unpleasant effect, it is desirable to perform this maneuver rather infrequently.
  • control unit can be designed to determine a basic mechanical breathing load in order to determine the exercise capacity and to determine a maximum possible breathing effort by the patient.
  • the control unit can also be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation.
  • the implementation of a twitch stimulation can be used, for example, to determine the max. to be able to determine the respiratory effort o
  • a measure for the current stress of the patient is determined, for example depending on the quotient of the respiratory effort made to the maximum possible respiratory effort o
  • For automatic ventilation it is ensured that especially patients with low exercise capacity are only so heavily burdened with breathing work that the muscles do not tire. This is possible by limiting the work of breathing to be performed to a certain proportion of the maximum work of breathing that can be performed (eg 50%). The respiratory support must be adjusted accordingly.
  • both muscle stimulation and ventilation can be controlled in relation to their effect for an automatic therapy method that consists of the combination of respiratory muscle stimulation and ventilation.
  • a target signal to be specified can be translated into a corresponding control signal (eg a desired muscle pressure into a stimulation intensity).
  • a control signal eg a desired muscle pressure into a stimulation intensity.
  • Such an effect control is known for ventilation [E17], but not so far for the combination with stimulation.
  • Something similar to an effect control for the stimulation is described in [E13], but focuses exclusively on "diaphragm work” and does not use any characterization of the controlled system (measures of effectiveness).
  • Fractional pressure or fractional flow or volume may be preferable to a measure of work of breathing.
  • breathwork is used in the following, with the other measures being explicitly included and even preferred.
  • the automatic therapy method can take place in the following steps:
  • the clinical staff or a machine specifies the primary therapy goal, decisively the minute volume, the oxygenation and/or other basic ventilation parameters.
  • the clinical staff or a machine gives the secondary
  • Therapy goal i.e. the proportion of the work of breathing to be performed by the patient or the ventilator.
  • the total work of breathing can also be specified, as well as the work of breathing of the patient or the ventilator.
  • the ventilator is preferably set automatically. -
  • the deviation from the respiratory effort demanded by the patient is determined and the patient reacts accordingly: - If this deviation is positive (patient is doing too much), then measures can be taken to reduce the respiratory drive.
  • sedation or relaxation can be increased with medication, the CO2 partial pressure can be reduced (eg by extracorporeal methods), and the oxygen partial pressure SpÜ2 can be increased by increasing the F1O2 concentration.
  • the ventilator provides appropriate pressure support to ensure adequate ventilation and avoid exhaustion. In the course of Ultimately, as the therapy progresses, at a later point in time the support will no longer be necessary and the patient will be able to fully perform the required breathing work.
  • Embodiments also provide a method for determining a condition of a patient's respiratory muscles.
  • the method includes stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal and detecting an activation signal in response to the stimulating.
  • the method further includes determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
  • the stimulation signal can include one or more stimulation pulses.
  • the activation signal can be detected as an impulse response. Determining the activatability can include taking into account a lower activation threshold for the stimulation signal, with activation of the respiratory muscles below the activation threshold being activated
  • Respiratory muscles are reduced or absent. Determining the one or more status parameters can include determining an activatability of the patient's respiratory muscles. In further exemplary embodiments, the method can also include determining a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, Pstim, a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a work of breathing of the patient that can be generated by stimulation. The method may further include performing a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and determining the one or more
  • the diagnostic pneumatic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support.
  • the method may also include determining a measure of a patient's maximum attainable respiratory effort.
  • the measure of the patient's maximum effort to breathe can include, for example, a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles.
  • the method can also further include determining a measure of the capacity of the patient's respiratory muscles to work under pressure.
  • the measure of resilience can be based on a relationship between a base load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax.
  • the method can also include determining a measure of an efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the measure of the efficiency can, for example, be a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal or a ratio of a
  • Stimulation that can be generated respiratory muscle pressure and the activation signal include.
  • the method may further include outputting information about the one or more status parameters.
  • Another embodiment is a computer program with program code for performing one of the methods described herein when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component. Further exemplary embodiments show a sensor unit and/or a stimulation device (stimulator).
  • An embodiment according to the invention is formed by a device for determining a state of a patient's respiratory muscles.
  • the device according to the invention has one or more interfaces that are designed to record patient signals.
  • the device has a control unit that is designed to:
  • control unit can be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
  • control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response.
  • control unit can be designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles by determining the one or more state parameters.
  • control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, wherein the respiratory muscles are activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation occurs when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold is at least reduced or absent.
  • control unit can be designed to
  • control unit can be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
  • the diagnostic pneumatic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support.
  • control unit can be designed to determine a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient.
  • the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles.
  • control unit can be designed to determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles and/or a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a baseline load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax.
  • the measure of the efficiency can include a ratio of a respiratory volume or respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • control unit can be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces.
  • An embodiment according to the invention is formed by a device for ventilating a patient.
  • the device according to the invention has one or more interfaces which are designed for the exchange of information with a ventilation unit, a stimulation unit or a sensor unit and are designed with a control unit.
  • the control unit is designed to
  • control unit can be designed to support a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation, or to emit a signal to stimulate the patient's respiratory muscles.
  • the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of
  • WOBmus absolute or relative to a total work of breathing, WOB; include.
  • the detection of the measure of the contribution made by the patient can be based on an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor be performed.
  • control unit can be designed to influence the portion made by the patient himself a signal to
  • control unit can be designed to ventilate the patient with regard to a target specified as the primary goal
  • the control unit can be designed to monitor and regulate the total tidal volume and the tidal volume produced by the patient himself, in order to regulate and regulate the work of breathing produced by the patient himself and/or to monitor and regulate oxygenation of the patient.
  • control unit can be designed to direct the influencing and the supporting (28) according to a breathing rhythm specified by the patient or according to a specified breathing rhythm.
  • control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to direct the support according to a respiratory rhythm specified by a stimulation, provided a spontaneous activity of the patient is absent or harmful and, in the absence of a stimulation effect, to direct the support to a respiratory rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
  • control unit can be designed to determine an efficiency of the patient's respiratory muscles, the support being based on the efficiency, the control unit being designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles, the support being based on the activatability based, and / or wherein the control unit is designed to determine an exhaustion of the patient's respiratory muscles, wherein the support is based on the exhaustion.
  • control unit can be designed to determine a basic mechanical respiratory load and to determine a maximum possible respiratory effort of the patient in order to determine the exercise capacity.
  • control unit can be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation.
  • An embodiment according to the invention is formed by a device according to the invention for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient, with one or more interfaces for communication with components of the ventilation system and a control unit.
  • the control unit is designed to • Determination of a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient,
  • a preferred embodiment may include a device for measuring airway flow and airway pressure on the patient.
  • the control unit can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • a preferred embodiment may include a pneumatic respiratory support device.
  • the measure of respiratory support can include a measure of pneumatic respiratory support.
  • a preferred embodiment may include means for sedating the patient based on the measure of respiratory support.
  • a preferred embodiment can include a device for stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support.
  • the device can be designed to receive measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces.
  • the control unit can be designed to determine the measure for the respiratory support based on the measurement information.
  • a preferred embodiment may include means for sensing a signal dependent on actual respiratory muscle activation.
  • the control unit can be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors.
  • the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram.
  • the device for sensory detection can include a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • control unit can be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
  • the first and second pieces of information may each comprise a measure of patient-stimulated or total respiratory muscle activation, patient-stimulated or total respiratory muscle flow, or patient-stimulated or total respiratory muscle pressure.
  • control unit can be designed to determine and provide information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous breathing activity.
  • the control unit can be designed to determine the level of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity, with the level of respiratory support indicating a level of more intensive sedation of the patient if the information about the spontaneous respiratory activity of the patient is patient shows respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation.
  • the control unit can be designed to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support.
  • the control unit can be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver.
  • the control unit can be designed to determine a reliability for the first and the second information and to indicate when the reliability falls below a predetermined threshold.
  • An embodiment according to the invention is formed by a device for stimulative ventilation support of a patient.
  • the device according to the invention has one or more interfaces which are designed to exchange information with a ventilation unit and with a sensor unit.
  • the device has a control unit which is designed for
  • control unit can be designed to record information about a time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself, and a
  • Determination of the activation signal for the respiratory muscles of the patient based on the information about the time course of the part of the work of breathing performed by the patient himself.
  • control unit can be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation, with activation of the respiratory muscles taking place when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation being at least reduced when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold is or absent.
  • control unit can be designed to carry out the stimulation in positive feedback with the activation signal and/or proportionally to the activation signal.
  • control unit can be designed to determine a stimulation effect. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to provide information about at least one element from the group of
  • control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel as proportional ventilation.
  • control unit can be designed to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level.
  • control unit can be designed to measure the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity
  • the control unit can be designed to the spontaneous respiratory activity of the patient based on the information about to determine the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient.
  • the control unit can be designed to determine a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles.
  • the control unit can be designed to generate the stimulation signal by inverse convolution of a desired stimulation elicited activation signal, EMGstim, to be determined with the activation impulse response.
  • control unit can be designed
  • An embodiment can be formed by a ventilation system for supporting a patient during ventilation with a device according to one of the aforementioned embodiments.
  • An embodiment can be formed by a respirator, a stimulator, and/or a sensor unit with a device according to one of the aforementioned embodiments.
  • a device is referred to as a stimulator which enables stimulation for respiratory support.
  • An embodiment according to the invention is provided by a method for determining a state of a patient's respiratory muscles
  • An embodiment according to the invention is provided by a method for ventilating a patient
  • An embodiment according to the invention is provided by a method for the stimulative ventilation support of a patient with: detecting information about a time course of a
  • control unit or the control module can be designed as elements of the previously described embodiments for carrying out the method.
  • An embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for determining a state of a patient's respiratory muscles, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • FIGS. 1a to 1d show block diagrams of devices for implementing concepts: a) for determining a state of a patient's respiratory muscles b) to determine a measure of a proportion of ventilation c) to determine a measure of respiratory support for a patient d) for stimulative ventilation support for a patient
  • FIGS. 2a to 2d show flowcharts for carrying out methods a) for determining a state of a patient's respiratory muscles; b) for ventilation with determination of a measure for a proportion of the ventilation c) for determination of a measure for respiratory support of a patient d) for stimulative respiratory support of a patient
  • FIG. 3 shows an overview figure for the ventilation of a patient and for the detection of an electromyographic signal
  • FIG. 7 shows an enlarged detail from FIG. 6
  • FIG. 8 shows an even further enlarged detail from FIG. 6
  • Figure 9 shows an average stimulation impulse response
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a course of a muscle pressure
  • 11 shows a representation of the ability to be activated with an activation threshold.
  • FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d show schematic representations of devices for realizing concepts in the context of respiration, respiration, respiratory support and stimulation. Identical elements in FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d are denoted by the same reference numbers in FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d.
  • 1a shows an embodiment of a device 100, 10.
  • the device 10 is designed as a device for determining a state of a patient's respiratory muscles.
  • the device 10 includes one or more interfaces 12, which are designed to acquire patient signals.
  • the one or more interfaces are coupled to a control unit 14 .
  • the control unit 14 is designed to stimulate the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal and to detect an activation signal as a reaction to the stimulation.
  • the control unit 14 is also designed to determine one or more status parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
  • the figure also illustrates an exemplary embodiment of a stimulation unit (stimulator) 110 or a sensor unit 200 with a device 10.
  • the device 10 can be integrated into one or more system components or also implemented separately.
  • the activatability k or k(t) can be determined as a state parameter by means of an exemplary embodiment of the device 10 .
  • FIG. 1b shows an exemplary embodiment of a device 100, 10.
  • the device 10 is designed as a device 10 for ventilating a patient.
  • the device 10 comprises one or more interfaces 12, which are designed to exchange information with a ventilation unit 120, a stimulation unit (stimulator) 110 and/or a sensor unit 200.
  • the device 10 also includes a control unit 14 which is coupled to the one or more interfaces.
  • the control unit 14 is designed to record a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself. This proportion can be recorded, for example, as the volume flow performed by the patient himself, Flowmus, as the muscle pressure performed by the patient himself, Pmus, or as the work of breathing performed by the patient himself, WOB.
  • the control unit 14 is for determining a measure of a patient's resilience and for influencing the vom
  • control unit 14 is designed to support the patient during ventilation based on the patient's self-performing measure of ventilation and based on the patient's exercise capacity measure.
  • FIG. 1c shows an exemplary embodiment of a device 100, 10.
  • FIG. 1c shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 10 for a component 100 of a ventilation system 120 for respiratory support of a patient and block diagrams of exemplary embodiments of a ventilation system 120, a sensor unit 200 and a stimulation unit ( Stimulator) 110 with such a device 10.
  • This figure also illustrates a device 10 for a component 100 of a ventilation system 120 for respiratory support of a patient.
  • the device 10 includes one or more interfaces 12 for communication with components 100 of the ventilation system 120.
  • the device 10 includes a control unit 14 which is coupled to the one or more interfaces 12 and which is designed to determine first information about a target Respiratory muscle activation of the patient, for determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient and for determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
  • Fig. 1d shows an embodiment of a device 100, 10.
  • the device 10, 110 is designed as a device 110 for stimulative ventilation support for a patient.
  • the device 10 comprises one or more interfaces 12 which are designed to exchange information with a ventilation unit 120 and a sensor unit 200 .
  • the stimulation device 110 also includes a control unit 14 which is designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles and to stimulate the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
  • This figure also illustrates an exemplary embodiment of a ventilation system 120 for supporting a patient during ventilation with a device 10.
  • the device 10, 110 can be integrated into one or more system components 100 or can also be implemented separately.
  • 1a, 1b, 1c, 1d include one or more interfaces 12 which are coupled to the control unit 14.
  • the one or more interfaces 12 for example in the form of a machine interface or in the form of a software interface.
  • the one or more interfaces 12 can be embodied as typical interface(s) for communication in networks or between network components or medical devices, eg respirators, sensor or measuring units, stimulators, etc.
  • these can be formed by corresponding contacts.
  • it can also be embodied as separate hardware and can include a memory that at least temporarily stores the signals to be sent or the signals received.
  • the one or more interfaces 12 can be designed to receive electrical signals, for example as a bus interface, as an optical interface, as an Ethernet interface, as a radio interface, as a fieldbus interface, etc. It can also be designed in exemplary embodiments for radio transmission and a radio -Front end and associated antennas include. Input and/or output devices such as screen, keyboard, mouse can also be connected via the one or more interfaces 12 in order to record user inputs and/or to enable outputs.
  • the control unit 14 can comprise one or more arbitrary controllers, microcontrollers, network processors, processor cores such as digital signal processor cores (DSPs), programmable hardware components, etc. Exemplary embodiments are not limited to a specific type of processor core.
  • processor cores or even a plurality of processor cores or microcontrollers are conceivable for implementing a control unit 14 .
  • Implementations in an integrated form with other devices are also conceivable, for example in a control unit which also includes one or more other functions.
  • a control unit which also includes one or more other functions.
  • a control unit which also includes one or more other functions.
  • CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • ASIC Application-Specific Integrated Circuit
  • IC Integrated Circuit
  • SOC system on chip
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d show schematic representations of methods for realizing concepts in the context of respiration, ventilation, respiratory support and stimulation. Identical elements in FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d are denoted by the same reference numbers in FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d.
  • FIG. 2a shows an exemplary embodiment of a method 20 for determining a state of a patient's respiratory muscles. The method 20 includes stimulating 22 the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal, detecting 24 an activation signal in response to the stimulating 22 and determining 29 one or more state parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
  • the method includes detecting 21 a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and determining 25 a measure of the patient's ability to cope with stress.
  • the method 20 also includes influencing 26 the portion of the ventilation performed by the patient himself and supporting 28 the patient during ventilation based on the measure of the portion of the ventilation performed by the patient himself and based on the measure of the patient's resilience .
  • FIG. 2c shows an exemplary embodiment of a method 20 for a component of a ventilation system for breathing support for a patient.
  • the method includes determining 23 first information about target respiratory muscle activation of the patient and determining 24 second information about actual respiratory muscle activation of the patient.
  • the method 20 also includes determining 25 a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
  • FIG. 2d shows an exemplary embodiment of a method 20 for stimulative ventilation support for a patient.
  • the method 20 includes a detection 19 of information about a time profile of an activation signal of a respiratory musculature of the patient and a stimulation 22 of the respiratory musculature in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
  • the portion provided by the patient corresponds to the activation signal and includes the spontaneous and/or stimulated portion.
  • FIG. 3 shows a schematic overview figure for the ventilation of a patient and for the detection of an electromyographic signal. 3 shows a
  • Ventilation device 200 which ventilates a patient 300.
  • An electromyographic scan is performed on patient 300's respiratory muscles (diaphragm and accessory muscles).
  • Signal 340 is detected via sensors and an original signal EMG(t) 345 is supplied to a first signal processing unit 310, which determines an envelope EMG(t) 350 from original signal 345.
  • a further signal processing 320 determines a profile 331 of the respiratory muscle pressure Pmus from the envelope EMG(t) 350 and from the signals [airway pressure, Paw(t), volume flow V′(t) and tidal volume V(t)] 360 supplied by the ventilation device 120 330 of the patient 300.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a control circuit.
  • the dashed block shows the patient 300 or the patient model 400 with the respiratory system 410.
  • a block 420 models the neuromechanical efficiency (NMEspon) of the spontaneous breathing based on an electromyographic activation signal for the spontaneous breathing EMGspon(t) from the respiratory system 410 is provided.
  • Block 420 then provides a signal Pspon(t) indicative of the muscle pressure spontaneously evoked by the patient.
  • the stimulated muscle pressure Pstim(t) is determined by a block 430 that models the neuromechanical efficiency (NMEstim) of the stimulation based on an activation signal EMGstim(t) generated by the stimulation.
  • NMEstim neuromechanical efficiency
  • the activation signal EMGstim(t) generated by the stimulation is in turn determined by block 440 (k(t)), based on a stimulation intensity Istim(t) and the activatability k(t).
  • the total muscle pressure Pmus(t) then results from the sum of the stimulated muscle pressure Pstim(t) and the spontaneous muscle pressure Pspon(t).
  • Block 450 specifies sedation affecting respiratory system 410 . Higher sedation results in lower spontaneous breathing activity.
  • Block 460 represents the stimulation and sets the stimulation intensity Istim(t).
  • the block 470 represents the pneumatic ventilation or respiratory support that the
  • the controller 480 specifies the control variables for the components sedation 450, stimulation 460 and pneumatic respiratory support 470 and determines these from the
  • control difference at its input.
  • the control difference results from the difference between a predefined setpoint muscle pressure PmusSoll(t) and an estimated muscle pressure Pmus(t). This is calculated by an estimator 490 based on the outlet pressure of the respiratory support 470 Pvent(t), an electromyographic signal sEMG(t) recorded on the patient and the measured tidal volume flow
  • the device can, for example, in which Respirator 470, the stimulator 460 or a sensor unit may be included.
  • the figure illustrates a ventilation system with these components.
  • a therapy system consists of a respirator 470, a stimulator 460 and the possibility of setting the sedation depth 450.
  • the patient 300, 400 is supported in his breathing with the pressure Pvent.
  • the respiratory muscles are stimulated with the Istim intensity.
  • the resulting flow, the support pressure and the sEMG are measured.
  • the estimator 490 determines the muscle pressure Pmus from this.
  • the deviation from the target value is fed to controller 480, which controls sedation 450, stimulation 460 or respiratory support 470, depending on the polarity and size of the result.
  • the control unit 14 can be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
  • the diagnostic pneumatic maneuver may include, for example, occlusion, airflow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support.
  • NME neuromechanical efficiency
  • the control unit 14 can be designed to determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the measure of the efficiency can include, for example, a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • the measure of the efficiency can, for example, also include a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • the airway flow is blocked at the end of expiration, so that the patient's subsequent respiratory effort can be recorded as "mouth pressure".
  • the maximum amplitude, the area or other parameters over time of the mouth pressure can be used as a measure. This measure will be for the
  • the control unit can be designed to determine a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient.
  • the measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles. These (rather invasive) maneuvers can be dispensed with if there is sufficient variability in spontaneous breathing and respiratory support.
  • the variability can be created on demand, e.g. by randomly changing the pressure support or stimulation amplitude. Using estimation methods, it is then possible to calculate NME [E15]
  • the support is omitted for one breath or several breaths and the generated tidal volume VolSpon (possibly averaged over several breaths) is recorded and compared to a measure (mean value, area or similar) of the activation signal (EMGspon).
  • EMGspon mean value, area or similar
  • twitch stimulation a transient stimulation impulse with a high (eg 100%) intensity for a short-term maximum activation of the respiratory muscles. This should not be construed as a limitation. Other stimulation patterns are also conceivable. Ultimately, any desired stimulation pattern can be represented as a sequence of twitches that may be differently weighted. Accordingly, the control unit 14 is then designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
  • the stimulation signal can, for example, comprise one or more stimulation pulses.
  • the control unit is then designed to detect the activation signal as an impulse response. The ability to activate the patient's respiratory muscles is determined by determining the one or more status parameters.
  • an activation threshold can be taken into account here.
  • the control unit 14 is then designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability.
  • a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability.
  • the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles are activated and when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold, activation is at least reduced or does not occur at all.
  • the activation threshold is known, the stimulation can be better synchronized with ventilation or spontaneous breathing, for example. For example, a ramped course is used for the stimulation. If such a ramp begins at 0, there can be a significant time delay, since it takes a while before the activation threshold is exceeded due to the finite ramp gradient.
  • Exemplary embodiments can create a system and interfaces for the combination of ventilation and muscle stimulation.
  • exemplary embodiments can provide an architecture of a system which consists of components which communicate with one another via interfaces and are equipped with computing capacity.
  • This system can provide effective and largely automated therapy for patients who require respiratory support or mechanical ventilation due to poor gas exchange and/or limited respiratory muscle pump function.
  • the system can monitor both the activity of the respiratory muscles - preferably the inspiratory respiratory muscles, primarily the diaphragm - and adequately monitor and control the gas exchange in the lungs.
  • Conventional ventilation often causes damage to the lungs (also known as “ventilator induced lung injury”, VI LI) and/or respiratory muscles (also known as “ventilator induced diaphragm dysfunction”, VIDD).
  • the driving pressure (sum of ventilation pressure and muscle pressure) can lead to an excessive tidal volume and thus damage the lungs.
  • the respiratory muscles can become fatigued from overuse or atrophy from lack of activity. In the latter case, lung damage also often occurs, since the necessary comprehensive positive pressure ventilation damages the lung tissue more than if the respiratory muscle pulls along with negative pressure during inspiration [E25].
  • Exemplary embodiments can, for example - by means of sEMG (or another suitable technology) record a measure of the respiratory muscle activation, preferably the muscle pressure (instead of muscle pressure Pmus, the proportion of the flow caused by the muscles, FlowMus, could also be called [E29]
  • FlowMus can be preferred to Pmus
  • WOBmus integral Pmus(t)
  • Flow(t) dt integral P (t) ⁇ FlowMus(t) dt.
  • muscle pressure For reasons of simplicity, only “muscle pressure” is mentioned in the following, with the other dimensions being explicitly included), - specify a secondary therapy goal based on this dimension (preferably in the sense of a corridor), - by means of magnetic or electrical (or other types of) stimulation of the respiratory muscles, respiratory muscle pressure is generated beyond spontaneous activity (the Stimul ation can take place directly by activating the muscle fibers or indirectly by stimulating the feeding efferent nerves), - if necessary by automatically administering medication (e.g. Sedatives or relaxants) reduce the muscle pressure caused by spontaneous breathing, ensure by means of a connected ventilator that o the patient is basically sufficient as the primary goal of therapy
  • medication e.g. Sedatives or relaxants
  • exemplary embodiments focus on protecting the lungs as well as the respiratory muscles, in particular the diaphragm. It is to be expected that their use will reduce the number of patients affected by VI LI or VI DD. An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure). The negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation in terms of tissue damage [E25]
  • various components can be combined with one another to implement a system and a method that allows ventilation and stimulation, for example with regard to the respiratory muscle pressure to be provided, to be adequately adjusted and coordinated: a ventilator, a stimulator (actuator unit) and a sensor unit.
  • a ventilator e.g. a ventilator
  • a stimulator actuator unit
  • a sensor unit e.g. a sensor unit
  • the "intelligence" i.e. CPU power (computing capacity) and algorithms
  • CPU power computing capacity
  • algorithms is preferably distributed to the components. In this way, specific calculation/estimation tasks are to be performed by the components that are most likely to be able to do this with their available signals.
  • the sensor unit e.g. sEMG amplifier
  • the stimulator should generate a stimulation signal from the actual and target value of a target variable (e.g. muscle activation, airway flow or muscle pressure) and, if necessary, identify the kernel or parameters of the system impulse response.
  • a target variable e.g. muscle activation, airway flow or muscle pressure
  • the interfaces of the various components are of particular importance. All interfaces are preferably bidirectional. The interfaces do not necessarily have to be designed for a real-time requirement (response time ⁇ 50ms), but only if this is necessary in the context of synchronizing activities of the communicating components.
  • the device 10 described above can thus be implemented in a ventilator, a stimulator and/or a sensor unit.
  • the device 10 can comprise a device for measuring the airway flow and for measuring the airway pressure on the patient, and the control unit 14 can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • the apparatus 10 may further include a pneumatic respiratory support device and the measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support.
  • a ventilator has the option of mechanical pressure-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary, support proportional to the patient's effort.
  • the ventilator may have an airway flow and pressure measurement capability.
  • the flow and pressure signals recorded in this way are preferably fed to the sensor unit which is connected by information technology and which calculates a muscle pressure signal or the like in conjunction with the activation signal recorded.
  • the device 10 is then designed to receive (sensor unit) or provide (ventilator) measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces 12 .
  • the control unit can then be designed to also determine the measure for the respiratory support based on the measurement information. Alternatively, if a separate sensor unit is not available, these signals can be calculated by the ventilator itself. However, the calculation is less accurate when based solely on the pneumatic signals from the ventilator's sensors.
  • the device 10 can be implemented in a sensor unit.
  • the device 10 can be a device for sensory detection of a signal from the actual
  • the control unit 14 can be designed to determine the measure for the respiratory support based on the sensor-detected signal.
  • the device for sensory detection is designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram.
  • the device for sensory detection includes a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • the flow (or volume) signal and possibly the muscle pressure signal calculated or received by the sensor unit are fed to the connected stimulator as a target variable.
  • the ventilator may have the ability to change the patient's sedation level. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible.
  • the apparatus 10 further includes means for sedating the patient based on the level of respiratory support.
  • the measure of respiratory support may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target
  • the device 10 can be integrated into the control loop, i.e. it can also be implemented as a controller.
  • the control unit 14 can also be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
  • the device 10 may be implemented with or in a ventilator.
  • the control unit 14 can then be designed to communicate information about the degree of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces 12 .
  • the measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation and the target respiratory muscle activation.
  • the one or more interfaces can be designed for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • real-time communication means communication with a response time of ⁇ 50ms.
  • the one or more interfaces are designed for sample-by-sample real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the one or more interfaces can also be designed to communicate a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the control unit 14 can be designed to specify a clock for a stimulator via the one or more interfaces or to receive such a clock.
  • a stimulator is integrated into a ventilator.
  • the control unit 14 can be designed to specify the first and the second information to a stimulator via the one or more interfaces and/or to coordinate ventilation maneuvers with a stimulator via the one or more interfaces.
  • the device 10 is implemented in or with an actuator unit (stimulator) for stimulating (eg, electrically, by ultrasound or preferably magnetically) the respiratory muscles.
  • the control unit 14 of the device 10 can then be designed to generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support and/or comprise a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of the respiratory support.
  • the actuator is preferably used non-invasively on the body surface, for example by means of stimulation electrodes or coils.
  • the actuator can either work independently, its stimulation can be adjusted by specifying (non-time-critical) parameters (e.g.
  • a measure of the activation of the muscles, the airway flow caused, or preferably the muscle pressure achieved by the contraction can be used as a target variable. This requires sensory feedback of the target variable (e.g. the EMG, EIM or MMG envelope that has been read in as a measure of muscle activation, the flow signal, the esophagogastric, gastric or differential pressure or the calculated muscle pressure Pmus).
  • the target variable e.g. the EMG, EIM or MMG envelope that has been read in as a measure of muscle activation, the flow signal, the esophagogastric, gastric or differential pressure or the calculated muscle pressure Pmus.
  • the actuator After specifying this time-dependent target variable, the actuator then stimulates in such a way that the target value is reached, ie the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible.
  • the use of a regulator, which is preferably integrated in the actuator unit, is a good idea here.
  • the actuator unit is therefore able to emit a stimulation signal to the patient and to read in the specified and current target value signal via an interface.
  • the target value of the controller can be the stimulated or the entire (patient-side)
  • Muscle activation, flow or muscle pressure can be selected, whereby the direct effect of the actor only influences the stimulated
  • the first and second information can each include a measure of patient-stimulated or total respiratory muscle activation, patient-stimulated or total respiratory muscle flow, or patient-stimulated or total respiratory muscle pressure.
  • the muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is then interpreted as an error signal.
  • the control unit 14 is then designed to receive information about a respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, a respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or a respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity Determine and provide respiratory muscle pressure.
  • This error signal is preferably determined by the actuator unit and possibly also forwarded to the connected ventilator for visualization, since it has therapeutic and/or diagnostic value.
  • the control unit 14 is then designed to determine the measure of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity. For example, stimulation is only carried out if the specified total muscle pressure on the patient side is greater than the current muscle pressure on the patient side. Otherwise there would be no stimulation. Instead, sedation could be increased via the ventilator to reduce the error signal (spontaneous muscle pressure). Alternatively, a volume signal could be used as a measure of the activation of the respiratory muscles, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation (FlowMus or VolMus) [E29] In all of these cases, the actuator unit performs an estimation task in conjunction with a control system to be solved, since the stimulation is intended to achieve a certain effect that is initially at the time of delivery of the
  • stimulation intensity is not yet known.
  • the stimulation intensity and "correlation" with the target value signal (e.g. the recorded muscle activation or the stimulated patient-side muscle pressure signal)
  • a stimulation impulse response or a linear/nonlinear kernel k(t) can be determined in the sense of a system identification, which shows the time course of the stimulation intensity in translates the target variable signal.
  • the control unit 14 is then designed, for example, to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support.
  • the control unit 14 can also be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver.
  • the impulse response can usually be parameterized (e.g. similar to specifying the P, I, D component of a PID controller or by specifying the time constant)
  • the sampling values are specified in the kernel.
  • the stimulation intensity can be varied using maneuvers, random changes (similar to noisy PSV, pressure support ventilation mode in which the support is randomly slightly varied) or other forms of variability.
  • the estimation task is preferably carried out repeatedly, if necessary regularly or even continuously (sampled value for sampled value). For example, for the realization of a stimulation proportional to the respiratory effort, the estimation task and control will take place online with high real-time requirements (reaction time ⁇ 50ms).
  • the control unit 14 is then designed to repeat the estimate regularly or continuously.
  • the actuator unit should take into account the signal quality of the signals required for the estimation. If the signal quality is insufficient (e.g. the sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure), the attending clinical staff can be made aware of this (notification or alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
  • the control unit 14 is designed to determine and display a reliability for the first and the second information when the reliability falls below a predetermined threshold.
  • control unit 14 can be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces 14 from a sensor unit or from a ventilator.
  • the control unit 14 can also be designed to receive at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, a time profile of the target respiratory muscle activation, an airway flow via the one or more interfaces from a sensor unit , airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow.
  • a clock from a sensor unit and/or a ventilator can be received via the one or more interfaces 12 or this can be communicated via the one or more interfaces 12 in real time, at least in some exemplary embodiments.
  • the one or more interfaces 12 can also be Ventilation maneuvers are coordinated with a ventilator.
  • Embodiments also create a sensor unit with a device 10.
  • the sensor unit is designed to detect the muscle activation signal, preferably the electromyogram of the diaphragm, using surface electrodes.
  • the EIM electro-impedance-myogram
  • MMG mechano-myogram
  • signals that are recorded using new optical or acoustic (eg ultrasound) technology can be used.
  • the envelope also known as the envelope curve
  • the envelope curve of the respective original signal is preferably used as a measure of the muscle activation.
  • control unit 14 can be designed to send at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, actual respiratory muscle activation, airway flow, airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support.
  • control unit 14 can also be designed on the side of the sensor unit in order to obtain information about a maneuver from a ventilator or a stimulator via the one or more interfaces 12 .
  • control unit 14 can be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces 12 and to also determine the measure of respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal.
  • the control unit can, for example, determine the second piece of information (actual respiratory muscle activation) based on the sensor signals.
  • the sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore, there is a general need to avoid stimulation artifacts in the captured stimulation signal (e.g. through a kind of "blanking” or filtering) or to remove them almost in real time.
  • the sensor unit is preferably equipped with its own computing unit in accordance with the desired architecture in order to process the recorded muscle activation signals, i.e. to remove artefacts, for example,
  • the sensor unit therefore preferably has a powerful computing unit, which is necessary for signal processing and in particular for the estimation tasks, as well as a bidirectional interface [E31]
  • the control unit 14 can be designed to use the one or more interfaces 12 to communicate in real time. Furthermore, the sensor unit records the quality of the recorded muscle activation signal in order to be prepared for errors and artifacts (e.g. body movement, interference signals).
  • the control unit 14 can be designed to use the one or more interfaces 12 from a
  • Respirator or a stimulator as the first piece of information to receive additional information about blanking, measurement times to be hidden, filtering, or suppression of stimulation artifacts.
  • the quality of the pneumatic signals read in can also be taken into account. This allows for a robust estimation. Clinical staff can be notified of poor quality or the system can be switched to a fallback mode.
  • Exemplary embodiments also create a ventilation system with a device 10.
  • the ventilation system in exemplary embodiments can comprise a ventilation device, a stimulator and/or a sensor unit according to the present description.
  • At least two of the three components together form a system.
  • a ventilator and stimulator are combined.
  • the stimulator can be integrated into the ventilator or (particularly in the case of magnetic stimulation) it can be an external device.
  • the ventilator's Graphical User Interface is used to enter and track the primary goal of therapy (e.g., ensuring minimal minute ventilation and oxygenation).
  • a secondary therapy goal is also entered there (e.g. the patient's breathing effort or muscle pressure).
  • the stimulator does not necessarily need a GUI.
  • the GUI can visualize stimulation intensity and tracking of the secondary therapy goal.
  • the ventilator provides the stimulator with the amplitude (or other parameters such as ramp steepness, stimulation duration, etc.), the times (events) for the start and stop of stimulation, or even the time course of the target variable that the stimulator should generate by adjusting the time-dependent stimulation intensity.
  • the ventilator is the clock generator (clock generator for the synchronization of the components involved in the ventilator system)
  • Spontaneous breathing of the patient administered triggered or mandatory breaths and the stimulator should be active during the inspiration phases.
  • a stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort also requires real-time capability. This is not required (or only with a long guaranteed response time ⁇ 5 s) if the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted. If the stimulator is not a pacemaker, the stimulator is preferentially used for each breath to be stimulated signals in real time when the breath starts, when it ends and what the amplitude is for the target size. Furthermore, additional parameters that describe the shape of the stimulation stroke (eg ramp gradient) can be transmitted.
  • shape of the stimulation stroke eg ramp gradient
  • the amplitude can be a scalar value or a time series that describes the course of the target variable, as would be necessary with proportional real-time stimulation.
  • the stimulator is capable of reacting to the signals in real time within ⁇ 50ms and stimulating accordingly.
  • the airway flow (or more or less equivalently, the volume) or the muscle pressure Pmus (or FlowMus, WOB) estimated by the ventilator can be used as a target variable.
  • the stimulator thus receives an actual value and a target value from the ventilator for the target variable and tries to change the actual value through the stimulation as part of a control that takes place within the stimulator so that it is as close as possible to the target value.
  • the control can record the mean value or other statistical measures of the actual value and control the stimulation in such a way that the specified setpoint value is reached as well as possible.
  • Maneuvers may be necessary to identify the controlled system (that is, the system between the stimulation intensity and the activation signal), eg the omission of support strokes or mandatory strokes of the ventilator as well as a variation of the stimulation.
  • the ventilation maneuvers are requested, for example, by the stimulator from the ventilator, which then—depending on the therapy situation—carries out the maneuvers.
  • Actual and target values are provided, for example, by the ventilator (e.g. flow or volume, possibly Pmus).
  • the stimulator and sensor unit are combined.
  • the stimulator can also be used without a ventilator. It is assumed that ventilation is not mandatory and that the primary goal of therapy is therefore no longer applicable.
  • the secondary therapy goal can be set via the GUI of the stimulator.
  • the sensor unit preferably supplies the stimulator with the activation signal as a target variable, either as an amplitude, as times (events) for the start and stop of the stimulation, or even as a time course that the stimulator should generate by adjusting the time-dependent stimulation intensity. It would also be conceivable for the sensor unit to provide the airway flow and pressure signals and, if applicable, the calculated muscle pressure Pmus (or WOB, FlowMus). This would possibly require additional sensors.
  • the communication from the sensor unit to the stimulator is real-time with a guaranteed response time ⁇ 50ms. This is necessary, for example, if the stimulation is should be synchronized with the timing of the activation signal or the start/stop events, e.g. in the case of stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort. Real-time is not required (or only with a long guaranteed response time ⁇ 5s) when the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted.
  • the stimulator is not the clock generator, the stimulator is preferably signaled in real time for each breath to be supported by stimulation, when the breath begins and when it ends, what amplitude the target size is and, if necessary, the time course is transmitted (details as in the above embodiment with the combination of ventilator and stimulator).
  • the stimulator thus receives an actual value for the target variable from the sensor unit.
  • Set point is set by the stimulator as a consequence of the secondary goal of therapy.
  • the stimulator tries to change the actual value through the stimulation in such a way that it is as close as possible to the desired value.
  • no ventilation maneuvers can be used to regulate the stimulation intensity.
  • Stimulation maneuvers are possible, e.g. the stimulation can take place at the same time as or at a later time than the spontaneous breathing activity.
  • the evaluation of the activation signal then makes it possible to determine the proportion of the activation that took place as a result of the stimulation. This must be taken into account when controlling, because the spontaneous part of the activation can be interpreted as an error signal.
  • the actual value is specified, for example, by the sensor unit and the target value by the stimulator (activation signal).
  • the ventilator, stimulator and sensor unit are combined.
  • the configuration corresponds to the description above.
  • the muscle pressure (Pmus) or a similar measure eg WOB, FlowMus
  • WOB FlowMus
  • the calculation required for this preferably takes place in the sensor unit, which receives the required pneumatic signals from the ventilator.
  • the target variable can be represented in its actual value by parameters (amplitude, slope, etc.) or as a time curve.
  • the stimulator receives an actual value (scalar or as a time curve) and a target value for the target variable from the ventilator in parallel and tries to achieve the actual value through the stimulation as part of a regulation that takes place within the stimulator changed so that it is as close as possible to the setpoint.
  • the actual value can also be supplied directly by the sensor unit.
  • the ventilator or sensor unit is the clock generator, it is necessary for the ventilator or sensor unit to communicate with the stimulator in real time with a guaranteed response time ⁇ 50ms. This is necessary, for example, if the ventilator administers breaths that are triggered by the patient's spontaneous breathing or if the stimulator is to be active during the inspiration phases.
  • a stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort also requires real-time capability. This is not required (or only with a long guaranteed response time ⁇ 5s) if the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted.
  • the muscle pressure Pmus (or FlowMus, WOB) estimated by the sensor unit preferably comes into consideration as a target variable.
  • the stimulator thus receives an actual value and a target value for the target variable from the ventilator or the sensor unit in parallel and, within the framework of a control that takes place within the stimulator, tries to change the actual value through the stimulation so that it is as close as possible to the target value.
  • the control can record the mean value or other statistical measures of the actual value and control the stimulation in such a way that the specified setpoint value is reached as well as possible.
  • Maneuvers may be necessary to identify the controlled system (that is, the system between the stimulation intensity and the activation signal), eg the omission of support strokes or mandatory strokes of the ventilator as well as a variation of the stimulation.
  • the ventilation maneuvers are requested by the stimulator from the ventilator, which then - depending on the therapy situation - carries out the manoeuvres.
  • stimulation maneuvers are requested by the ventilator (or the sensor unit) from the stimulator.
  • the actual value is specified by the ventilator (possibly sensor unit) and the target value by the ventilator (Pmus).
  • Exemplary embodiments can enable such a therapy method.
  • the system described above consisting of a combination of at least two devices (ventilator, stimulator, sensor unit) connected by interfaces, is suitable for automating a therapy method.
  • the interfaces can - but do not always have to - meet real-time requirements.
  • the therapy method is preferably non-invasive.
  • the work of breathing to be performed by the patient absolute or relatively
  • the physician specifies the minute volume, oxygenation and/or another fundamental parameter of ventilation as the primary therapy goal.
  • the proportion or the absolute value (preferably in the sense of a corridor, for example a trajectory with a margin) of the work of breathing to be performed by the patient can now also be specified as a secondary goal.
  • This breathing work on the part of the patient is in turn divided into a spontaneous part and a part that is caused by the stimulation of the respiratory muscles - preferably the diaphragm.
  • the stimulation is preferably carried out magnetically by activating the phrenic nerve in the neck. The remainder of the work required to achieve the primary goal of therapy is
  • the proportion of self-respiration could be increased by stimulating the inspiratory muscles.
  • the patient's work of breathing can become greater than the specified proportion due to spontaneous breathing activity.
  • the stimulation intensity is reduced or, if necessary, the degree of sedation or the rate of sedatives or relaxants is increased.
  • the long-term goal is for the patient to maintain their resilience as far as possible or at least regain it quickly so that they can do all the work of breathing themselves. Weaning is either no longer necessary or attainable in the short term.
  • a measure of the efficiency, activability, resilience and the degree of exhaustion is repeatedly determined and the proportion of the total work of breathing to be performed by the patient (i.e. the sum with and without stimulation) is adjusted accordingly.
  • the ventilator does the rest of the work of breathing.
  • This can be automated, for example a therapy system can be used for this purpose.
  • exhaustion can be avoided.
  • a specifically adjusted combination of muscle stimulation and pneumatic respiratory support can help. If the patient's muscles, eg due to fatigue, are not able to spontaneously trigger respiratory strokes and thus enable support, the system switches to mechanical ventilation as a fallback.
  • the breathing rhythm and the complete work of breathing are then performed by the ventilator.
  • the synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths. If, judging from the activation signal (or pneumatic signals), self-respiration sets in, the patient should switch back to mechanical ventilation change respiratory support. If the patient's muscles are able to trigger respiratory strokes or even to breathe spontaneously on their own, but the muscles are not activated due to neuronal damage, for example, then the lack of spontaneous breathing can be compensated for by stimulation.
  • the ventilator detects these stimulated respiratory efforts and can support them if the patient is unable to do all the work of breathing on their own.
  • Embodiments provide a ventilation system and its components, for example a ventilator, a stimulator and/or a sensor unit.
  • stimulation can then take place with the aim of muscle activation (estimator/controller).
  • Corresponding measures for the muscle activation can be determined: EMG, flow/volume, Pmus/FlowMus, WOB, etc.
  • Exemplary embodiments can define and provide the corresponding interfaces as well as the information and signals to be transmitted for this.
  • various combinations of components of a ventilation system can occur, such as combinations of ventilation device and stimulator, with the actual and setpoint values being specified by the ventilation device (flow/volume, possibly Pmus/FlowMus).
  • the stimulator and sensor unit Another possible combination is the stimulator and sensor unit.
  • the actual value is specified by the sensor unit and the target value by the stimulator (activation signal).
  • the actual value is specified by the ventilator (possibly sensor unit) and the setpoint value by the ventilator (Pmus/FlowMus).
  • the method can be designed according to the device.
  • the method can thus include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • the measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support.
  • the patient may also be sedated based on the level of respiratory support. Measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient can be obtained, the amount of respiratory support can also be determined based on the measurement information.
  • the method may further include sensing a signal that is dependent on actual respiratory muscle activation and determining the amount of respiratory support based on the sensed signal.
  • the sensored signal may include an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram.
  • the sensory signal can be detected using a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • the patient's respiratory muscles may be stimulated based on the level of respiratory support. In this respect, a difference between the first piece of information and the second piece of information can also be reduced by rules relating to the degree of respiratory support.
  • the method may include generating a stimulation signal to the patient as a measure of respiratory support.
  • the first and second pieces of information may each include a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure.
  • information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous breathing activity can be determined and provided.
  • the level of respiratory support can be determined based on information about the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the respiratory support measure may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the patient's spontaneous respiratory activity information indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
  • a stimulation impulse response of the patient may also be estimated from the second information in response to the measure of respiratory support.
  • the estimation can be based on a stimulation maneuver, possibly also regularly or continuously.
  • a reliability can be determined for the first and the second information and it can be indicated if the reliability falls below a predetermined threshold.
  • Embodiments also provide a method for a ventilator comprising one of the methods.
  • communication of information about the Measure of respiratory support can be done using a stimulator.
  • the measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation.
  • Communicating can be done in real time with a stimulator and/or with a sensor unit. For example, the communication takes place sample-by-sample in real time with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the communication can include communicating a time profile of the measure of the respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the method can also include specifying a pace to a stimulator.
  • sample means that the communication is based on the sequence of samples, i.e. sample-by-sample.
  • the first and the second information can be given to a stimulator and/or a ventilation maneuver can be coordinated with a stimulator.
  • Embodiments also provide a method for a stimulator comprising any of the methods.
  • the first or the second information can be received by a sensor unit or by a ventilator.
  • at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, the target respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a respiratory muscle flow can be received.
  • a clock can also be received from a sensor unit and/or a ventilator.
  • the cycle can be specified to a sensor unit and/or a ventilator. Communication can take place in real time. Ventilation maneuvers can be coordinated with a ventilator.
  • Embodiments also provide a method for a sensor unit with a method.
  • the method may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the level of respiratory support further based on the information about the at least one pneumatic signal.
  • the second piece of information can, for example be determined based on sensor signals.
  • communication can take place in real time.
  • information can be provided to a ventilator or to a stimulator, for example at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support.
  • the method can also include receiving information about blanking, measurement times to be masked out, filtering, or suppression of stimulation artifacts from a ventilator or a stimulator as or with the first piece of information.
  • Embodiments also provide a method for a ventilation system with a method as described herein.
  • a method for a ventilator, a method for a stimulator and/or a method for a sensor unit can be included.
  • Embodiments may allow for muscle stimulation proportional to respiratory effort.
  • the respiratory muscles can also be stimulated proportionally to the patient's spontaneous breathing.
  • information about a time course of an activation signal of the respiratory muscles of the patient is recorded. At least in some exemplary embodiments, this information and a factor alpha or k ⁇ ⁇ 1 can be used for stimulation.
  • the contribution made by the patient is also important, for example, when there is an overarching regulation of the degree of positive feedback alpha. At least in some exemplary embodiments, alpha can also be selected simply, for example 0.5. Then, in addition to spontaneous patient activity, another half would come from stimulation.
  • the control unit 14 can record the information about the time course of the activation signal
  • the control unit 14 can be designed to a lower
  • activation threshold Istimoffs
  • the control unit is also designed to carry out the stimulation 24 in positive feedback with the activation signal.
  • positive feedback is used, ie the spontaneous effort to breathe is synchronously supported by stimulation.
  • the support is not provided by the machine relieving the patient of the work of breathing (as is the case with respiratory support from a ventilator), but by inducing additional muscle activation, which leads to an increased contraction of the patient's respiratory muscles.
  • the level of positive feedback is set absolutely by an adjuster that links the intensity of the stimulation to the amplitude of the activation or a measure of the respiratory effort.
  • the stimulation effect is unpredictable, so titration is necessary when setting.
  • the control unit 14 is then designed to determine a stimulation effect.
  • the control unit 14 can also be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect.
  • the level of positive feedback is set relatively, e.g. by specifying a percentage. This means that the stimulation effect is related to a reference (activation signal or respiratory effort) and can therefore be predicted.
  • the control unit 14 is then designed to carry out the stimulation in proportion to the activation signal.
  • Muscle stimulation is performed in parallel with respiratory support, which is preferably proportional ventilation. While proportional ventilation provides mechanical support for the work of breathing, muscle stimulation leads to increased activation.
  • the control unit 14 is then designed to monitor the patient be ventilated pneumatically in parallel. Parallel pneumatic ventilation is carried out as proportional ventilation. - The level of positive feedback is set taking into account an overarching goal. This is preferably the determination of the patient and machine parts of the work of breathing.
  • Control unit 14 is then designed, for example, to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level.
  • the stimulation of the respiratory muscles can be proportional to a measure of respiratory effort.
  • the control unit 14 can be designed to provide information about the time course of the
  • Activation signal of the patient's respiratory muscles Information about at least one element from the group of - a muscle pressure, Pmus, - a spontaneous muscle pressure, Pspon, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, - a respiratory gas flow caused spontaneously by the patient's muscles, Flowspon, - a work of breathing performed by the patient himself, WOB, and a spontaneous work of breathing performed by the patient himself, WOBspon.
  • the electrical stimulation of the skeletal muscles that is dependent on an activation signal is known, as well as the stimulation that is proportional to it [E35, E36].
  • Magnetic stimulation is more difficult to control than electrical stimulation because very high currents (> 1000A) flow in the stimulation coils. which have to be fed with a high frequency (pulse spacing 20 to 100ms, preferably 40 to 50ms). Both sensing respiratory muscle activation and stimulation is more difficult than skeletal muscle because of anatomy, unconscious control, and the central function of breathing.
  • control unit 14 is designed to record the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of an electromyographic signal, a signal from an electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal.
  • an electromyographic signal a signal from an electro-impedance myography
  • a signal from a strain sensor a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal.
  • the degree of positive feedback is set in absolute terms by an adjuster (via a parameter a or b, respectively) that adjusts the intensity of the stimulation with the amplitude of the activation
  • Istim(t) a EMG(t) or a measure of respiratory effort
  • Istim(t) b * Pmus(t).
  • the control unit 14 is then designed to determine the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus.
  • the stimulation effect i.e. which activation or which muscle pressure it generates, is not predictable in this way. A titration is therefore necessary for the appropriate setting of the factor. This means that initially with small stimulation intensities and then with adjusted rather small incremental changes, the stimulation intensity with which the desired activation or muscle pressure can be achieved is "tried out”.
  • the activation signal EMG(t) is measured, the muscle pressure Pmus(t) is estimated [E16]
  • a relative adjustment is made because it is related to the activation signal.
  • the coupling is:
  • EMGstim(t) ⁇ * EMGspon(t). This requirement means that the activation factor a caused by stimulation should be times as large as the activation by spontaneous breathing. The degree then corresponds to a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient. Because:
  • EMG(t) EMGspon(t) + EMGstim(t) results in:
  • the positive feedback can therefore be determined via the factor a based on the spontaneous activity or via the factor ⁇ based on the overall activity. The latter is easier to implement since the spontaneous part of the activation does not have to be determined first.
  • an expansion is necessary, which can be solved, for example, in matrix notation by inverting the Toeplitz matrix K [E 29]
  • the EMG signal is weighted and filtered with K -1 and used for stimulation.
  • the activation signal EMG(t) and the (inverted) activatability k(t) are therefore necessary for the stimulation.
  • the latter describes the activation response of the muscle to a stimulation impulse in the sense of a weight function.
  • the control unit 14 can accordingly be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles. That
  • the stimulation signal can be determined based on the relationship between the stimulated breathing activity and the patient's spontaneous breathing activity and an activation impulse response of the patient's muscles.
  • the control unit 14 can also be designed to generate the stimulation signal by inverse convolution of a desired one caused by the stimulation
  • This third variant in exemplary embodiments is similar to variant B, but relates to the muscle pressure signal.
  • the control unit 14 is designed here to monitor the spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pspon, spontaneously generated by the patient and the stimulated
  • the control unit 14 is designed here to determine the spontaneous breathing activity as a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated breathing activity as a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation.
  • the coupling is:
  • the control unit 14 is designed here to record the spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt, and the stimulated breathing activity as work of breathing produced by stimulation, WOBstim, or its time derivative, dWOBstim/ dt, to determine.
  • the positive feedback is: dWOBStim(t)/dt ⁇ ⁇ dWOBSpon(t)/dt.
  • D is here wg. the real-time requirement uses the derivative. This is equivalent to:
  • the degree of feed-forward to a coarser time level is regulated in such a way that an overarching goal is achieved (e.g. not at the sample level, but rather breath-by-breath or even over a minute or more).
  • the Control unit 14 is then configured to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a breathing cycle of the patient.
  • FIG. 5 shows regulation in an exemplary embodiment using a schematic diagram to illustrate a variant.
  • the variant shown is described based on variant F (FIG. 4).
  • Identical elements in FIGS. 4, 5 and 11 are denoted in FIGS. 4, 5 and 11 with the same reference numbers.
  • a stimulation signal Istim(t) is supplied to the patient 300 or the patient model 400, which via the activability k(t) 502 leads to an EMG signal EMGstim(t) based on the stimulation.
  • An EMG signal EMGspon(t) spontaneously generated by the respiratory system 504 is superimposed on this and leads to the EMG overall signal EMG(t).
  • the EMG timing signal EMG(t) is fed back sample-by-sample to generate the stimulation signal Istim(t) at block 510 proportionally thereto. It should be noted that this is an amplitude-modulated pulse sequence with a fixed pulse interval.
  • the degree of positive feedback is largely determined by ⁇ . This is determined by a second feedback depending on the deviation of the muscle pressure Pmus from the desired value PmuS set at a coarser time level in block 512 (multiplication of the control difference by 1/Pmus). For this purpose, in block 514 an averaging of Pmus(t) takes place.
  • the muscular volume Vmus(t) can also be calculated directly from the EMG multiplied by NVE.
  • the signal Fmus(t)/Flow(t) can be generated from Pmus(t) via the DT 1 element 522 (first-order delay element), from which the volume Vmus can be determined by integration in block 524 .
  • can then in turn be determined from the difference between Vmus and Vmus setpoint.
  • the product of Pmus(t) and Flow(t) can also be integrated via block 532 to form WOBmus(t).
  • WOBmus target ⁇ can then be determined in block 534 (multiplication of the control difference by 1/WOBmus).
  • the degree of positive feedback is regulated at a coarser time level in such a way that an overarching goal is achieved. Apart from the amplitude (which depends on the degree of the positive feedback is determined directly), the time course of the stimulation does not change, however, the proportionality remains the same.
  • the goal to be pursued is preferably the determination of the patient's share of the driving pressure (1), of the volume achieved (2) and/or of the work of breathing (3), specifically at a coarser time level.
  • the control unit 14 is designed, for example, to stimulate the achievement of a target value, which includes a proportion of the driving pressure on the part of the patient,
  • ⁇ Pmus a patient portion of a volume, ⁇ Volmus, or a patient portion of a work of breathing, AWOBmus.
  • the procedure could be implemented in a sequence of steps (1) to (3) similar to the automatic setting of the proportionality factor in proportional ventilation [E37],
  • the control deviation is to be considered as an integral variable (i.e. not at sample level) that is determined over one or more breaths, e.g. by averaging, median formation or area calculation.
  • the controller fed by the control deviation carries out this calculation.
  • the controller translates the control deviation into the manipulated variable, namely the degree of positive feedback to be set. Since the control deviation should be brought to zero by the stimulation, the following applies to the consideration of the muscle pressure:
  • the positive feedback can be set based on the control deviation and setpoint.
  • 6 shows EMG signal curves based on test person recordings.
  • the abscissas (x-axes) 1 are plotted as time axes with a scaling in [ms] in an upper representation 600 and a lower representation 601 .
  • the signal “intercost.stm” is shown on the left as ordinate (y-axis) 2
  • the signal “Costmar.org” is shown on the right as ordinate (y-axis) 3.
  • the signal “Costmar.ecgr” is shown on the left as the ordinate (y-axis) 4
  • the signal “Costmar.em” is shown on the right as the ordinate (y-axis) 5.
  • the rectangular areas 602 (“intercost.stim”) in the upper illustration 600 designate the time ranges in which stimulation took place (each approximately 4.5 seconds, but not proportional to the respiratory effort).
  • a signal “costmar.org” 604 in ⁇ V is shown in the lower representation 601 .
  • the signal “costmar.org” 604 is an original EMG signal derived from the costal margin using two electrodes.
  • the signal “costmar.ecgr” 606 differs from the original EMG signal 604 in that the ECG and stimulation artifacts and the offset have been removed.
  • the signal “costmar.env” 608 is the envelope of the signal "costmar.ecgr” 606, formed as a mean (root mean square) over a time interval of 250 ms and is a measure of diaphragm activation.
  • FIG. 7 shows an enlarged detail 666 from the recording from FIG.
  • the abscissas (x-axes) 1 are plotted as time axes with a scaling in [ms] in an upper representation 700 and a lower representation 701 .
  • the signal “intercost.stm” is shown on the left as ordinate (y axis) 2
  • the signal “Costmar.org” is shown on the right as ordinate (y axis) 3 .
  • the signal “Costmar.ecgr” is shown on the left as the ordinate (y axis) 4
  • the signal “Costmar.em” is shown on the right as the ordinate (y axis) 5.
  • FIGS. 6 and 7 are identified in FIGS. 6 and 7 with the same reference numbers.
  • the vertical gray lines 702 in the top plot 700 are the timing of the pacing pulses.
  • the envelope signal 608 (costmar.env)
  • stimulation was carried out with a ramped intensity profile.
  • the signal 606 again shows the profile (costmar.ecgr) which has been cleaned of artefacts and offset, and the signal 608 shows the associated envelope (costmar.env).
  • FIG. 8 shows an even further enlarged section 777 from FIGS. 6 and 7, which includes a number of stimulation pulses 802.
  • FIG. The abscissa (x-axis) 1 is shown in a representation 800 as a time axis with a scaling in [ms]. Like elements in Figures 6, 7 and 8 are given the same reference numerals in Figures 6, 7 and 8.
  • the signal “intercost.stm” is shown on the left as ordinate (y axis) 2 and the signal “Costmar.org” is shown on the right as ordinate (y axis) 3 .
  • the representation 800 are the original EMG Signal 604 and the times of the stimulation pulses 802 in a manner analogous to that shown in the upper illustration 700 according to FIG. Approximately 20-30ms after each stimulation pulse 802, the original signal 604 costmar.org shows patterns of activity (stimulation responses).
  • Figure 9 shows an average stimulation impulse response over time.
  • the abscissa (x-axis) 1 is shown as a time axis.
  • Like elements in Figures 6, 7, 8 and 9 are given the same reference numerals in Figures 6, 7, 8 and 9.
  • the ordinate (y-axis) shows 6 stimulation responses "costmar.avg" 904 (mean original signal costmar in pV after stimulation) of the original EMG signal 604 "costmar.org" ( Figures 6 , 7, 8).
  • the averaging was carried out in relation to the stimulus time and includes two stimulation pulse intervals.
  • the times of the stimulation pulses are indicated by the vertical dashed lines 902 . These lines are coincident with corresponding stimulation artifacts.
  • Measures of effectiveness are required for the positive feedback and its regulation, which can be determined using maneuvers as described in [E29]. Essentially, this is a twitch stimulation and, if necessary, an end-expiratory occlusion to be carried out simultaneously to determine the activability k(t) and the neuromechanical efficiency NME.
  • An offset determination can be carried out as follows. For stimulation is the maximum stimulation intensity to be determined, which just does not lead to muscle activation. This offset is to be subtracted from the original stimulation signal:
  • the original stimulation signal can also be referred to as a "raw stimulation signal”. Only then is stimulation proportional to the respiratory effort possible while avoiding strong non-linear distortion.
  • the offset determination can take place automatically.
  • a stimulation with varied stimulation intensities is carried out, for example a stimulation sequence in the form of a ramp or with randomly distributed amplitudes.
  • the activation generated is then plotted against the associated stimulation intensity, for example as a peak of the stimulation response.
  • artifact removal/suppression may occur.
  • the removal or at least the reduction of the stimulation artifacts in real time may be necessary, since otherwise the positive feedback Runaways (outliers, uncontrolled oscillating of the signals due to the positive feedback of the stimulation artifacts).
  • a kind of blanking is often carried out in which the stimulation artefacts are cut out before the subsequent filter stages in order to avoid disruptive impulse responses and to lose as little signal power as possible.
  • Artifact reduction is also possible at the signal processing level, for example by means of ICA (independent component analysis) or wavelet transformation.
  • Embodiments may provide stimulation intensity proportional to the patient's respiratory effort.
  • the offset maximum stimulation intensity without activation
  • maneuvers can be carried out, for example to determine effectiveness measures and the ability to be activated. In this case, use can be made of positive feedback.
  • the stimulation intensity can be set absolutely.
  • a relative adjustment can also be made, so that the clinical staff only has to indicate the degree of feedforward.
  • an overarching goal can be specified (patient-side proportion of the driving pressure, the volume or the work of breathing) and thus an automatic setting of the positive feedback can be achieved.
  • the phrenic nerve is stimulated with the aim of activating the diaphragm.
  • the time course k(t) of the activation signal is recorded (by EMG).
  • the control unit can be designed to generate a respiratory muscle pressure, Pstim, that can be generated by stimulation
  • a sequence of intensity-weighted twitch maneuvers is performed, resulting in a sequence of stimulation pulses that has an effect similar to that of a spontaneous breath. I.e. the duration of the sequence and, if necessary, the form is adapted to a spontaneous breath [D18]
  • the intensity of the individual pulses is usually significantly lower than the 100% intensity of a twitch pulse.
  • k(t) and NMEstim can be determined one after the other and the stimulative mechanical efficiency can be calculated
  • k(t) and NVestim can be determined one after the other and the stimulative fan efficiency can be calculated
  • the control unit can be designed to also determine a measure of the load capacity of the patient's respiratory muscles.
  • the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a baseline load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax.
  • This value can be calculated with known respiratory mechanics parameters [E30] -
  • a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved is the mouth closure pressure at maximum activation, which corresponds to the maneuver used to determine SME(t). Accordingly, PmusMax is a measure (mean value, amplitude, area, etc.) of this time signal SME(t).
  • the system simultaneously focuses on protecting the lungs and the respiratory muscles, in particular the diaphragm. It can be expected that its use will reduce the number of patients affected by VI LI or VI DD. An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure).
  • the negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation [E25] for the realization of a system and a procedure that allows ventilation and stimulation, for example, with a view to the to be performed
  • various components are preferably combined with one another: a ventilator 470, a stimulator 460 (actuator unit) (FIG. 4) and a sensor unit 200 (FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d).
  • the sensor unit e.g. sEMG amplifier
  • the stimulator 460 should record the activation signal and calculate the respiratory muscle pressure using pneumatic information.
  • the stimulator 460 (FIG.
  • the control unit should generate a stimulation signal from the actual and desired value of a target variable (eg muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure) and identify the kernel or parameters of the system impulse response for this.
  • a target variable eg muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure
  • the components are connected to each other via appropriate interfaces.
  • the control unit can also be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces 12 .
  • the ventilator 470 has the option of mechanical pressure or volume-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary, proportional support of the patient's effort.
  • the 470 ventilator has the ability to measure airway flow and pressure. if If no sensor unit is available, the muscle pressure signal can be calculated.
  • the ventilator 470 may have the ability to change the patient's level of sedation. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible. If the respiratory muscle pressure is too great and therefore the lungs and diaphragm can be damaged, it can be reduced by administering an appropriate amount of sedatives or relaxants.
  • the actuator unit 460 (stimulator) (FIG. 4) is used to stimulate (eg electrically, by ultrasound or preferably magnetically) the respiratory muscles. The actuator is preferably used non-invasively on the body surface, for example by means of stimulation electrodes or coils.
  • the actuator can be controlled directly by specifying a time-dependent stimulation intensity Istim(t). However, it is desirable to be able to control the effect of the stimulation with fine granularity.
  • a measure of the activation of the muscles, the airway flow caused, or preferably the muscle pressure achieved by the contraction, can be used as a target variable.
  • the actuator 460 (FIG. 4) then stimulates in such a way that the target value is reached, i.e. that the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible. That is, the stimulation is done in a way that achieves a specific effect. The stimulation intensity is adjusted accordingly (continuously if necessary).
  • the muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is interpreted as an error signal. This error signal should be able to be displayed on a GUI since it has therapeutic and/or diagnostic value.
  • stimulation would only take place if the specified total patient-side muscle pressure is greater than the current patient-side muscle pressure. In the other case, there would be no stimulation; if necessary, the sedation could be increased in order to reduce the error signal (the spontaneous muscle pressure).
  • a volume signal could be used as a measure of respiratory muscle activation, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation [E29]
  • the actuator unit 460 (FIG. 4) takes into account the signal quality of the signals that are necessary for the stimulation effect. If the signal quality is insufficient (e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure) the attending clinical staff can be made aware of this (alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
  • the signal quality e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure
  • a sensor unit can be used to detect a muscle activation signal, preferably an electromyogram of the diaphragm using surface electrodes.
  • the sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore i. In general, the need to avoid stimulation artifacts in the captured stimulation signal or to remove them in real time.
  • the sensor unit records the quality of the recorded muscle activation signal or the calculated muscle pressure signal in order to be prepared for errors and artefact influences (e.g. body movement, interference signals). Clinical staff can be notified of poor quality or the system can be switched to a fallback mode.
  • an activity signal such as EMG
  • NME neuromechanical efficiency
  • NVE neuromechanical efficiency
  • both muscle pressure and volume can be produced by spontaneous activity (which can be dampened by the administration of sedatives/relaxants) or by stimulated activity of the respiratory muscles.
  • the measures of effectiveness are preferably identical in both cases. However, depending on the anatomy and pathology, the measures of effectiveness may differ, so that two separate measures must then be determined, eg NMEspon and NMEstim or NVespon and NVestim.
  • the activatability k describes the muscle activation depending on the stimulation, e.g. its time course, so that the activation signal (preferably EMG) can be calculated from the stimulation signal:
  • EMGstim(t) Istim(t) * k(t).
  • the time course of the muscle pressure caused by the stimulation can be predicted:
  • SME stimulation mechanical efficiency
  • SVE stimulation ventilatory efficiency
  • SME(t) and SVE(t) are potentially time-dependent signals (e.g. kernels) to be convolved with the time course of stimulation intensity.
  • the determination of the effectiveness measures can be necessary for ventilation and stimulation related to their effect in some exemplary embodiments and represents a characterization of the
  • the respective control signal to the intended effect, so that the deviation from the expected setpoint is less than if, without knowing the controlled system, a simple algorithm or controller is used to reach the setpoint by changing the control signal in some way (see e.g. [E13]).
  • the stimulation normally not only a scalar factor or a characteristic has to be considered, but a time-dependent kernel, which corresponds to the impulse response of the controlled system.
  • the stimulation is typically delivered as a sequence of weighted pulses spaced 20 to 100 ms apart (preferably 40 to 50 ms). Each impulse triggers a single activation (twitch), but only after the entire impulse sequence does the breath-like form of the activation signal result.
  • the maneuvers listed in Table 2 below can be used to determine the appropriate measures of effectiveness (see also above):
  • Table 2 shows an overview of the maneuvers and their combination as well as the values that can be determined from them.
  • the " ⁇ ” sign indicates that the sizes are determined by estimation, eg using regression or a Kalman filter.
  • the suffixes "stim” and “spon” denote the reference to stimulation and spontaneous breathing, respectively. If a suffix is missing, then the reference is the combination of both scenarios or cannot be clearly assigned. If it is to be expected that the dimensions will not differ, the suffixes can be omitted.
  • the invasiveness of the maneuvers i.e. the degree of stress for the patient, varies. Depending on the degree of stress, maneuvers may be carried out more or less frequently.
  • the maneuvers are performed by the ventilator 470 or the stimulator 460 (FIG. 4). However, they can be requested by the other device.
  • the stimulator 460 Figure 4
  • the ventilator 470 wants to determine the SME(t)
  • it requests the ventilator 470 to perform an end-expiratory occlusion maneuver.
  • the ventilator 470 or the connected sensor unit 200 (FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d) wants to determine Pmus and/or NME
  • stimulation to increase the variability of the signals and to make the parameter estimation (e.g. using regression or Kalman filter) more reliable.
  • a measure of the signal quality is preferably to be determined for each of the measured measures.
  • the frequency of the maneuvers should preferably be automatically adapted to the signal quality of the measured values of the recorded dimensions [E15] If, for example, the VolSpon is unreliable while the support is omitted, this maneuver can be repeated and the measured values can be averaged - until sufficient reliability is achieved .
  • the limits of frequency depend on the degree of
  • the measure determined is given the attribute of a low signal quality and can no longer be used for certain purposes (e.g. displaying diagnostic information) or can only be used to a limited extent.
  • these are used at least in some
  • the target variable e.g. when specifying the target value.
  • Scalar measures of effectiveness can also be viewed as factors. For example, if the target variable is specified, the control signal can be calculated very easily using the reciprocal of the factor, e.g. as follows:
  • EMG Pmus / NME to be generated by spontaneous breathing or by stimulation.
  • Pmus and EMG can represent sampled time signals, or (integral) values per breath.
  • ⁇ EMG(t) dt ⁇ Pvent(t) dt ⁇ a2 / b2 / NME.
  • the muscle activation to be requested from the patient i.e. the EMG signal
  • the muscle activation to be requested from the patient is thus derived from the specification of the support pressure and the required proportions of the driving pressure (a2 and b2).
  • Another embodiment is the specification of the muscular volume to be achieved:
  • EMG VolMus / NVE.
  • the volume is a tidal volume
  • the flow and EMG must be integrated over the breath. If it is a minute volume, then the integration takes place over a minute, for example.
  • the application of the effectiveness measures to the stimulation is somewhat more difficult if not only integral values per breath are used, but a high time resolution is required.
  • the timing of the stimulation intensity should now be inferred from the EMG signal to be requested. As described above, if the kernel k(t) is known, an estimate of the EMG signal generated by stimulation results in:
  • EMGstim(t) Istim(t) * k(t), but the equation cannot be solved by reciprocal Istim(t) (The "*" character is the convolution symbol).
  • the convolution operation can also be represented in matrix notation: where the components of the vectors represent samples of the respective time series.
  • K is the Toeplitz matrix associated with kernel k(t).
  • the equation according to Istim can be solved by inverting the matrix K: and with Istim(t) one obtains an estimate of the time course of the stimulation as the cause of the EMG signal assumed (or required) to be known.
  • Istim describes the scalar stimulation amplitude for the breath and EMGstim describes a similar measure like amplitude, area or similar of the activation signal
  • the equations simplify to:
  • Target variables can be specified accordingly in exemplary embodiments.
  • the muscle pressure produced is referred to as Pmus and the volume or flow as VolMus or FlowMus. These quantities are related to the work of breathing as follows:
  • WOB WOBvent + WOBmus
  • WOBvent b1 ⁇ WOB, then the patient and the ventilator share the entire work of breathing in the ratio a1:b1.
  • the ai*100 and bi*100 represent percentages.
  • a quadratic norm or a similar integral measure can be used.
  • the patient and ventilator contributions do not relate to individual samples, but to intervals, such as respiratory phases (inspiration or expiration) or whole or multiple breaths.
  • the weights ai and bi can differ in each case.
  • a patient who mathematically takes on a larger part of the work of breathing may only take on a smaller part of the flow (FlowMus) if the pressure in the time window of the muscular flow is high but in the time window of the flow provided by the ventilator is low.
  • FlowMus a smaller part of the flow
  • these cases are only of a theoretical nature.
  • the proportions of the flow or volume or the pressures may be more intuitive to understand than proportionate measures of the work of breathing, since the monitoring and determination of the volume (e.g. minute volume MV or tidal volume VT) or the support pressure is of great clinical importance.
  • At least some embodiments may enable effect-controlled ventilation and stimulation.
  • the degree of respiratory effort can be determined and adjusted (in the sense of a control or regulation) in connection with the secondary therapy goal.
  • the patient's respiratory effort (as work of breathing, muscle pressure, or flow or volume induced by the respiratory muscles), whether induced by spontaneous activity, stimulation, or both, is determined as follows:
  • Pmus1(t) R Flow(t) + E Vol(t) + const - Pvent(t), or as a weighted combination, where the difference lies only in the allocation of the estimation error epsilon.
  • the first variant is used below, without this being understood as a restriction.
  • the proportions based on spontaneous breathing and stimulation result in:
  • the airway flow triggered by muscle pressure is calculated according to [E29] in the frequency range as follows:
  • FlowMus s/E * Pmus / (1 + R/E * s) , which corresponds to applying a DT1 transfer element to Pmus(t).
  • the filtering of Pmus(t) can easily be described and implemented in the time domain by appropriate differential or (more suitable for the implementation) difference equations.
  • the volume produced by the muscle pressure is identical to the time integral of the flow: usually over one or more breaths if necessary.
  • the proportions related to spontaneous breathing and stimulation require the calculation of FlowSpon(t) and FlowStim(t) as a result of DT1 filtering of the corresponding known pressure signals Pspon(t) and Pstim(t), i.e.: and
  • the control deviation is determined, and the proportion of the muscle pressure WOBmus, the work of breathing WOBmus or the volume VolMus is specified - either directly by the clinical user or by an automatic therapy system.
  • the deviation of the actual value (see above) from the specified target value is determined.
  • the setpoint and the actual value are each either a scalar value (preferably a value per breath) or a high temporal resolution signal (often represented as a vector), as is necessary for real-time control, for example in proportional support or stimulation. In the following, scalar quantities are assumed, without this being the same as a restriction.
  • EMG being a parameter of the EMG signal (eg amplitude or area).
  • WOBmus is the value of the integral ⁇ P mus (t)Flow(t)dt, preferably over one breath.
  • muscular volume a parameter of the EMG signal (eg amplitude or area).
  • a control signal is generated from the control deviation. If the control deviation is positive (patient is not doing enough), the respiratory muscles are stimulated. If the muscle pressure is specified, the stimulation takes place with the intensity:
  • the work of breathing done by stimulation can be represented as:
  • WOB mus ⁇ P mus (t)Flow(t)dt can be calculated and resolved according to a measure (e.g. mean value) of Pmus(t). This calculation is not trivial and normally not necessary, since the above approximation is sufficient within the framework of the control. If the control deviation is permanently very large (the patient is doing far too much), self-respiration must be dampened by administering sedatives or relaxants to protect the patient. This is preferably done through the intervention of the clinical staff. Automation would be possible, but would require an assessment of the sedation effect. If the activatability k(t) changes as a result, appropriate maneuvers would have to be carried out in order to redetermine it. Automatic ventilation and pacing require the following steps in one embodiment:
  • MV minute volume
  • VT tidal volume
  • f respiratory rate
  • f respiratory-mechanical parameters: o primarily Resistance (R) and Elastance (E); o Mandatory ventilation in sedated patients or o Ensuring sufficient variability in the support during spontaneous breathing (e.g. through noisy PSV (from “pressure support ventilation”, pressure-supporting ventilation mode in which the support is randomly slightly varied)) and estimation of the parameters, e.g regression or Kalman filter; - Calculation of the optimal respiratory rate [E30]; - Determination of the respiratory base load (PmusBase) depending on the primary
  • Exercise capacity, patient effort, etc. are displayed on the ventilator's GUI (Graphical User Interface). Based on this, the clinical user can assess what burden he can expect from the patient. Accordingly, the part to be performed by the patient (breathing work, muscle pressure or muscular volume) must be specified via the GUI; o automatically by a therapy system. The proportion of the patient's respiratory effort is reduced to a percentage X (e.g. 50%) of the patient's maximum respiratory effort (e.g.
  • the therapy system tries to demand the corresponding work of breathing from the patient; - The control deviation is determined; - Based on the control deviation, an adjustment of the
  • Sedatives or relaxants are preferably administered through the intervention of clinical staff.
  • Exemplary embodiments can support the diagnostics in particular.
  • the specific values or characteristics of - activatability, - measures of effectiveness, - resilience, - maximum possible respiratory effort, - spontaneous respiratory effort, - respiratory effort induced by stimulation have diagnostic relevance and help the clinical staff to assess the patient situation and the progress of therapy.
  • the measurements can be displayed graphically on the GUI of the ventilator and, if applicable, the stimulator, e.g. over time, as a bar chart, trend chart or 2-dimensional plot (e.g. Pmus vs. Vol).
  • Appropriate signal quality measures should be taken into account - if available. For example, an unreliable signal would be poorly contrasted or not displayed at all.
  • Scalar dimensions can, for example, be displayed in tables or in so-called P-boxes.
  • information, alarms or instructions can be issued.
  • exemplary embodiments can include certain maneuvers for determining - activatability (characteristic that describes the ability to activate the muscles through stimulation), - efficiency (target variable that is achieved through muscular activation, e.g. NME or NVE), and/or - resilience ( depending on the ratio of the basic respiratory load to the maximum respiratory effort that can be achieved).
  • - activatability characteristic that describes the ability to activate the muscles through stimulation
  • - efficiency target variable that is achieved through muscular activation, e.g. NME or NVE
  • - resilience depending on the ratio of the basic respiratory load to the maximum respiratory effort that can be achieved.
  • maneuvers that occur in exemplary embodiments are, for example - twitch stimulation, - breath stimulation, - end-expiratory occlusion,
  • the control unit can be designed to carry out these maneuvers.
  • the characteristics can occur in the exemplary embodiment.
  • the characteristics can be used to automate ventilation and stimulation.
  • FIG. 10 shows a schematic representation 1000 of muscle activation (y-axis, ordinate) as a function of the stimulation intensity lstimr a (x-axis, abscissa) in an exemplary embodiment with an activation threshold.
  • Various measuring points 1001 of the generated activation are plotted against the associated stimulation intensity.
  • the dependency of the activation on the stimulation intensity can be quantified by means of regression or other methods.
  • the dependency of the activation on the stimulation intensity can be quantified by means of regression or other methods.
  • the intensity lstim offs 500 activation threshold
  • the characteristic bends At the intensity lstim offs 500, the characteristic bends upwards, ie from this intensity 500 the respiratory muscles are activated.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a time profile of a muscle pressure 331, 540, Pmus 330.
  • the abscissa (x-axis) 1 is designed as a time axis. Identical elements in FIGS. 5 and 11 are denoted in FIGS. 5 and 11 with the same reference numbers.
  • the curve 510 shows the maximum muscle pressure PmusMax that can be produced and the dashed curve 520 shows 50% of this maximum muscle pressure PmusMax.
  • the curve 530 shows the basic respiratory load PmusBase and the curve 540 the muscle pressure Pmus, which is made up of a spontaneous component 550 and a stimulated component 560 .
  • PmusBase 530 is the base load, ie the muscle pressure that is necessary to achieve a sufficient minute volume with an optimal breathing rhythm.
  • PmusMax 510 is the maximum muscle pressure that the patient can apply.
  • 50% PmusMax 520 is the default value of respiratory effort to be demanded from the patient.
  • Pmus 540 is the actual respiratory effort made by the patient. This temporarily exceeds the 50% PmusMax line 520, which in the example leads to exhaustion (point 570) and the need for respiratory support (area 580) after a short time.
  • the load capacity 590 LBC 1 - PmusBase / PmuxMax is the (relative) distance between the base load 530 and the maximum respiratory effort that can be achieved 510. It is very small in the interval marked with dashed lines (600, base load higher than 50% mark 520, imminent exhaustion) and explains the fatigue.
  • the attempt is made to keep the Pmus 540 near the 50% PmusMax line 520 for automation. If Pmus is smaller, then it is stimulated (560). If Pmus is greater (especially if the basic load increases), respiratory support is provided, in this example with the support pressure 610. There is a reserve 620 between the actual Pmus and the maximum muscle pressure PmusMax that can be achieved.
  • the sEMG of the respiratory muscles shows a periodic modulation with a time constant of the order of one minute or more.
  • the periodic respiration is also reflected in the flow and respiratory muscle pressure signal. For example, after increasing the support pressure Paw, the EMG signal drops to a low value, only to periodically rise and fall again and again (apnea). If periodic breathing is detected, support pressure and/or
  • stimulation intensity can be reduced as a test. If the intensity of the periodic breathing decreases, overventilation was obviously present. If not, the support pressure/stimulation intensity will be reset to the previous value.
  • the synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths. For example, a protective or energy-optimized timing of the ventilation pattern could be transferred directly to the stimulation signal [E30,
  • E33, E34 This also makes sense when there is no mechanical ventilation but only support.
  • the pattern of the stimulation intensity is chosen in a way that protects the lungs and is energy-optimized, as long as possible spontaneous activity is synchronized with it. It is possible and also probable that the patient agrees to a lung-protective and energy-optimized stimulation pattern and synchronizes his spontaneous activity with it. If this does not happen within a specified period of time, the patient's spontaneous activity pattern is used as the basis for the stimulation.
  • program storage devices e.g. digital data storage media that is machine, processor, or computer readable and that encodes machine, processor, or computer executable programs of instructions.
  • the instructions perform or cause performance of some or all of the steps of the methods described above.
  • the program storage devices may e.g. B. digital memory, magnetic storage media such as magnetic disks and magnetic tapes,
  • a functional block referred to as "means for" performing a particular function may refer to circuitry configured to perform a particular function.
  • a "means for something” can be implemented as a “means designed for or suitable for something", e.g. B. a component or a circuit designed for or suitable for the respective task.
  • Functions of various elements shown in the figures, including each functional block labeled “means”, “means for providing a signal”, “means for generating a signal”, etc. may take the form of dedicated hardware, e.g. B "a signal provider”, “a signal processing unit”, “a processor”, “a controller”, etc., and implemented as hardware capable of executing software in conjunction with associated software.
  • the functions may be provided by a single dedicated processor, by a single shared processor, or by a plurality of individual processors, some or all of which may be shared.
  • processor or “controller” is far from limited to hardware capable of running only software, but may include digital signal processor (DSP) hardware, network processor, application specific integrated circuit (ASIC). circuit), Field Programmable Gate Array (FPGA), Read Only Memory (ROM) for storing software, Random Access Memory (RAM) and non-volatile memory devices (storage). Other hardware, conventional and/or custom, may also be included.
  • DSP digital signal processor
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • storage non-volatile memory devices
  • Other hardware conventional and/or custom, may also be included.
  • a block diagram may represent a high level circuit diagram that implements the principles of the disclosure.
  • a flowchart, flowchart, state transition diagram, pseudocode, and the like may represent various processes, operations, or steps, embodied, for example, substantially on a computer-readable medium and so executed by a computer or processor, whether or not one Computer or processor is explicitly shown.
  • Methods disclosed in the specification or claims may be implemented by a device having means for performing each of the respective steps of those methods. It should be understood that the disclosure of a plurality of steps, processes, operations or functions disclosed in the specification or claims should not be construed as being in the particular order unless otherwise expressly or implicitly stated, e.g. B. for technical reasons. Therefore, the disclosure of multiple steps or functions is not limited to a specific order, unless those steps or functions are not interchangeable for technical reasons.
  • a single step, function, process, or operation may include and/or be broken into multiple sub-steps, functions, processes, or operations. Such sub-steps may be included and form part of the disclosure of that sub-step unless explicitly excluded.
  • the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, where each claim may stand on its own as a separate example. While each claim may stand on its own as a separate example, it should be noted that although a dependent claim in the claims may relate to a particular combination with one or more other claims, other examples also include a combination of the dependent claim and the subject-matter of each other dependent or independent claim. Such combinations are explicitly suggested here, provided that no indication is given that a particular combination is not intended. Furthermore, features of a claim are also intended to be included for any other independent claim, even if that claim is not made directly dependent on the independent claim.
  • a basic embodiment shows a device for determining a state of a patient's respiratory muscles with one or more interfaces designed to detect patient signals and a control unit designed to - stimulate the patient's respiratory muscles with a stimulation signal, - detect an activation signal in response to the stimulation and - determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
  • control unit can be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
  • control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control unit can be designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles by determining the one or more state parameters.
  • control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, wherein the respiratory muscles are activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and the respiratory muscles are activated when there is a stimulation of the respiratory muscles below the activation threshold, activation is at least reduced or absent.
  • control unit can be designed to determine a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, P stim , a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a patient's work of breathing that can be generated by stimulation.
  • control unit can also be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
  • the pneumatic diagnostic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support.
  • control unit can be designed to also determine a measure of a maximum respiratory effort that can be achieved by the patient.
  • the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles.
  • the control unit can be designed to also determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles.
  • the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a base load, Pmus Base , and a maximum attainable respiratory effort, Pmus Max , of the patient.
  • the control unit can also be designed to determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the measure of efficiency can include a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • the measure of the efficiency can include a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • control unit can be designed
  • a basic embodiment shows a method for determining a state of a patient's respiratory muscles with - stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal, - detecting an activation signal as a reaction to the stimulation, - determining one or more state parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
  • the stimulation signal may comprise one or more stimulation pulses.
  • the activation signal can be detected as an impulse response.
  • determining the activatability can include taking into account a lower activation threshold for the stimulation signal, activation of the respiratory muscles being reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining the one or more state parameters determining an activability of the respiratory muscles of the patient.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can - include determining a respiratory muscle pressure P stim that can be generated by stimulation, - include determining a tidal volume Volstim that can be generated by stimulation, - include determining a patient's work of breathing that can be generated by stimulation.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may include performing a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and determining the one or more state parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
  • the pneumatic diagnostic maneuver may include occlusion, air flow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining a measure of a maximum respiratory effort that can be achieved by the patient.
  • the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles.
  • a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments can include determining a measure of the patient's respiratory musculature resilience.
  • the measure of the exercise capacity can be based on a relationship between a base load P musBase and a maximum respiratory effort P musMax that the patient can achieve.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining a measure of an efficiency of the patient's respiratory muscles.
  • the measure of efficiency can include a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include outputting information about the one or more status parameters.
  • a basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above.
  • the program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • a basic embodiment shows a device for ventilating a patient with one or more interfaces, which is designed to exchange information with a ventilation unit, a stimulation unit or a sensor unit and has a control module which is designed to: Percentage of ventilation, - determining a measure of a patient's resilience, - influencing the patient's self-performed proportion of ventilation, - assisting the patient with ventilation based on the measure of the patient's self-performed proportion of ventilation and based on the measure of the patient's resilience.
  • control unit can be designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation for support.
  • control unit can be designed to output a signal for stimulating the respiratory muscles of the patient for support.
  • the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: - a muscle pressure P mus absolute or relative to a total respiratory pressure P a , - a total driving pressure P drv , - a respiratory gas flow Flow mus absolute or relative to a total respiratory gas flow Flow caused by the patient’s musculature, - a tidal volume Vol mus absolute or relative to a total tidal volume Vol, caused by the patient’s musculature, - a respiratory effort WOB mus absolute or relative performed by the patient to include a total breath work WOB.
  • the control module can be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself.
  • control module can be designed to output a signal for influencing the administration of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself.
  • the control module can be designed to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal.
  • control module can be designed to to regulate the portion provided by the patient based on a portion of the ventilation specified as a secondary goal.
  • control module can be designed to monitor and regulate the total respiratory volume and the respiratory volume provided by the patient himself.
  • control module can be designed to regulate and monitor the work of breathing performed by the patient himself.
  • control module can be designed to monitor and regulate oxygenation of the patient.
  • control module can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient.
  • control module can be designed to direct the support according to a respiratory rhythm predetermined by the influencing.
  • control module can be designed to influence and support a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to support it by stimulation set breathing rhythm, if a spontaneous activity of the patient does not exist or is harmful and to set the support in the absence of a stimulation effect according to a breathing rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
  • control module can be designed to a - to determine the efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency.
  • control module can be designed to determine the ability of the patient's respiratory muscles to be activated, with the assisting also being based on the ability to be activated.
  • control module can be configured to determine exhaustion of the patient's respiratory muscles, with the assisting also being based on the exhaustion.
  • control module can be designed to determine a basic respiratory load for determining the exercise capacity and to determine a maximum possible respiratory effort of the patient.
  • control module can be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation.
  • a ventilation system for assisting a patient in ventilation can be designed or formed with a device based on at least one of the previously described embodiments.
  • a basic embodiment shows a method for ventilating a patient with: - detecting a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself, - determining a measure of the patient's resilience, - influencing the portion of the ventilation provided by the patient himself, - Assist the patient in ventilation based on the measure of the patient's contribution to the ventilation ventilation and based on the patient's exercise tolerance measure.
  • the assisting may include pressure-controlled or volume-controlled ventilation.
  • the assisting can include stimulating the respiratory muscles of the patient.
  • the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: - a muscle pressure P mus absolute or relative to a total respiratory pressure P a , - a total driving pressure P drv , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's musculature in absolute terms or relative to a total respiratory gas flow Flow, - a tidal volume Vol mus caused by the musculature of the patient in absolute terms or relative to a total respiratory volume Vol, - a work of breathing performed by the patient WOB mus absolute or relative to a total work of breathing WOB.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can detect the measure of the patient's own contribution on the basis of: - an electromyographic signal, - a signal from an electro-impedance myography, - a mechanomyographic signal, - a Ultrasound signal, - a signal from a strain sensor, - a signal from an esophageal pressure sensor.
  • influencing the portion performed by the patient himself can include stimulating the patient's respiratory muscles.
  • a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal.
  • a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments can also include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal.
  • a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include monitoring and regulating the patient's total tidal volume and the patient's own tidal volume.
  • a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include monitoring and regulating the work of breathing performed by the patient himself.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may further comprise monitoring and controlling the patient's oxygenation.
  • the influencing and the supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient.
  • the support can be based on a breathing rhythm that is predetermined by the influencing. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the support can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by a stimulation if spontaneous activity by the patient is absent or harmful, with the support being based on a breathing rhythm specified by pneumatic ventilation if there is no stimulation effect.
  • a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments may include determining an efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency.
  • a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may further include determining an activatability of the patient's respiratory muscles, wherein the assisting is also based on the activatability.
  • a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments may further include determining a fatigue of the patient's respiratory muscles, wherein the assisting is further based on the fatigue.
  • the determination of the exercise capacity can include a determination of a basic respiratory load and a detection of a maximum possible respiratory effort of the patient.
  • the detection of the maximum possible respiratory effort can include performing a twitch stimulation.
  • a basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above.
  • the program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • Further and preferred embodiments of the invention relating to a device, a method and a computer program for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient are described below with regard to a concept for determining a measure of respiratory support for a patient based on a target respiratory muscle activation and an actual - Respiratory muscle activation described in more detail.
  • a basic embodiment shows a device for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient with one or more interfaces for communication with components of the ventilation system and with a control unit that is designed to - determine a first piece of information about a target respiratory muscle activation
  • the device comprises a device for measuring the airway flow and for measuring the airway pressure on the patient.
  • the control unit can be designed to determine the first piece of information and the second piece of information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • the device can also comprise a device for pneumatic respiratory support.
  • the measure of the respiratory support can include a measure of the pneumatic respiratory support.
  • the device may further comprise means for sedating the patient based on the level of respiratory support.
  • the device can be designed to receive measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces.
  • the control unit can be designed to also determine the measure for the respiratory support based on the measurement information.
  • the device can also include a device for sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation.
  • the control unit can be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors.
  • the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram or an electro-impedance myogram.
  • the device for sensory detection can include a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • control unit can be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
  • control unit can be designed to generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support.
  • the device can further comprise a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of respiratory support.
  • the first and second pieces of information may each comprise a measure of patient-side paced or total respiratory muscle activation, patient-side paced or total respiratory muscle flow, or patient-side paced or total respiratory muscle pressure.
  • control unit can be designed to determine information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity and to provide.
  • control unit can be designed to determine the measure of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the measure of respiratory support may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
  • control unit can be designed to carry out an estimate for a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support.
  • control unit can be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to repeat the estimation regularly or continuously. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine and display a reliability for the first and the second information when the reliability falls below a predetermined threshold value. A particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a ventilator.
  • control unit can be designed to communicate information about the measure of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces.
  • the measure for respiratory support can be at least one parameter from the group of: - an amplitude, - a ramp steepness, - a stimulation duration, - a start time, - an end time, - an actual -respiratory muscle activation, - include target respiratory muscle activation.
  • the one or more interfaces for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit can be designed.
  • the one or more interfaces can - for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit, - for communication of a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or be formed with a sensor unit.
  • the real-time communication via the one or more interfaces can preferably be designed as a sample-by-sample real-time communication, sample-by-sample means that the communication is based on the sequence of sampled values, ie sample-by-sample.
  • control unit can be designed to set a rhythm for a stimulator via the one or more interfaces.
  • the ventilator can have an integrated stimulator.
  • control unit can be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces from a sensor unit or from a ventilator.
  • the control unit can be designed to receive at least one piece of information from the group of - an amplitude, - a ramp steepness, - a stimulation duration, - a starting time via the one or more interfaces from a sensor unit , - an end time, - a time course of the target respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - an inspiratory muscle pressure, - an inspiratory muscle work, - an inspiratory muscle flow.
  • control unit can be designed to receive a clock pulse from a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces.
  • control unit can be designed to specify a clock for a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces.
  • control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces.
  • control unit can be designed to coordinate ventilation maneuvers with a ventilator via the one or more interfaces.
  • a particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a sensor unit.
  • control unit can be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces and to calculate the measure of respiratory support based on the information about the to determine at least one pneumatic signal.
  • control unit can be designed to determine the second information based on sensor signals.
  • control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces.
  • control unit can be designed to transmit at least one piece of information from the group of - an amplitude - a ramp gradient - a stimulation duration - via the one or more interfaces to a ventilator or a stimulator a start time, - an end time, - an actual respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - a respiratory muscle pressure, - a respiratory muscle work, - a respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support.
  • control unit can be designed to receive information about a maneuver via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator.
  • control unit can be designed to receive information via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator as first information about - blanking, - measurement times to be suppressed, - filtering, - Receive suppression of stimulation artifacts.
  • a particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a ventilation system.
  • the ventilation system can also include a stimulator.
  • the ventilation system can also include a sensor unit.
  • a basic embodiment shows a method for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient with - determining a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient, - determining a second piece of information about an actual respiratory muscle activation
  • a preferred embodiment of the method based on the embodiment described above can include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
  • the measure of respiratory support can comprise a measure of pneumatic respiratory support.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include sedating the patient based on the level of respiratory support.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments may include obtaining measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient and determining the amount of respiratory support based on the measurement information.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation, and a
  • the sensor-detected signal can be an electrical
  • myogram a mechano-myogram, or an electroimpedance myogram.
  • the sensory signal can be detected using a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the above-described embodiments may include reducing a difference between the first information and the second information by rules about the level of respiratory support.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include generating a stimulation signal for the patient as a measure of respiratory support.
  • the first and the second information each comprise a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include determining and providing information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity.
  • the measure of respiratory support may indicate a measure of more intensive sedation of the patient if the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
  • patient stimulation impulse response from the second information in response to the level of respiratory support is a patient stimulation impulse response from the second information in response to the level of respiratory support.
  • the estimation can also be based on a stimulation maneuver.
  • the estimation can take place regularly or continuously.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the above-described embodiments can include a determination - or an output and/or a display - of further information, for example reliable, in addition to the first and second information, if the reliability falls below one predetermined threshold falls.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include a method for a ventilator.
  • a preferred embodiment of the method based on the embodiment described above may include communicating information about the level of respiratory support to a stimulator.
  • the measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation.
  • the communication with a stimulator and/or with a sensor unit can take place in real time.
  • the communication can take place "sample-by-sample", i.e. sample-by-sample oriented on the sequence of samples, in real time with a stimulator and/or with a sensor unit.
  • the communication can be a
  • the communication can include specifying a clock to a stimulator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include specifying the first and the second information to a stimulator and/or coordinating a ventilation maneuver with a stimulator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may comprise a method for a stimulator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include receiving the first or the second information from a sensor unit or from a ventilator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments can receive from a sensor unit at least one item of information from the group of - an amplitude, - a ramp gradient, - a stimulation duration, - a start time, - an end time, - an actual respiratory muscle activation, - the target respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - a respiratory muscle pressure, - a respiratory muscle work - a respiratory muscle flow.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include specifying a cycle to a sensor unit and/or a ventilator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include communicating in real time.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a coordination of a ventilation maneuver with a ventilator.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a method for a sensor unit.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the level of respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include determining the second information based on sensor signals.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include communicating in real time.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments can provide a ventilator or a stimulator with at least one item of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include obtaining information about a maneuver.
  • receiving from a ventilator or a stimulator can, as first information, contain information about - blanking, - measurement times to be suppressed, - filtering, - suppression of stimulation artifacts.
  • a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a method for - a ventilation system, - a ventilation device, - a stimulator, - a sensor unit.
  • a basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above.
  • the program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • stimulation device of the invention relating to a ventilation system, a device, a method and a computer program for stimulative ventilation support of a patient, in particular a concept for stimulative ventilation support of a patient synchronized to a spontaneously generated respiratory muscle activity of the patient, are described below.
  • a basic embodiment of the stimulation device shows a stimulation device for stimulative
  • Ventilation support for a patient with one or more interfaces for communication, with components of the ventilation system and with a control unit that is designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles.
  • control unit can be designed to record the information about the time profile of the activation signal - recording information about a time profile of a portion of the respiratory effort performed by the patient himself, - Determining the activation signal for the patient's respiratory muscles based on the information about the time profile of the portion of the respiratory work performed by the patient himself.
  • the control unit can be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation.
  • activation of the respiratory muscles can take place when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation of the respiratory muscles is at least reduced or omitted when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
  • control unit can be designed to carry out the stimulation in a positive feedback with the activation signal.
  • control unit can be designed to determine a stimulation effect.
  • control unit can be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect.
  • the control unit can be designed to carry out the stimulation proportionally to the activation signal.
  • the control unit can be designed as information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient information about at least one element from the group of - a muscle pressure P mus , - a spontaneous muscle pressure P spon , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's muscles, - a respiratory gas flow FlOW spon caused spontaneously by the patient's muscles, - a work of breathing WOB performed by the patient himself, - a spontaneous work of breathing WOB spon performed by the patient himself to determine.
  • the control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the control unit can be designed to carry out the parallel pneumatic ventilation as proportional ventilation. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to record the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of an electromyographic signal, a signal from an electrical impedance -perform myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal.
  • control unit can be designed, an intensity of the Adjust pacing based on a predetermined level.
  • control unit can be designed to determine the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort Pmus .
  • the degree can be defined as a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient.
  • the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the
  • Control unit be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient.
  • the control unit can be designed to determine a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles.
  • control unit can be designed to determine the stimulation signal by inverse convolution of a desired activation signal EMG stim caused by stimulation with the activation impulse response.
  • the control unit can be designed to determine the spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure P spon generated spontaneously by the patient and the stimulated respiratory activity as a respiratory muscle pressure P stim generated by stimulation.
  • the control unit can be designed to determine the spontaneous respiratory activity as a respiratory gas flow Flow spon generated spontaneously by the patient and the stimulated respiratory activity as a respiratory gas flow Flow stim generated by stimulation.
  • control unit can be embodied - the spontaneous breathing activity as a work of breathing spontaneously generated by the patient
  • control unit can be designed to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient.
  • control unit can be designed to stimulate to achieve a target value which - a patient-side portion of a driving pressure ⁇ P mus , - a patient-side portion of a volume ⁇ Vol mus , - includes a patient-side part of a breathing work ⁇ WOB mus to regulate.
  • An embodiment based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device shows a ventilation system with a stimulation device for stimulative ventilation support of a patient.
  • a basic embodiment of the stimulation device shows a method for stimulative ventilation support for a patient - a detection of information about a time course of an activation signal of a respiratory musculature of the patient and - a stimulation of the respiratory musculature in temporal alignment to the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
  • the acquisition of the information about the time profile of the activation signal can - a capture of information about a time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself and - a determination of the activation signal for the respiratory muscles of the patient based on the information about the time course of the portion of the respiratory effort performed by the patient himself.
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above can include determining and taking into account a lower activation threshold for the stimulation, wherein - when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles are activated and - at a stimulation of the respiratory muscles below the activation threshold activation is at least reduced or absent.
  • the stimulation can take place in a positive coupling with the activation signal.
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include determining a stimulation effect.
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include a titration to determine the stimulation effect.
  • the stimulation can take place proportionally to the activation signal.
  • the information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient information about at least one element from the group of - a muscle pressure P mus , - a spontaneous muscle pressure P spon , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's musculature, - a respiratory gas flow Flow spon caused spontaneously by the patient's musculature, - a respiratory effort WOB performed by the patient himself, - a spontaneous respiratory effort WOB spon performed by the patient himself.
  • Ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include parallel pneumatic ventilation of the patient.
  • Ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include the parallel pneumatic ventilation a proportional ventilation.
  • Ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, the acquisition of information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of - an electromyographic signal, - a signal from electro-impedance myography, - a signal from a strain sensor, - a signal from an ultrasonic sensor, - a mechanomyographic signal.
  • Assisting a patient's ventilation based on at least one of the above-described embodiments may include adjusting an intensity of the pacing based on a predetermined level.
  • Ventilation support of a patient based on the embodiment described above, the predetermined level can comprise a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort P mus .
  • the degree can determine a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient.
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include determining the spontaneous breathing activity of the patient based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles.
  • determining a stimulation signal based on the ratio between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles can include.
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include determining the stimulation signal by inverse convolution of a desired activation signal EMGstim caused by stimulation with the activation impulse response.
  • the spontaneous breathing activity can be one of
  • patient's spontaneously generated respiratory muscle pressure P spon and the stimulated respiratory activity comprise a respiratory muscle pressure P stim generated by stimulation.
  • the stimulated breathing activity is a work of breathing produced by WOBstim stimulation
  • a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include tracking the predetermined degree on a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient.
  • the stimulation can be regulated to achieve a target value
  • a basic embodiment can comprise a computer program with a program code for carrying out at least one of the previously described embodiments of the stimulation device.
  • the program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
  • Table 4 below lists all of the patent documents and publications cited in this description with the publication number or a short title of the publication. The full titles can be found in the statements on the prior art in the introduction to the description. In the description, the reference numbers [E1] to [E38] listed in Table 4 are sometimes used instead of extensive citations. reference number list
  • stimulation unit stimulation unit
  • stimulation device stimulation device
  • stimulation device stimulator device for stimulation
  • ventilator pneumatic breathing assistance

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Abstract

The invention relates to a device, a method and a computer program relative to determining conditions during breathing or ventilation. Described are concepts for obtaining, acquiring or determining information. Information, for example with respect to the respiratory musculature of the patient, a resilience of a patient, a need for support in breathing and with respect to the possibilities of adequately stimulatively supporting breathing is very valuable in the treatment and therapy of living beings or patients.

Description

Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zur Bestimmung von Situationen eines Patienten Apparatus, method and computer program for determining patient situations
Situationen eines Patienten, insbesondere Situationen bei einer Beatmung eines Patienten oder einer Unterstützung der Beatmung oder Atmung eines Patienten bedingen Informationen über den Patienten, beispielsweise hinsichtlich der Atemmuskulatur des Patienten, hinsichtlich einer Belastbarkeit des Patienten, hinsichtlich eines Bedarfs des Patienten an Atemunterstützung und auch hinsichtlich der Möglichkeiten, die Atmung des Patienten adäquat stimulativ zu unterstützen. Situations of a patient, in particular situations when ventilating a patient or supporting the ventilation or breathing of a patient require information about the patient, for example with regard to the patient's respiratory muscles, with regard to the patient's resilience, with regard to the patient's need for respiratory support and also with regard to the Possibilities of adequately stimulating the patient's breathing.
Die Erlangung von Informationen hinsichtlich solcher Informationen mit Konzepten zu einer Bestimmung von Zuständen eines Patienten im Umfeld von Atmung und/oder Beatmung bilden die Grundlage für die im Rahmen der folgenden Beschreibung dargelegten Aufgaben und deren Lösungen. Obtaining information regarding such information with concepts for determining states of a patient in the environment of breathing and/or ventilation forms the basis for the tasks presented in the context of the following description and their solutions.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten, insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Konzept zur Bestimmung zumindest eines Zustandsparameters der Atemmuskulatur eines Patienten anhand einer Auswertung eines Aktivierungssignals als Reaktion auf eine Stimulation der Atemmuskulatur. The present invention relates to a device, a method and a computer program for determining a state of a patient's respiratory muscles, in particular, but not exclusively, to a concept for determining at least one state parameter of the respiratory muscles of a patient based on an evaluation of an activation signal in response to a stimulation of the respiratory muscles.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf ein Konzept zur Bestimmung einer Belastbarkeit und eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und zur Berücksichtigung der Belastbarkeit und des Maßes bei der Unterstützung der Beatmung. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Beatmungssystem, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zu einer Beatmung eines Patienten The present invention also relates to a concept for determining a load capacity and a measure for a portion of the ventilation that is performed by the patient himself and for taking into account the load capacity and the measure when supporting the ventilation. In a further aspect, the present invention relates to a ventilation system, a device, a method and a computer program for ventilation of a patient
Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf Konzept zur Bestimmung eines Maßes für eine Atemunterstützung eines Patienten basierend auf einer Soll- Atemmuskelaktivierung und einer Ist-Atemmuskelaktivierung. In einem weiteren Aspekt Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten, ein Beatmungsgerät, einen Stimulator, eine Sensoreinheit, Verfahren und Computerprogramme für ein Beatmungsgerät, einen Stimulator und eine Sensoreinheit, ein Beatmungssystem, ein Verfahren und ein Computerprogramm für ein Beatmungssystem. Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf Konzept zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten synchronisiert zu einer spontan erzeugten Atemmuskelaktivität des Patienten. In einem weiteren Aspekt Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Beatmungssystem, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten. The present invention also relates to a concept for determining a measure of respiratory support for a patient based on target respiratory muscle activation and actual respiratory muscle activation. In a further aspect, the present invention relates to a device, a method and a computer program for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient, a ventilation device, a stimulator, a sensor unit, methods and computer programs for a ventilation device, a stimulator and a sensor unit , a ventilation system, a method and a computer program for a ventilation system. The present invention also relates to a concept for stimulative ventilation support for a patient synchronized with a spontaneously generated respiratory muscle activity of the patient. In a further aspect, the present invention relates to a ventilation system, a device, a method and a computer program for stimulative ventilation support of a patient.
All diese o.g. Konzepte und/oder Aspekte von Erfindungen vereinen sich unter der Bemühung, die Situation eines Patienten bei der Beatmung zu verbessern, indem eine adäquate an die tatsächliche Situation von Belastung, Belastbarkeit und den Bedarf des Patienten an Atemunterstützung bereitgestellt wird. Die Bereitstellung kann in Form von Konzepten und Maßnahmen in Bezug auf die Durchführung von automatisierter Beatmung und/oder Durchführung von Stimulationen zur Aktivierung von Atemanstrengungen des Patienten erfolgen. Die Durchführung automatisierter Beatmung kann als mandatorische Beatmung, getriggerte mandatorische Beatmung, unterstützende Beatmung ausgeführt sein. All of the above concepts and/or aspects of the invention combine in an effort to improve a patient's situation on ventilation by providing an adequate response to the patient's actual situation of workload, exercise tolerance and the patient's need for respiratory support. The provision can take the form of concepts and measures relating to the performance of automated ventilation and/or the performance of stimulations to activate the patient's respiratory effort. Automated ventilation can be carried out as mandatory ventilation, triggered mandatory ventilation, supportive ventilation.
Die Erhaltung und Zurückgewinnung der Spontanatmung hatte lange Zeit hohe Priorität in der Intensivmedizin. Für den Fall, dass Spontanatmung für den Patienten nicht möglich ist, wird eine lungenprotektive Beatmung angewendet, die das Lungengewebe möglichst wenig schädigen soll. Der Schutz der Atemmuskulatur, insbes. des Zwerchfells, ist erst seit kurzem in den Fokus gerückt. Stand der Technik der vorliegenden Erfindung findet sich beispielsweise in den folgenden Dokumenten: The preservation and recovery of spontaneous breathing has long had a high priority in intensive care medicine. In the event that spontaneous breathing is not possible for the patient, lung-protective ventilation is used, which is intended to damage the lung tissue as little as possible. The protection of the respiratory muscles, especially the diaphragm, has only recently come into focus. The prior art of the present invention can be found, for example, in the following documents:
US 5,820,560 B1, US 7,021,310 B1, WO 2019 1548 34 A1, WO 2019 1548 37 A1,US 5,820,560 B1, US 7,021,310 B1, WO 2019 1548 34 A1, WO 2019 1548 37 A1,
WO 2019 154839 A1, WO 20200792 66 A1, WO 2020 188069 A1, DE 102019 006480 A1, US 20170252558 A1 , DE102019006480 A1, WO 2019 154839 A1, WO 20200792 66 A1, WO 2020 188069 A1, DE 102019 006480 A1, US 20170252558 A1, DE102019006480 A1,
US 20150366480 A1, US 2012 0103334 A1, US 20170252558 A1, US20150366480A1, US20120103334A1, US20170252558A1,
DE 102019 007717 B3, DE 102020000014 A1, DE 102007062214 B3, DE 102019 007717 B3, DE 102020000014 A1, DE 102007062214 B3,
WO 2018 143844 A1, DE 102015 011 390 A1. DE 102015011 390 A1, WO 2018 143844 A1, DE 102015 011 390 A1. DE 102015011 390 A1,
DE 102021 115865 A1, DE 102020 123 138 A1, DE 102007 052 897 B4. Die nachfolgend genannten Quellen geben zusätzliche Informationen zum technischen, medizintechnischen, medizinischen wie auch klinischen Hintergrund. Die nachfolgende Auflistung umfasst eine exemplarische Auswahl von Druckschriften und Publikationen zu Erfassung und Verarbeitung unterschiedlicher Messsignale oder Signale in/am menschlichen Körper und deren Nutzung im Rahmen von Beatmung, Beatmungskontrolle, wie auch im Umfeld von Beatmung mit Atmungs- Stimulation. Walker, D. J.: „Prädiktion des Ösophagusdruckes durch den Mundverschlussdruck nach Magnetstimulation des Nervus Phrenicus“, Dissertation Universität Freiburg: 2006. DE 102021 115865 A1, DE 102020 123 138 A1, DE 102007 052 897 B4. The sources listed below provide additional information on the technical, medical-technical, medical and clinical background. The list below includes an exemplary selection of papers and publications on the acquisition and processing of different measurement signals or signals in/on the human body and their use in the context of ventilation, ventilation control, as well as in the environment of ventilation with respiratory stimulation. Walker, DJ: "Prediction of the esophagus pressure by the mouth closure pressure after magnetic stimulation of the phrenic nerve", dissertation University of Freiburg: 2006.
Kahl, L. et. AI.: “Comparison of algorithms to quantify muscle fatigue in upper limb muscles based on sEMG Signals”, Medical Engineering & Physics: 2016. Jansen D. et. al.: “Estimation of the diaphragm neuromuscular efficiency index in mechanically ventilated critically ill patients”, Critical Care: 2018. Kahl, L. et. AI.: "Comparison of algorithms to quantify muscle fatigue in upper limb muscles based on sEMG signals", Medical Engineering & Physics: 2016. Jansen D. et. al.: “Estimation of the diaphragm neuromuscular efficiency index in mechanically ventilated critically ill patients”, Critical Care: 2018.
Liu L. et. al.: “Neuroventilatory efficiency and extubation readiness in critically ill patients”, Critical Care: 2012. Liu L et. al.: "Neuroventilatory efficiency and extubation readiness in critically ill patients", Critical Care: 2012.
Cattapan, S. E. et. al: “Can diaphragmatic contractility be assessed by airway twitch pressure in mechanically ventilated patients?”, Thorax: 2003. Cattapan, S.E. et. al: "Can diaphragmatic contractility be assessed by airway twitch pressure in mechanically ventilated patients?", Thorax: 2003.
Younes, M. et. al. „A method for monitoring and improving patient Ventilator interaction“, Intensive Care Med: 2007. Younes, M. et. al. "A method for monitoring and improving patient ventilator interaction," Intensive Care Med: 2007.
Blanch Lluis et. al. “Measurement of AirTrapping, Intrinsic Positive End-Expiratory Pressure, and Dynamic Hyperinflation in Mechanically Ventilated Patients”, Respiratory Care: 2005. Purro A. et. al. “Static Intrinsic PEEP in COPD Patients during Spontaneous Breathing”, AJRCCM: 1988. Blanch Lluis et. al. "Measurement of AirTrapping, Intrinsic Positive End-Expiratory Pressure, and Dynamic Hyperinflation in Mechanically Ventilated Patients", Respiratory Care: 2005. Purro A. et. al. "Static Intrinsic PEEP in COPD Patients during Spontaneous Breathing", AJRCCM: 1988.
Bernardi E. et. al. “A New Ultrasound Method for Estimating Dynamic Intrinsic Positive Airway Pressure: A Prospective Clinical Trial”, AJRCCM: 2018. Bernardi E. et. al. "A New Ultrasound Method for Estimating Dynamic Intrinsic Positive Airway Pressure: A Prospective Clinical Trial", AJRCCM: 2018.
Pisani L. et. al. “Noninvasive detection of positive end-expiratory pressure in COPD patients recovering from acute respiratory failure”, European Respiratory Journal: 2016. Pisani L. et. al. "Noninvasive detection of positive end-expiratory pressure in COPD patients recovering from acute respiratory failure", European Respiratory Journal: 2016.
Bellani, G. et. al. “Clinical Assessment of Auto-positive End-expiratory Pressure by Diaphragmatic Electrical Activity during Pressure Support and Neurally Adjusted Ventilatory Assist”, Anesthesiology: 2014. Bellani, G. et. al. "Clinical Assessment of Auto-positive End-expiratory Pressure by Diaphragmatic Electrical Activity during Pressure Support and Neurally Adjusted Ventilatory Assist", Anesthesiology: 2014.
Younes, M. “Dynamic Intrinsic PEEP (PEEPi.dyn) Is It Worth Saving?”, AJRCCM: 2000. Shalaby, R. E.-S.: "Development of an Electromyography Detection System for the Control of Functional Electrical Stimulation in Neurological Rehabilitation", Dissertation, 2011. Younes, M. "Dynamic Intrinsic PEEP (PEEPi.dyn) Is It Worth Saving?", AJRCCM: 2000. Shalaby, RE-S.: "Development of an Electromyography Detection System for the Control of Functional Electrical Stimulation in Neurological Rehabilitation", PhD thesis, 2011.
Younes, M. et. al. „A method for monitoring and improving patient Ventilator interaction“, Intensive Care Med (2007). Younes, M. et. al. "A method for monitoring and improving patient ventilator interaction," Intensive Care Med (2007).
Putensen C. et. al. "Long-term effects of spontaneous breathing during ventilatory Support in patients with acute lung injury", AM Journal Respir Crit Care Med 2001. Putensen C. et. al. "Long-term effects of spontaneous breathing during ventilatory support in patients with acute lung injury", AM Journal Respir Crit Care Med 2001.
Otis, A. B. et. al.: "Mechanics of Breathing in Man", J Appl Physiol. 1950. Otis, A.B. et. al.: "Mechanics of Breathing in Man", J Appl Physiol. 1950
Osuagwu, B. A. C. et. al. "Active proportional electromyogram controlled functional electrical Stimulation System", Nature 2020. Virtanen, J. et. al. "Instrumentation forthe measurement of electric brain responses to transcranial magnetic Stimulation", Med. Biol. Eng. Comput., 1999. Osuagwu, BAC et. al. "Active proportional electromyogram controlled functional electrical stimulation system", Nature 2020. Virtanen, J. et. al. "Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation", Med. Biol. Eng. Computer., 1999.
Diese und weitere Dokumente werden teilweise jeweils zu besonderen Aspekten der Erfindung im Verlauf der Beschreibung in Bezug genommen. Dabei werden teilweise anstatt umfänglicher Zitierungen jeweils Referenzierungen [E1] bis [E38] auf eine im Anschluss an die Figurenbeschreibung eingebundene Tabelle 4 verwendet. These and other documents are referred to in part for specific aspects of the invention as the description proceeds. In some cases, instead of extensive citations, references [E1] to [E38] to a table 4 included after the description of the figures are used.
Zur Vermeidung von Unklarheiten aufgrund sprachlicher Formulierungen seien am Beginn der Anmeldung einige Hinweise zum Verständnis sowie auch einige Erläuterungen zur Verwendung von Begriffen gegeben. In der Beschreibung und/oder den Patentansprüchen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bzw. In order to avoid ambiguities due to linguistic formulations, some notes on understanding and some explanations on the use of terms are given at the beginning of the application. In the description and/or the patent claims, within the scope of the present invention or
Erfindungen diejenigen Formulierungen in verbaler Form, substantivierter verbaler Form, welche im Verfahren, bzw. auch durch Ausgestaltungen einer Kontrolleinheit in Ausgestaltungen der Vorrichtungen, wie beispielsweise und insbesondere „ein Bestimmen“, „ein Hochpassfiltern“, „ein Ermitteln“, "ein Stimulieren", „ein Durchführen“, „ein Transformieren“, „ein Ausgeben“, „ein Erfassen“, "ein Einstellen" mit der gleichen Bedeutung verwendet wie Formulierungen mit Nomen in substantivierter Form, wie beispielsweise und insbesondere „eine Bestimmung“, "eine Hochpassfilterung", „eine Ermittlung“, „eine Durchführung“, „eine Transformation“, „eine Ausgabe“, „eine Erfassung“, "eine Einstellung", „eine Stimulation". Im Hinblick auf die Offenbarung der Erfindung, bzw. Erfindungen ergeben sich gleichwertige und gleichwirkendeInventions those formulations in verbal form, substantiated verbal form, which in the method, or also through configurations of a control unit in configurations of the devices, such as and in particular "determining", "high-pass filtering", "determining", "stimulating" , "a performing", "a transforming", "an outputting", "a capturing", "a setting" are used with the same meaning as formulations with nouns in a noun form, such as and in particular "a determination", "a high-pass filtering ", "a determination", "an implementation", "a transformation", "an output", "an acquisition", "an adjustment", "a stimulation". With regard to the disclosure of the invention, or inventions arise equivalent and equivalent
Bedeutungen für die Formulierungen mit Substantiven, Nomen, substantivierten Verben und Verben, sodass auch für Merkmale und Details zwischen der verbalen Form und substantivierten Form bezüglich der Offenbarung stets wechselseitig Bezug genommen wird, beziehungsweise werden kann. Dabei sollen auch Formulierungen mit „Durchführungen von Bestimmungen, Hochpassfilterungen, Stimulationen,Meanings for the formulations with nouns, nouns, substantiated verbs and verbs, so that for features and details between the verbal form and substantiated form with regard to the revelation, reference is always made to each other, or can be referred to. In doing so, formulations with “implementation of determinations, high-pass filtering, stimulation,
Stimulierungen, Ermittlungen, Erfassungen, Eingaben, Ausgaben, Transformationen, usw.“, in die gleichwertigen und gleichwirkenden Bedeutungen als mit einbezogen gelten. Merkmale und Details, die im Rahmen der vorliegen Erfindungen im Zusammenhang mit Vorrichtungen und Ausführungsformen von Vorrichtungen beschrieben sind, gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den beschriebenen im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Verfahren und deren Ausführungsformen, wie auch jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird, beziehungsweise werden kann. Weiterhin können Formulierungen, welche der Bezeichnung und Zuordnung von Teilen, Einheiten, Elementen oder Modulen in oder an Vorrichtungen oder Systemen dienen jeweils synonym füreinander verwendet sein und sich dabei in technischen Details entsprechen, wie etwa "Kontrolleinheit" und "Kontrollmodul". Ähnliches gilt beispielsweise auch für die Bezeichnung "Stimulator", ein Stimulator kann auch als eine Stimulationsvorrichtung oder eine Vorrichtung zur Stimulation bezeichnet werden. Ähnliches gilt beispielsweise auch für die Bezeichnung "Beatmungsgerät", ein Beatmungsgerät kann auch als eine Beatmungsvorrichtung oder eine Vorrichtung zur Beatmung bezeichnet werden. Stimuli, determinations, acquisitions, inputs, outputs, transformations, etc.”, meanings of equivalent and equivalent effect are deemed to be implied. Features and details that are described within the scope of the present inventions in connection with devices and embodiments of devices, of course, also apply in connection with the methods described within the scope of this invention and their embodiments, as well as vice versa, so that with regard to the disclosure of individual aspects of the invention are always mutually referred to, or can be. Furthermore, formulations which are used to designate and assign parts, units, elements or modules in or on devices or systems can be used synonymously for one another and correspond to the technical details, such as "control unit" and "Control Module". The same applies, for example, to the term “stimulator”; a stimulator can also be referred to as a stimulation device or a device for stimulation. The same applies, for example, to the designation "respirator", a respirator can also be referred to as a respiration device or a device for respiration.
Die DE 102019006480 A1 [E14] beschreibt ein Verfahren, welches eine Schätzung von Anteilen an der Atemarbeit mittels Elektromyographie der Atemmuskulatur erlauben. Die Elektromyografie (EMG) ist eine neurologische Untersuchung für Lebewesen, bei der die natürliche elektrische Aktivität eines Muskels gemessen wird. Elektromyographie (EMG) ermöglicht die Bestimmung derjenigen Kraft, mit der ein Muskel angespannt wird. Messungen an oberflächlichen Muskeln werden auch als sEMG bezeichnet. Die Elektrische Impedanzmyographie (EIM) ist eine nicht-invasive Technik zur Beurteilung der Muskelgesundheit, wobei mittels elektrische Impedanzmessungen die Eigenschaften einzelner Muskeln oder Muskelgruppen, bzw. auch die Muskelzusammensetzung und deren mikroskopische Strukturen untersucht werden können. Die Myomechanographie (MMG) ist ein Verfahren zur Erfassung elastischer, viskoser und plastischer Qualitäten von Muskeln. Der Parameter Pmus repräsentiert eine, von einem messtechnisch erfassten EMG- Signal (electro- myogram), einem sEMG- Signal (Surface electro-myogram), einem EIM- Signal (Elektro-impedance-myogram) oder einem MMG- Signal (Mechano-myogram) abgeleitete Größe. Der Parameter Pmus indiziert dabei ein Druckniveau, welches aufgrund einer muskulären Atemanstrengung eines Patienten hervorgerufen worden ist. Dabei kann die Ursache der muskulären Atemanstrengung vom Patienten selbst in Form einer Spontanatemaktivität initiiert sein und/ oder mittels einer externen, beispielsweise elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Stimulation hervorgerufen worden sein. Die muskuläre Atemanstrengung kann einerseits mittelbar von elektrischen, elektromagnetischen oder magnetischen Signalen abgeleitet werden. Muskuläre Atemanstrengung können auch unmittelbar messtechnisch als eine Druckdifferenz gegenüber einem Bezugsdruck, beispielsweise mittels einer Druckmessung am Thorax eines Patienten erfasst werden. Dabei kann als Bezugsdruck der Umgebungsdruck gewählt werden oder auch ein Druckniveau, welches von einem Beatmungsgerät bereitgestellt wird. Vom Beatmungsgeräten typischerweise bereitgestellte Druckniveaus sind beispielsweise ein Inspiratorisches Druckniveau, zumeist als inspiratorischer Druck oder Inspirationsdruck Pinsp bezeichnet, wie auch beispielsweise ein Exspiratorisches Druckniveau, zumeist als exspiratorischer Druck oder Exspirationsdruck Pexp bezeichnet, ein Sonderfall eines exspiratorischen Druckniveaus stellt der sogenannte PEEP (positive end expiratory pressure) dar, welcher ein Druckniveau beschreibt, welches am Ende der Ausatmung in den Atemwegen des Patienten als Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck messtechnisch erfassbar ist. Sowohl der Inspirationsdruck Pinsp wie auch der Exspirationsdruck Pexp werden als Druckunterschied gegenüber demDE 102019006480 A1 [E14] describes a method that allows an estimation of shares in the work of breathing by means of electromyography of the respiratory muscles. Electromyography (EMG) is a neurological examination of living things that measures the natural electrical activity of a muscle. Electromyography (EMG) makes it possible to determine the force with which a muscle is contracted. Measurements on superficial muscles are also referred to as sEMG. Electrical impedance myography (EIM) is a non-invasive technique for assessing muscle health, using electrical impedance measurements to examine the characteristics of individual muscles or muscle groups, as well as muscle composition and their microscopic structures. Myomechanography (MMG) is a method for recording elastic, viscous and plastic qualities of muscles. The Pmus parameter represents a value derived from a measured EMG signal (electro-myogram), an sEMG signal (surface electro-myogram), an EIM signal (electro-impedance myogram) or an MMG signal (mechano-myogram ) derived quantity. The parameter Pmus indicates a pressure level which has been caused by a patient's muscular effort to breathe. The cause of the muscular effort to breathe can be initiated by the patient himself in the form of spontaneous breathing activity and/or brought about by means of an external, for example electrical, magnetic or electromagnetic stimulation. On the one hand, the muscular respiratory effort can be derived indirectly from electrical, electromagnetic or magnetic signals. Muscular respiratory effort can also be measured directly as a pressure difference compared to a reference pressure, for example by measuring the pressure on a patient's thorax. The ambient pressure can be selected as the reference pressure or a pressure level provided by a ventilator. Pressure levels typically provided by the ventilator are, for example, an inspiratory pressure level, usually referred to as inspiratory pressure or inspiration pressure Pinsp, as well as, for example, an expiratory pressure level, usually referred to as expiratory pressure or expiratory pressure Pexp, a special case The expiratory pressure level is what is known as PEEP (positive end expiratory pressure), which describes a pressure level that can be measured at the end of expiration in the patient's airways as a pressure difference compared to the ambient pressure. Both the inspiratory pressure Pinsp and the expiratory pressure Pexp are measured as a pressure difference compared to the
Umgebungsdruck erfasst und zumeist in der Einheit mBar angegeben. Ein solcher Parameter Pmus kann auch als ein Atemmuskeldruck Pmus bezeichnet werden. Ambient pressure recorded and usually specified in the unit mBar. Such a parameter Pmus can also be referred to as a respiratory muscle pressure Pmus.
In der Beschreibung und/oder den Patentansprüchen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bzw. Erfindungen die Begriffe „muskulärer Atemwegsdruck“, „Atemmuskeldruck“ mit Formulierungen, wie „Parameter Pmus“, „Druckparameter Pmus“, „Druckparameter oder Parameter P, Pmus, welcher einen Druck indiziert, welcher durch eine muskuläre Atemanstrengung eines Patienten verursacht worden ist“, „ein, durch eine Muskulatur eines Patienten aufgebrachter Atemdruck Pmus“ in einer gleichbedeutenden und gleichwirkenden Weise verwendet, sodass hinsichtlich des Begriffes wechselseitig Bezug genommen werden kann. Der Parameter Flowmus repräsentiert eine vom Parameter Pmus abgeleitete Größe. Höhere Frequenzen im Signalverlauf des Parameters Pmus können ein Maß für muskulär bedingte Anteile, Strömungsrichtung und Umkehr der Strömungsrichtung des Atemwegsflusses liefern. Die Hochpass-Filterung des Parameters Pmus kann dazu verwendet werden, den Parameter Flowmus zu ermitteln. Mit dem Begriff Atemwegsfluss werdenIn the description and/or the patent claims, the terms “muscular airway pressure”, “respiratory muscle pressure” with formulations such as “parameter Pmus”, “pressure parameter Pmus”, “pressure parameter or parameter P, Pmus, which indicates a pressure which has been caused by a patient's muscular respiratory effort", "a respiratory pressure Pmus applied by a patient's musculature" is used in an equivalent and equivalent manner, so that the term can be referred to reciprocally. The Flowmus parameter represents a quantity derived from the Pmus parameter. Higher frequencies in the Pmus waveform can provide a measure of muscle-related components, flow direction, and reversal of flow direction in airway flow. The high-pass filtering of the Pmus parameter can be used to determine the Flowmus parameter. With the term airway flow
Durchflussmengen bezeichnet, welche als Volumina während Einatemphasen in den Patienten hineinströmen, d.h. eingeatmet oder während Ausatemphasen aus dem Patienten herausströmen, d.h. ausgeatmet werden. Der Parameter Flowmus indiziert dabei eine Durchflussmenge mit einer Strömungsrichtung, wobei die Ursache des Durchflusses auf einer muskulären Atemanstrengung eines Patienten beruht. Dabei kann die Ursache der muskulären Atemanstrengung vom Patienten selbst in Form einer Spontanatemaktivität initiiert sein und/ oder mittels einer externen, beispielsweise elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Stimulation hervorgerufen worden sein. Ein solcher Parameter Flowmus kann auch als ein muskulärer Atemwegsfluss oder auch als ein Atemmuskelflow Flowmus bezeichnet werden. Die Signalverarbeitung mit Hochpass- Signalfilterung des Signalverlaufs des Parameters Pmus ermöglicht es, muskulär- bedingte Atemphasenwechsel und Zeitpunkte im Parameter Flowmus zu bestimmen finden, zu denen eine Umkehr des Vorzeichens des Parameters Flowmus gegeben ist. Die Umkehr des Vorzeichens des Parameters Flowmus indiziert dabei Zeitpunkte, zu denen ein Atemphasenwechsel zwischenFlow rates referred to as volumes that flow into the patient during inhalation phases, i.e. are inhaled, or flow out of the patient during exhalation phases, i.e. are exhaled. The Flowmus parameter indicates a flow quantity with a flow direction, the cause of the flow being based on a patient's muscular effort to breathe. The cause of the muscular effort to breathe can be initiated by the patient himself in the form of spontaneous breathing activity and/or brought about by means of an external, for example electrical, magnetic or electromagnetic stimulation. Such a parameter Flowmus can also be referred to as a muscular airway flow or also as a respiratory muscle flow Flowmus. Signal processing with high-pass signal filtering of the signal curve of the Pmus parameter makes it possible to determine muscle-related respiratory phase changes and times in the Flowmus parameter at which there is a reversal of the sign of the Flowmus parameter. The reversal of the sign of the Flowmus parameter indicates points in time at which a respiratory phase change between
Einatemphasen (Inspiration) und Ausatemphasen (Exspiration) gegeben ist, welche auf muskulären Atemanstrengungen des Patienten beruhen. In der Beschreibung und/oder den Patentansprüchen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bzw. Erfindungen die Begriffe „muskulärer Atemwegsflow“, „Atemmuskelflow“ mit Formulierungen, wie „Parameter Flowmus“, „Durchflussparameter Flowmus“, „Durchflussparameter oder Parameter Flow,Inhalation phases (inspiration) and exhalation phases (expiration) are given, which are based on the patient's muscular breathing efforts. In the description and/or the patent claims, the terms "muscular airway flow", "respiratory muscle flow" with formulations such as "parameter flowmus", "flow parameter flowmus", "flow parameter or parameter flow,
Flowmus, welcher einen Druck indiziert, welcher durch eine muskuläre Atemanstrengung eines Patienten verursacht worden ist“, „ein, durch eine Muskulatur eines Patienten erbrachte Durchflussmenge Flowmus“ in einer gleichbedeutenden und gleichwirkenden Weise verwendet, sodass hinsichtlich des Begriffes wechselseitig Bezug genommen werden kann. Die nachfolgende Auflistung dient der Klarstellung einiger im Rahmen dieser Anmeldung verwendeter Begriffe: Flowmus, which indicates a pressure which has been caused by a patient's muscular respiratory effort", "a Flowmus produced by a patient's musculature" is used in an equivalent and equivalent manner, so that the term can be referred to reciprocally. The following list serves to clarify some of the terms used in this application:
• Unter einem Atemwegsdruck wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Druck oder ein Druckniveau - zumeist und üblicherweise oberhalb des Umgebungsdrucks - in den Atemwegen, in Lunge, Luftröhre (Trachea) eines Lebewesens verstanden. • In the context of the present invention, an airway pressure is a pressure or a pressure level—usually and usually above the ambient pressure—in the airways, lungs, trachea of a living being.
• Unter einem muskulären Atemwegsdruck oder einem Atemmuskeldruck wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein, durch eine Muskulatur aufgebrachter Atemdruck ein Anteil am Atemwegsdruck, insbesondere auf Basis - spontaner oder stimulierter - muskulärer Aktivität der Atemmuskulatur und/ oder muskulärer Aktivität der Atem- Hilfsmuskulatur des Lebewesens verstanden. • Under a muscular airway pressure or a respiratory muscle pressure is understood in the sense of the present invention, a respiratory pressure applied by a musculature, a proportion of the airway pressure, in particular on the basis - spontaneous or stimulated - muscular activity of the respiratory muscles and / or muscular activity of the auxiliary respiratory muscles of the living being .
• Unter einem Atemwegsfluss oder einem Atemgasfluss wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Bewegung von Mengen an Atemgas als Menge an Einatemgasen hin zu einem und in ein Lebewesen, wie auch aus und von einem Lebewesen als Menge an Ausatemgasen verstanden. For the purposes of the present invention, a respiratory flow or a respiratory gas flow is understood to mean any movement of quantities of respiratory gas as a quantity of inhaled gases to and into a living being, as well as out of and from a living being as a quantity of exhaled gases.
• Unter einem muskulären Atemwegsfluss (oder einem Atemmuskelfluss) wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Bewegung von Mengen an Atemgas als Menge an Einatemgasen hin zu einem und in ein Lebewesen, wie auch aus und von einem Lebewesen als Menge an Ausatemgasen auf Basis - spontaner oder stimulierter - muskulärer Aktivität der Atemmuskulatur und/ oder muskulärer Aktivität der Atem- Hilfsmuskulatur des Lebewesens verstanden.• Under a muscular airway flow (or a respiratory muscle flow) within the meaning of the present invention, any movement of amounts of respiratory gas as an amount of inhaled gases towards and into a living being, as well as from and from a living being as an amount of exhaled gases on the basis - spontaneous or understood - stimulated muscular activity of the respiratory muscles and / or muscular activity of the auxiliary respiratory muscles of the living being.
Die Begriffe muskulärer Atemwegsdruck und Atemmuskeldruck werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Die Begriffe muskulärer Atemwegsfluss und Atemmuskelfluss werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. The terms muscular airway pressure and respiratory muscle pressure are used synonymously within the scope of the present invention. The terms muscular airway flow and respiratory muscle flow are used synonymously within the scope of the present invention.
Die Atemmuskulatur besteht aus dem inspiratorisch wirkenden Hauptmuskel, dem Zwerchfell, und der Hilfsmuskulatur. Dazu zählen u.a. die externe (inspiratorisch wirkende) und interne (exspiratorisch wirkende) Interkostalmuskulatur und die exspiratorisch wirkende Bauchmuskulatur. So wurde festgestellt, dass durch lange Beatmungszeiten und zu hohe Unterstützung der Spontanatmung das Zwerchfell atrophiert und eine aufwändige Entwöhnung notwendig macht. Auf der anderen Seite kann die Atemmuskulatur aufgrund erhöhter respiratorischer Last (Obstruktion,The respiratory musculature consists of the main inspiratory muscle, the diaphragm, and the auxiliary musculature. These include the external (inspiratory acting) and internal (expiratory acting) intercostal muscles and the expiratory acting abdominal muscles. It was found that long ventilation times and excessive support of spontaneous breathing cause the diaphragm to atrophy and make time-consuming weaning necessary. On the other hand, due to increased respiratory load (obstruction,
Restriktion) erschöpft und geschädigt werden (Fatigue). Manche Patienten neigen in bestimmten Situationen zu hohen eigenen Atemanstrengungen, die wiederum die Lunge schädigen können. Im Stand der Technik wird beschrieben, wie eine Atemmuskulatur stimuliert werden kann. Alle Muskeln können direkt durch Aktivierung der Muskelfasern oder der speisenden efferenten Nerven stimuliert werden. restriction) become exhausted and damaged (fatigue). In certain situations, some patients tend to make great efforts to breathe themselves, which in turn can damage the lungs. The prior art describes how respiratory muscles can be stimulated. All muscles can be stimulated directly by activating muscle fibers or the feeding efferent nerves.
Beispielsweise können die Muskelfasern des Zwerchfells direkt transkutan stimuliert werden. Alternativ kann der Nervus Phrenicus, der für die Kontraktion des Zwerchfells verantwortlich ist, stimuliert werden. In beiden Fällen kommt es zur Aktivierung der Muskulatur und zu einer Kontraktion. Diese Verfahren haben es zum Ziel, die Entwöhnung zu verbessern, den Abtransport von Sekret zu fördern und möglicherweise auch Beatmung oder Atem Unterstützung zu vermeiden. Hierbei ist anders als bei der Beatmung oder unterstützten Spontanatmung eine Verabreichung eines Atemgases nicht nötig. In der US 20170252558A1, wie auch in Cattapan, S. E. et. al: “Can diaphragmatic contractility be assessed by airway twitch pressure in mechanically ventilated patients?”, Thorax: 2003; wird ein Fluss- und Drucksensor verwendet, um die Atemarbeit des Patienten zu bestimmen und die Stimulation so anzupassen, dass ein Zielkorridor erreicht wird. Allerdings gibt es keine informationstechnische Verbindung zu einem Beatmungsgerät. Parameter der Atemmechanik müssen dem graphischen User-Interface des Ventilators entnommen und in dem separaten Stimulator manuell eingegeben werden. Weiterhin kann man sich bei herkömmlichen Beatmungsgeräten auf die aus pneumatischen Signalen berechneten, angezeigten Werte der Atemmechanik nicht verlassen, solange der Patient stark spontan atmet. D.h., das ermittelte Maß der Atemarbeit ist nur ein grober Schätzwert. For example, the muscle fibers of the diaphragm can be stimulated directly transcutaneously. Alternatively, the phrenic nerve, which is responsible for contracting the diaphragm, can be stimulated. In both cases, the muscles are activated and contracted. The aim of these procedures is to improve weaning, to promote evacuation of secretions and possibly also to avoid ventilation or respiratory support. In contrast to ventilation or assisted spontaneous breathing, it is not necessary to administer a breathing gas. In US 20170252558A1, as well as in Cattapan, S.E. et. al: "Can diaphragmatic contractility be assessed by airway twitch pressure in mechanically ventilated patients?", Thorax: 2003; a flow and pressure sensor is used to determine the patient's work of breathing and adjust stimulation to achieve a target corridor. However, there is no information technology connection to a ventilator. Respiratory mechanics parameters must be taken from the ventilator's graphical user interface and entered manually into the separate stimulator. Furthermore, with conventional ventilators one cannot rely on the displayed values of the respiratory mechanics calculated from pneumatic signals as long as the patient is breathing strongly spontaneously. This means that the measured amount of work of breathing is only a rough estimate.
Es ist demnach bislang kein Verfahren bekannt, das adäquat die Beatmung und die Stimulation besonders mit Blick auf die zu leistende Atemarbeit adjustieren und koordinieren kann. Dass Stimulation und Beatmung in ihrem grundlegenden Mechanismus koordiniert werden müssen, ist selbstverständlich und bekannt, beispielsweise aus WO2019154834, WO2019154837, W019154839, W02020079266, US2017/0252558A1. Es gibt bislang aber kein Verfahren, das den Grad der Unterstützung und der Stimulation vorgeben kann, z.B. abhängig von einem Therapieziel. Üblicherweise wird das für den Patienten notwendige Minutenvolumen sowie Schwellwerte und Grenzen der maschinellen Druckunterstützung (Trigger, Drücke, Frequenzen) eingestellt. Der zu leistende Anteil des Patienten kann dabei kaum festgelegt werden, da es bislang keine hinreichend präzise Möglichkeit zurAccordingly, no method is known to date that can adequately adjust and coordinate ventilation and stimulation, particularly with regard to the work of breathing to be performed. The fact that stimulation and ventilation have to be coordinated in their basic mechanism is self-evident and known, for example from WO2019154834, WO2019154837, WO19154839, WO2020079266, US2017/0252558A1. So far, however, there is no method that measures the degree of Support and stimulation can specify, for example, depending on a therapy goal. The minute volume required for the patient as well as threshold values and limits of the machine pressure support (trigger, pressure, frequency) are usually set. The part to be paid by the patient can hardly be determined, since there has not been a sufficiently precise way to date
Aufteilung der Atemarbeit zwischen Maschine und Patient gibt. Ein Verfahren, bei dem Atemmechanik-Parameter des verwendeten Beatmungsgerätes händisch übertragen und dann im Stimulator genutzt werden, ist praktisch nicht leistbar: Die Parameter ändern sich, z.B. nach Umlagerung des Patienten. Sie müssten also wiederholt eingegeben werden. Dazu sind sie sehr ungenau, solange im Beatmungsgerät nur pneumatische Signale für die Bestimmung der Parameter verwendet wurden. Wieviel der Patient tatsächlich leistet, ist also kaum bekannt, denn dafür wäre die Kenntnis des Beitrags des Patienten zum treibenden Druck (Pmus) oder Atemgasfluss (FlowMus) notwendig. Die DE 102019 006480 beschreibt die Schätzung dieser Atemarbeitsanteile mittels Elektromyographie der Atemmuskulatur. division of the work of breathing between the machine and the patient. A procedure in which the respiratory mechanics parameters of the ventilator used are manually transferred and then used in the stimulator is practically unaffordable: the parameters change, e.g. after the patient has been repositioned. They would therefore have to be entered repeatedly. In addition, they are very imprecise as long as only pneumatic signals were used in the ventilator to determine the parameters. Little is known about how much the patient actually performs, as this would require knowledge of the patient's contribution to the driving pressure (Pmus) or breathing gas flow (FlowMus). DE 102019 006480 describes the estimation of these respiratory work shares using electromyography of the respiratory muscles.
Bei Verfahren mit "Neurally Adjusted Ventilatory Assist” (NAVA), wie z. B. beschrieben in: Sinderby et al. ”ls one fixed level of assist sufficient to mechanically ventilate spontaneously breathing patients?”, Yearbook of intensive care and emergency medicine, 2007, wie auch Sinderby et al.: "Neural ontrol of mechanically Ventilation in respiratory failure”, Nature Medicine 1999; wird die elektrische Aktivität des Diaphragmas (EAdi) mittels einer modifizierten, mit Elektroden bestückten Magensonde registriert, um proportional zu dieser elektrischen Aktivität die Druckunterstützung des Ventilators zu regeln. For procedures with "Neurally Adjusted Ventilatory Assist" (NAVA), as described e.g. in: Sinderby et al. ”ls one fixed level of assist sufficient to mechanically ventilate spontaneously breathing patients?”, Yearbook of intensive care and emergency medicine, 2007, as well as Sinderby et al.: "Neural control of mechanically ventilation in respiratory failure", Nature Medicine 1999; the electrical activity of the diaphragm (EAdi) is recorded using a modified stomach tube equipped with electrodes in order to regulate the pressure support of the ventilator proportionally to this electrical activity.
Aus der US 7,021,310 B1 ist ein besonderes proportional unterstützendes NAVA- Verfahren unter Verwendung eines Signals für die elektrische Aktivität des Diaphragmas bekannt, dessen Besonderheit darin besteht, dass die für ein bestimmtes Atemvolumen benötigte elektrische Aktivität des Diaphragmas (die sogenannte neuroventilatorische Effizienz) mittels einer ”closed-loop”-Regelung konstant gehalten werden soll. From US Pat. No. 7,021,310 B1, a special, proportionally supporting NAVA method using a signal for the electrical activity of the diaphragm is known, the special feature of which is that the electrical activity of the diaphragm required for a specific respiratory volume (the so-called neuroventilatory efficiency) is determined by means of a " closed-loop” control should be kept constant.
Aus der US 2009 159082 AA, bzw. DE 102007062214 B3 - auf deren Ausführungen in Beschreibung dieser Anmeldung ausdrücklich auch hinsichtlich der Offenbarung zu Begriffen wie „Muskulatur“, „Atemmuskulatur“ „muskulärer Atemwegsdruck“,From US 2009 159082 AA, or DE 102007062214 B3 - on their explanations in the description of this application also expressly with regard to the disclosure of terms such as "musculature", "respiratory muscles", "muscular airway pressure",
„Atemmuskeldruck“ „Parameter Pmus“, „Druckparameter Pmus“, „Druckparameter oder Parameter Pmus, welcher einen Druck indiziert, welcher durch eine muskuläre Atemanstrengung eines Patienten verursacht worden ist“ ein Bezug genommen werden soll- ergeben sich Varianten, wie der Druckparameter Pmus, bzw. der „muskuläre Atemwegsdruck“ oder Atemmuskeldruck Pmus , pmus(t) beispielsweise ermittelt werden kann. Der Atemmuskeldruck pmus(t) kann beispielsweise auf folgende Weise bestimmt werden: a) Berechnung aus Messwerten für Atemwegsdruck, Volumenstrom Flow(t), woraus sich durch Integration auch das Atemvolumen Vol(t) ergibt, sowie den lungenmechanischen Parametern R (Resistance) und E (Elastance). b) Bestimmung durch Gleichsetzung mit dem, während einer Okklusion gemessenen negativen Atemwegsdruck -Pokkl(t), wobei die lungenmechanischen Parameter R und E entweder auch berechnet werden oder vorgegeben sind. c) Bestimmung mittels eines Ösophagus-Katheters, welcher mit Drucksensoren zur Messung des intrathorakalen Drucks Pes(t) ausgestattet ist. Der Ösophagus-Katheters kann optional zur Messung des abdominalen Drucks Pabd(t) ausgestattet sein und verwendet werden. d) Bestimmung mittels einer Anordnung von Oberflächenelektroden oder Sensoren, welche am Thorax angeordnet elektromyografisch oder mechanomyographisch elektrische Signale liefern, die mittels geeigneter Zuordnungsvorschriften, Tabellen , Funktionen oder Konvertierungsparameter, beispielsweise der sogenannten „neuromechanical efficiency“ , bzw. „neuromuscular efficiency“ (NME) zum Atemmuskeldruck Pmus(t), bzw. mittels der sogenannten „neuroventilatory efficiency“ (NVE) entsprechend auch zu einem Volumen Vmus(t) in Beziehung gesetzt werden können. e) Bestimmung mittels einer mit Elektroden bestückten Magensonde, welche elektrische Signale liefern, die mittels geeigneter Zuordnungsvorschriften, Tabellen, Funktionen oder Konvertierungsparameter zum Atemmuskeldruck Pmus(t) in Beziehung gesetzt werden können. Die in a) bis e) angeführten Varianten der Bestimmung von Pmus(t), bzw. Pmus und die entsprechend zu deren Umsetzung in einer Vorrichtung, einem System oder Verfahren erforderlichen weiteren Komponenten, wie Sensoren, Elektroden, Oberflächenelektroden, Drucksensoren, Durchflusssensoren, Magensonde, Ösophagus-Katheter ergeben sich jeweils entsprechend der Variante. Das Atemaktivitätssignal uemg(t) kann mittels einer vorbestimmten Transformationsvorschrift einer Transformation in ein Drucksignal pemg(uemg(t)) unterzogen werden. Die Transformationsvorschrift kann durch lineare oder nichtlineare Regression zwischen Uemg(t) und Pmus(t) ermittelt werden oder auch mit anderen Verfahrensweisen, wie z. B. mit neuronalen Netzen, maschinellem Lernen, oder einfacher Skalierung+. Beispielhaft kann zur Bestimmung der Regressionskoeffizienten für die gesuchte Transformationsvorschrift folgende lineare Regressionsgleichung "Respiratory muscle pressure""ParameterPmus","Pressure parameter Pmus", "Pressure parameter or parameter Pmus, which indicates a pressure which is caused by a muscular respiratory effort of a patient has been caused" a reference is to be made - there are variants of how the pressure parameter Pmus, or the "muscular airway pressure" or respiratory muscle pressure Pmus, pmus (t) can be determined, for example. The respiratory muscle pressure p mus (t) can be determined, for example, in the following way: a) Calculation from measured values for airway pressure, volume flow Flow(t), from which the tidal volume Vol(t) results through integration, as well as the pulmonary mechanical parameters R (resistance) and E (elastance). b) Determination by equating with the negative airway pressure -P okkl (t) measured during an occlusion, with the pulmonary mechanical parameters R and E either also being calculated or being predetermined. c) Determination by means of an esophagus catheter, which is equipped with pressure sensors for measuring the intrathoracic pressure Pes(t). The esophageal catheter can optionally be equipped and used to measure the abdominal pressure Pabd(t). d) Determination by means of an arrangement of surface electrodes or sensors, which are arranged on the thorax and deliver electromyographic or mechanomyographic electrical signals, which, using suitable assignment rules, tables, functions or conversion parameters, for example the so-called "neuromechanical efficiency" or "neuromuscular efficiency" (NME) to the respiratory muscle pressure P mus (t), or by means of the so-called "neuroventilatory efficiency" (NVE) can also be related to a volume V mus (t). e) Determination by means of a gastric probe equipped with electrodes, which supply electrical signals which can be related to the respiratory muscle pressure Pmus (t) by means of suitable assignment specifications, tables, functions or conversion parameters. The variants of the determination of Pmus (t) or Pmus listed in a) to e) and the other components required for their implementation in a device, system or method, such as sensors, electrodes, surface electrodes, pressure sensors, flow sensors, Stomach tube, esophagus catheter each arise according to the variant. The respiratory activity signal u emg (t) can be subjected to a transformation into a pressure signal p emg (u emg (t)) by means of a predetermined transformation rule. The transformation rule can be determined by linear or non-linear regression between U emg (t) and P mus (t) are determined or with other procedures, such as. B. with neural networks, machine learning, or simple scaling+. The following linear regression equation can be used as an example to determine the regression coefficients for the transformation rule sought
Pmus(t) = a0 + a1*Uemg(t) + a2*U2 emg(t) + a3*u3 emg(t) + (t) dienen womit schließlich ein transformierte pemg(t)-Signal für die weitere Verwendung, beispielsweise zur Beatmungssteuerung und/ oder zur Stimulation vorliegt. P mus (t) = a 0 + a 1 *U emg (t) + a2*U 2 emg (t) + a3*u 3 emg (t) + (t) are used, with which finally a transformed p emg (t)- Signal for further use, for example for ventilation control and/or for stimulation.
Davon ausgehend ergeben sich die Aufgaben, wozu Lösungen und Konzepte durch die Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Proceeding from this, the tasks arise for which solutions and concepts are provided by the aspects of the present invention.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für eine Diagnostik in einem Therapieverfahren bereitzustellen. Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide an improved concept for diagnostics in a therapy method.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Konzept für Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung bereitzustellen. A further object is to provide an improved concept for supporting a patient during ventilation.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Konzept für eine Atem Unterstützung eines Patienten zu schaffen. A further object is to create an improved concept for respiratory support for a patient.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Konzept für eine stimulative Beatmungsunterstützung eines Patienten zu schaffen. A further object is to create an improved concept for stimulative ventilation support for a patient.
Diese und weitere Aufgaben werden gelöst gemäß den Gegenständen der anhängigen unabhängigen Ansprüche. This and other objects are solved according to the subject-matters of the dependent independent claims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The object is achieved in particular by a device having the features of patent claim 1.
Die Aufgaben werden weiterhin gelöst durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 14, 27, 40. The objects are further achieved by devices with the features of patent claims 14, 27, 40.
Diese Ausgaben werden weiterhin gelöst durch Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 53, 54, 55, 56. Diese Ausgaben werden weiterhin gelöst durch Computerprogramme mit den Merkmalen des Patenanspruchs 57. These issues are further solved by methods having the features of claims 53, 54, 55, 56. These issues are further solved by computer programs with the features of patent claim 57.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Im Folgenden werden folgende Bezeichnungen verwendet, wobei die nachfolgenden Variablen zeitlich veränderlich sind, wie in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt: The following designations are used below, with the following variables changing over time, as shown in Table 1 below:
Die vorliegende Beschreibung verwendet folgende Begriffe und Begriffsdefinitionen: (Muskuläre) Atemanstrengung: Der Begriff wird im generischen Sinne verwendet. Er bezeichnet die muskuläre Anstrengung des Patienten, einen Atemmuskeldruck zu generieren, um einen Atemwegsfluss zu erzielen. Wird während der Atemanstrengung okkludiert, d.h., der Atemwegsfluss durch Blockade unterbrochen, dann wird zwar ein Atemmuskeldruck erzeugt (den man bei offenen Atemwegen als „mouth pressure“ (Druck im Mundbereich) messen kann), aber es stellt sich kein Atemwegsfluss ein. Es handelt sich dabei um eine isometrische Kontraktion der Atemmuskulatur. Der Atemanstrengung entspricht immer eine physiologische Arbeit, die aber nicht direkt messbar ist. Eine dagegen messbare physikalische Arbeit wird nur geleistet, wenn die Kontraktion nicht isometrisch ist, d.h., wenn ein Atemwegsfluss generiert wird. The present description uses the following terms and definitions of terms: (Muscular) breathing effort: The term is used in a generic sense. It describes the patient's muscular effort to generate respiratory muscle pressure in order to achieve airway flow. If the respiratory effort is occluded, ie the airway flow is interrupted by a blockage, then there is a respiratory muscle pressure generated (which can be measured as "mouth pressure" when the airways are open), but no airway flow occurs. It is an isometric contraction of the respiratory muscles. The respiratory effort always corresponds to a physiological work, which cannot be measured directly. On the other hand, measurable physical work is only done when the contraction is not isometric, ie when an airway flow is generated.
Atemunterstützung: Breathing support:
Die Atem Unterstützung ist ein ventilatorisches Pendant zur muskulären Atemanstrengung. Das Beatmungsgerät unterstützt die (durch Triggerung) detektierte Atemanstrengung des Patienten synchron mit einem Unterstützungshub. Der Patient legt also den Atemrhythmus fest. Es kann sich um eine druckkontrollierte Unterstützung (der Atemwegsdruck wird festgelegt) oder - seltener - um eine volumenkontrollierte Unterstützung (das Atemzugvolumen wird festgelegt) handeln. In allen Fällen wird vom Beatmungsgerät eine physikalische Arbeit geleistet, d.h., dem Patienten wird ein Teil der insgesamt zu leistenden Atemarbeit abgenommen. Breathing support is a ventilatory counterpart to muscular breathing effort. The ventilator supports the patient's detected (triggered) respiratory effort synchronously with a support stroke. The patient determines the breathing rhythm. It can be pressure-controlled support (airway pressure is set) or, more rarely, volume-controlled support (tidal volume is set). In all cases, the ventilator performs physical work, i.e. part of the total work of breathing to be performed is relieved of the patient.
(Mandatorische) Beatmung: (Mandatory) ventilation:
Bei der mandatorischen Beatmung wird dem Patienten die ganze Atemarbeit abgenommen. Der Atemrhythmus wird von der Maschine bestimmt. Normalerweise ist der Patient während der mandatorischen Beatmung passiv, sodass es zu keinem Konflikt zwischen Mensch/Patient und Maschine kommt. Die Passivität des Patienten wird häufig durch Gabe von Sedativa und Relaxantien erwirkt. WOB - Atemarbeit: With mandatory ventilation, the patient does all the work of breathing. The breathing rhythm is determined by the machine. Normally, the patient is passive during mandatory ventilation, so there is no conflict between human/patient and machine. The patient's passivity is often achieved by administering sedatives and relaxants. WOB - Breathwork:
Dies ist die physiologische oder physikalische Arbeit, die für die Atmung oder/und Beatmung geleistet wird. Bei isometrischer Kontraktion wird im Sinne der Bewegungsgleichung, wie im weiteren Verlauf der Beschreibung nachfolgend dargelegt, zwar keine physikalische Arbeit geleistet. Allerdings können andere Definitionen von Arbeit herangezogen werden, z.B. das sog. Pressure-Time-Produkt (Zeitintegral). This is the physiological or physical work done for breathing and/or ventilation. In the case of isometric contraction, no physical work is performed in the sense of the equation of motion, as explained below in the further course of the description. However, other definitions of work can be used, e.g. the so-called pressure-time product (time integral).
WOBtot - Gesamte Atemarbeit: WOBtot - Total work of breathing:
Dies ist die gesamte physiologische oder physikalische Arbeit, die für die Atmung oder/und Beatmung geleistet wird. WOBvent - Maschinen-/Ventilator-seitige Atemarbeit: This is the entire physiological or physical work done for breathing and/or ventilation. WOBvent - machine/fan-side work of breathing:
Dies ist der Anteil der Atemarbeit, der vom Ventilator geleistet wird. This is the portion of the work of breathing done by the ventilator.
WOBmus - Patientenseitige (muskuläre) Atemarbeit: WOBmus - patient-side (muscular) work of breathing:
Dies ist der Anteil der Atemarbeit, der allein vom Patienten geleistet wird, sowohl mit als auch ohne Stimulation der Muskulatur. This is the portion of the work of breathing performed by the patient alone, both with and without muscle stimulation.
WOBspon - Spontane (patientenseitige) Atemarbeit: WOBspon - Spontaneous (patient-side) work of breathing:
Dies ist die durch spontane Eigenatmung des Patienten geleistete Atemarbeit. Die Muskulatur wird dabei nicht stimuliert. This is the work of breathing done by the patient's spontaneous breathing. The muscles are not stimulated.
WOBstim - Stimulierte (patientenseitige) Atemarbeit: WOBstim - Stimulated (patient-side) work of breathing:
Dies ist die durch Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten geleistete Atemarbeit. This is the work of breathing done by stimulating the patient's respiratory muscles.
Pdrv - Treibender Druck: Pdrv - Driving Pressure:
Pdrv ist die Summe der Drücke, die vom Beatmungsgerät und vom Patienten aufgebracht werden. Pdrv is the sum of the pressures applied by the ventilator and the patient.
Pvent - Beatmunqsdruck: Pvent - ventilation pressure:
Pvent ist der Druck, der vom Beatmungsgerät aufgebracht wird. Pvent is the pressure applied by the ventilator.
Pmus - Muskeldruck: Pmus - muscle pressure:
Pmus ist der Druck, der allein von der Muskulatur des Patienten aufgebracht wird, sowohl mit als auch ohne Stimulation der Muskulatur. Pmus is the pressure exerted by the patient's muscles alone, both with and without muscle stimulation.
Pspon - Spontaner Muskeldruck: Pspon - Spontaneous Muscle Pressure:
Pspon ist der Anteil des Muskeldrucks, der spontan, d.h. ohne Stimulation, vom Patienten aufgebracht wird. Pspon is the proportion of muscle pressure that is applied spontaneously, i.e. without stimulation, by the patient.
Pstim - Stimulierter Muskeldruck: Pstim - Stimulated Muscle Pressure:
Pstim ist der Anteil des Muskeldrucks, der allein aufgrund der Stimulation der Muskulatur vom Patienten aufgebracht wird. Pstim is the proportion of muscle pressure that is exerted by the patient solely due to the stimulation of the muscles.
WOBbase bzw. PmusBase - Atemgrundlast: WOBbase or PmusBase - basic respiratory load:
Die Atemgrundlast lässt sich mit der Atemarbeit oder dem treibenden Druck gleichsetzen, der nötig ist, um die resistiven, elastischen und ggf. anderen Widerstände zu überwinden und ein ausreichendes Volumen (z.B. das vom klinischen Personal eingestellte Minutenvolumen) bei einem gesunden Atemmuster zu erreichen. Als Atemmuster wird vorzugsweise ein energieoptimiertes Muster vorausgesetzt. The basic respiratory load can be equated with the work of breathing or the driving pressure that is necessary to overcome the resistive, elastic and possibly other resistances and a sufficient volume (e.g. that of clinical staff set minute volume) with a healthy breathing pattern. An energy-optimized pattern is preferably assumed as the breathing pattern.
Die Atemarbeit bzw. der treibende Druck kann patientenseitig oder/und maschinenseitig aufgebracht werden. Letzteres wäre bei einer (mandatorischen) Beatmung der Fall. The work of breathing or the driving pressure can be applied by the patient and/or the machine. The latter would be the case with (mandatory) ventilation.
Atemlast: respiratory load:
Die Atemlast kann durch Erfassung der Atemarbeit oder des treibenden Drucks bestimmt werden, die/der für die Ventilation wirklich anfällt. Die Atemlast ist normalerweise höher als die Atemgrundlast, da der Atemrhythmus des Patienten nicht energieoptimiert ist, der Patient z.B. aufgrund von Lufthunger ein höheres Volumen anstrebt als nötig oder eine Asynchronie zwischen Patient und Beatmungsgerät vorliegt. Im Falle einer Atemunterstützung übernimmt das Beatmungsgerät einen Teil der Atemlast. The respiratory load can be determined by recording the work of breathing or the driving pressure that is actually required for ventilation. The respiratory load is normally higher than the basic respiratory load because the patient's breathing rhythm is not energy-optimized, the patient is aiming for a higher volume than necessary due to hunger for air, for example, or there is asynchrony between the patient and the ventilator. In the case of respiratory support, the ventilator takes over part of the respiratory load.
Aktivierunqssiqnal: Activation signal:
Dies ist ein Signal, das die neuronale Aktivierung des Muskels erfasst (ob durch Stimulation oder spontane Atemanstrengung hervorgerufen), bspw. das (s)EMG (Surface electro-myogram), EIM (Elektro-impedance-myogram), MMG (Mechano- myogram). Alternativ kommen auch Signale in Frage, die mittels neuartiger optischer oder akustischer (z.B. Ultraschall-) Technologie erfasst werden. Im Folgenden wird ohne andere Signale auszuschließen, die Hüllkurve des EMG als Aktivierungssignal verwendet (der Einfachheit halber mit „EMG“ bezeichnet). Damit soll nicht ausgeschlossen werden, dass es unterschiedliche Aktivierungssignale von verschiedenen Muskelgruppen (z.B. Zwerchfell und Interkostalmuskulatur) gibt, die jeweils ein eigenes Aktivierungssignal liefern. Im Kontext der Stimulation des Zwerchfells (bspw. durch Magnetstimulation des Nervus Phrenicus) steht das Zwerchfellaktivierungssignal im Vordergrund. Aktivierbarkeit: This is a signal that captures the neuronal activation of the muscle (whether evoked by stimulation or spontaneous respiratory effort), e.g. the (s)EMG (Surface electro-myogram), EIM (Electro-impedance-myogram), MMG (Mechanomyogram ). Alternatively, signals can also be used that are detected using innovative optical or acoustic (e.g. ultrasonic) technology. In the following, without excluding other signals, the envelope of the EMG is used as the activation signal (referred to as “EMG” for the sake of simplicity). This is not to exclude the possibility that there are different activation signals from different muscle groups (e.g. diaphragm and intercostal muscles), each of which provides its own activation signal. In the context of the stimulation of the diaphragm (e.g. by magnetic stimulation of the phrenic nerve), the diaphragm activation signal is in the foreground. Activability:
Dies ist die Fähigkeit, die Muskulatur bspw. durch elektrische oder magnetische Stimulation elektrisch zu erregen (aktivieren). Die Aktivierung wird vorzugsweise von einer sog. magnetischen Twitch-Stimulation hervorgerufen, einem transienten Stimulationsimpuls mit hoher Intensität, der zu einer maximalen Kontraktion des stimulierten Muskels führt [E11] Auch andere Stimulationsmuster wären denkbar. Die Aktivierung kann mittels eines Aktivierungssignals erfasst werden, vorzugsweise mit EMG. Wirksamkeit: This is the ability to electrically excite (activate) the muscles, e.g. through electrical or magnetic stimulation. The activation is preferably caused by a so-called magnetic twitch stimulation, a transient stimulation impulse with high intensity, which leads to a maximum contraction of the stimulated muscle [E11]. Other stimulation patterns would also be conceivable. The activation can be detected by means of an activation signal, preferably with EMG. Effectiveness:
Die Wirksamkeit ist eine pneumatische Zielgröße (Druck oder Volumen), die durch eine muskuläre Aktivierung erreicht wird. Die „neuromechanical efficiency“ (oder „neuromuscular efficiency“) NME setzt den erbrachten Muskeldruck [E18, E21], die „neuroventilatory efficiency“ NVE das erbrachte Volumen zum EMG in Beziehung [E22] Die Bestimmung der Wrksamkeit erfordert häufig Manöver, z.B. Okklusionen oder Änderungen der Atemunterstützung. We in [E22] dargelegt, haben die Werte eine diagnostische Bedeutung, z.B. bei der Bewertung des Fortschritts der Entwöhnung vom Beatmungsgerät. Efficacy is a pneumatic target (pressure or volume) that is achieved through muscular activation. The "neuromechanical efficiency" (or "neuromuscular efficiency") NME relates the generated muscle pressure [E18, E21], the "neuroventilatory efficiency" NVE the generated volume to the EMG [E22] Determining the effectiveness often requires maneuvers, e.g. occlusions or Changes in respiratory support. As explained in [E22], the values have a diagnostic meaning, e.g. in evaluating the progress of weaning from the ventilator.
Maximal erbringbare Atemanstrengung: Maximum attainable respiratory effort:
Diese entspricht der Atemarbeit WOBmusMax, dem Volumen VolMusMax oder dem Muskeldruck PmusMax, die/das/der durch maximale Anstrengung der Atemmuskulatur erreichbar ist. PmusMax ist am ehesten standardisiert messbar. So wird in der Literatur oft der Wert Plmax als Maß für den max. erreichbaren Muskeldruck genutzt, also der während einer Inspiration erzeugte maximale Druck bei Mundverschluss. Da die willentliche Kontraktion des Zwerchfells zu unzuverlässigen Ergebnissen führt, wird neuerdings zur Auslösung der Kontraktion häufig eine sog. (üblicherweise magnetische) Twitch-Stimulation verwendet, die unabhängig von der Kooperationsfähigkeit des Patienten durchführbar ist. Normalerweise wird der PmusMax über einen Ösophagusdruckkatheter erfasst, aber der einfacher messbare Mundverschlussdruck hat sich als ebenfalls aussagekräftig erwiesen [E23] Eine Triggerung der Stimulation ist dabei vorteilhaft [E11] This corresponds to the work of breathing WOBmusMax, the volume VolMusMax or the muscle pressure PmusMax, which can be achieved through maximum exertion of the respiratory muscles. PmusMax is most likely to be measured in a standardized way. In the literature, the Plmax value is often used as a measure of the maximum muscle pressure that can be achieved, i.e. the maximum pressure generated during inspiration when the mouth is closed. Since the voluntary contraction of the diaphragm leads to unreliable results, so-called (usually magnetic) twitch stimulation, which can be carried out independently of the patient's ability to cooperate, has recently been used to trigger the contraction. Normally, the PmusMax is recorded via an esophageal pressure catheter, but the more easily measured mouth closure pressure has also proven to be meaningful [E23]. Triggering the stimulation is advantageous here [E11].
LI - Belastung (Load Index): LI - Load (Load Index):
Dieser ist ein Maß, das von dem Verhältnis aus erbrachter Atemarbeit zu maximal erbringbarer Atemarbeit abhängig ist, wobei statt „Arbeit“ auch der Muskeldruck oder ein anderes Maß verwendet werden kann. Für den Muskeldruck kann die Belastung definiert werden als: This is a measure that depends on the ratio of the work of breathing performed to the maximum work of breathing that can be achieved, whereby muscle pressure or another measure can also be used instead of "work". For muscle pressure, the load can be defined as:
LI Pmus / PmusMax LBC - Belastbarkeit (Load Bearing Capacity): LI Pmus / PmusMax LBC - Load Bearing Capacity:
Dies ist die Fähigkeit der Muskulatur, durch Kontraktion eine bestimmte Kraft oder - im Fall der Atemmuskulatur - Druck zu entfalten und damit Arbeit leisten zu können. Zur Quantifizierung der Belastbarkeit wird der von der Muskulatur entfaltete Muskeldruck/Atemarbeit gerne zum maximal erbringbaren Muskeldruck/Atemarbeit in Bezug gesetzt. So kann die Belastbarkeit quantitativ abhängig von dem Verhältnis aus der Atemgrundlast zur maximal erbringbaren Atemanstrengung bestimmt werden. Wenn die Atemgrundlast einen bestimmten Teil der maximal erbringbaren Atemanstrengung überschreitet, ist die Belastbarkeit für ausschließliche Spontanatmung nicht mehr gegeben und eine Beatmung zwingend. This is the ability of the muscles to develop a certain force or - in the case of the respiratory muscles - pressure through contraction and thus to be able to do work. To the When quantifying the resilience, the muscle pressure/breathing work developed by the muscles is often related to the maximum muscle pressure/breathing work that can be achieved. In this way, the resilience can be determined quantitatively depending on the ratio of the basic respiratory load to the maximum respiratory effort that can be achieved. If the basic respiratory load exceeds a certain part of the maximum respiratory effort that can be achieved, the resilience for exclusive spontaneous breathing is no longer given and ventilation is mandatory.
Für den Muskeldruck kann die Belastbarkeit definiert werden als: For muscle pressure, exercise capacity can be defined as:
LBC = 1 - PmusBase / PmuxMax LBC = 1 - PmusBase / PmuxMax
Erschöpfung: Exhaustion:
Diese tritt nach einiger Zeit ein, wenn die Belastbarkeit der Atemmuskulatur so gering ist, dass der vom Patienten erbrachte Anteil der Atemlast einen bestimmten Teil der maximal erbringbaren Atemanstrengung überschreitet, z.B. 50%. This occurs after some time when the resilience of the respiratory muscles is so low that the proportion of the respiratory load provided by the patient exceeds a certain part of the maximum respiratory effort that can be achieved, e.g. 50%.
Erschöpfunqsqrad: Fatigue Rank:
Der Grad der Erschöpfung hängt mit der Belastbarkeit, der Atemanstrengung und deren Zeitdauer zusammen, kann aber nicht ausschließlich und direkt daraus berechnet werden. Allerdings gibt es Maßzahlen, die bspw. aus dem Elektromyogramm der Muskulatur berechnet und als Surrogat für den Erschöpfungsgrad verwendet werden können [E19, E20] The degree of exhaustion is related to the exercise capacity, the respiratory effort and its duration, but cannot be calculated exclusively and directly from this. However, there are parameters that can be calculated, for example, from the electromyogram of the muscles and used as a surrogate for the degree of exhaustion [E19, E20].
Die Zusammenhänge der relevanten Größen können auch über Formeln beschreiben werden, von denen nachfolgend einige dargestellt werden. Die Atemarbeit lässt sich als Integral des entsprechenden Drucks über das Volumen berechnen, z.B. für die gesamte Atemarbeit: The relationships between the relevant variables can also be described using formulas, some of which are presented below. The work of breathing can be calculated as the integral of the corresponding pressure over the volume, e.g. for the total work of breathing:
WOBtot = ʃ Pdrv(t) dV = ʃ Pdrv(t) Flow(t) dt WOBtot = ʃ Pdrv(t) dV = ʃ Pdrv(t) Flow(t) dt
Alternativ (besonders für den Fall isometrischer Last) kann das Pressure-Time-Produkt herangezogen werden: Alternatively (especially in the case of isometric loads), the pressure-time product can be used:
WOBtot ~= ʃ P drv(t) dt WOBtot ~= ʃ P drv(t) dt
Der treibende Druck teilt sich - analog zur Atemarbeit - in die verschiedenen Anteile auf: Pdrv = Pvent + Pmus = Pvent + Pspon + Pstim The driving pressure is divided into the different parts - analogous to the work of breathing -: Pdrv = Pvent + Pmus = Pvent + Pspon + Pstim
WOBtot = WOBvent + WOBmus = WOBvent + WOBspon + WOBstim Der Flow bzw. das Volumen lässt sich analog zur Atemarbeit rechnerisch ebenfalls in die verschiedenen Anteile aufteilen: WOBtot = WOBvent + WOBmus = WOBvent + WOBspon + WOBstim The flow or the volume can also be mathematically divided into the different parts, analogous to the work of breathing:
Flow = FlowVent + FlowMus = FlowVent + FlowSpon + FlowStim, bzw.: Vol = VolVent + VolMus = VolVent + VolSpon + VolStim Flow = FlowVent + FlowMus = FlowVent + FlowSpon + FlowStim, or: Vol = VolVent + VolMus = VolVent + VolSpon + VolStim
Für die grundlegende Bewegungsgleichung am Atemkreis gilt: The basic equation of motion for the breathing circle is:
Pdrv = Pvent + Pmus = R · Flow + E · Vol + const wobei mit R und E=1/C die atemmechanischen Parameter Resistance und Elastance (der Kehrwert der Compliance) des Patienten gemeint sind. Die Gleichung gilt unter der Annahme, dass das respiratorische System des Patienten als einfaches RC-Glied beschreibbar ist. Wenn der Flow bzw. das Volumen (wie oben beschrieben) jeweils als Summe der Anteile des Beatmungsgeräts und des Patienten definiert werden, ergibt sich für Pvent und Pmus: Pdrv = Pvent + Pmus = R Flow + E Vol + const where R and E=1/C mean the patient's resistance and elastance (the reciprocal value of compliance) parameters of respiratory mechanics. The equation applies under the assumption that the patient's respiratory system can be described as a simple RC element. If the flow and volume (as described above) are respectively defined as the sum of the ventilator and patient proportions, the result for Pvent and Pmus is:
Pvent = R · FlowVent + E · VolVent + const, und Pvent = R * FlowVent + E * VolVent + const, and
Pmus = R · FlowMus + E · VolMus + const. Die Atemarbeit des Beatmungsgeräts und die des Patienten lässt sich so berechnen: WOBvent = ʃ P vent · Flow dt = ʃ Pdrv · FlowVent dt, Pmus = R * FlowMus + E * VolMus + const. The work of breathing of the ventilator and that of the patient can be calculated as follows: WOBvent = ʃ P vent Flow dt = ʃ Pdrv FlowVent dt,
WOBmus = ʃ P mus · Flow dt = ʃ Pdrv · FlowMus dt WOBmus = ʃPmus Flow dt = ʃPdrv FlowMus dt
Dass es jeweils zwei Möglichkeiten gibt, leitet sich aus der Bewegungsgleichung (s.o.) ab und lässt sich durch Einsetzen in die Integrale beweisen. In einer vereinfachten Annahme kann Pmus proportional zum EMG-Signal angenommen werden: The fact that there are two possibilities in each case is derived from the equation of motion (see above) and can be proved by inserting them into the integrals. In a simplified assumption, Pmus can be assumed to be proportional to the EMG signal:
Pmus = NME · EMG oder bspw. als Linearkombination der EMG-Signale zweier Muskelgruppen: Pmus = NME1 · EMG1 + NME2 · EMG2 wobei NME, NME1 und NME2 die neuromechanische Effizienz der jeweiligen Muskelgruppe darstellt. Damit verändert sich die Bewegungsgleichung: Pmus = NME · EMG or, for example, as a linear combination of the EMG signals of two muscle groups: Pmus = NME1 · EMG1 + NME2 · EMG2 where NME, NME1 and NME2 represent the neuromechanical efficiency of the respective muscle group. This changes the equation of motion:
Pvent + Pmus = R · Flow + E · Vol + const zu: Pvent + Pmus = R Flow + E Vol + const to:
Pvent R · Flow + E · Vol + const- NME EMG Wie die NME bestimmbar ist, ist beispielsweise bereits in DE 102007062214B3, WO 2018 143844 A, DE 102019006480A1, DE 102019006480A1, DE 102020000014 A1 dargelegt [E17, E18, E14, E15, E16] Die Muskelaktivierung ist die Summe aus der spontanen und der durch Stimulation ausgelösten Aktivität: EMG = EMGspon + EMGstim, wobei angenommen wird, dass die Amplitude der durch Stimulation ausgelösten Aktivität mit der Aktivierbarkeit k und der Amplitude der Stimulationsintensität lstim^ multiplikativ zusammenhängt: EMGstim^ = k · lstim^ Pvent R Flow + E Vol + const- NME EMG DE 102007062214B3, WO 2018 143844 A, DE 102019006480A1, DE 102019006480A1, DE 102020000014 A1, for example, already set out how the NME can be determined [E17, E18, E14, E15, E16]. Stimulation-elicited activity: EMG = EMGspon + EMGstim, assuming that the amplitude of the stimulation-elicited activity is multiplicatively related to the activatability k and the amplitude of the stimulation intensity lstim ^ : EMGstim ^ = k * lstim ^
Der skalare Zusammenhang ist dann anwendbar, wenn Maße für Stimulationsintensität und Aktivierung für größere Zeitbereiche, z.B. ganze Atemzüge, gelten. Nun erfolgt die Stimulation jedoch typischerweise als Sequenz von gewichteten Impulsen mit einem Abstand von 20-100ms entsprechend 10-50Hz (vorzugsweise 40-50ms entsprechend 20-25Hz). Jeder einzelne Impuls (Twitch) löst eine einzelne Aktivierung aus, aber erst nach der gesamten Impuls-Sequenz ergibt sich die atemzugähnliche Form des Aktivierungssignals. Das heißt, der Zeitverlauf der ausgelösten Aktivität EMGstim(t) unterscheidet sich deutlich vom Zeitverlauf der Stimulationsintensität Istim(t). Die Aktivierbarkeit kann nur bei zeitlich gemittelten Größen als einfache Konstante (oder Kennlinie) dargestellt werden. Für das Zeitverhalten ist eine kernelbasierte Schätzung möglich, z.B. mit der einfachen Annahme: The scalar relationship is applicable when measures of stimulation intensity and activation are valid for larger time ranges, e.g. whole breaths. Now, however, stimulation typically occurs as a sequence of weighted pulses spaced 20-100ms corresponding to 10-50Hz (preferably 40-50ms corresponding to 20-25Hz). Each individual impulse (twitch) triggers a single activation, but only after the entire impulse sequence does the breath-like form of the activation signal result. This means that the time course of the triggered activity EMGstim(t) differs significantly from the time course of the stimulation intensity Istim(t). The activatability can only be represented as a simple constant (or characteristic curve) for variables that are averaged over time. A kernel-based estimation is possible for the timing behavior, e.g. with the simple assumption:
EMGstim(t) = Istim(t) * k(t) wobei * das Faltungssymbol und k(t) den zu schätzenden Kern der ModellierungEMGstim(t) = Istim(t) * k(t) where * is the convolution symbol and k(t) is the core of the modeling to be estimated
(Kernel) der Aktivierbarkeit darstellt. Gleichanteile (Offsets) der Aktivierung im Sinne einer tonischen Muskelanspannung werden hier vernachlässigt. Üblicherweise ist Istim(t) eine Sequenz von transienten Stimulationsimpulsen. k(t) entspricht dann der Impulsantwort der Aktivierung auf einen Stimulationsimpuls der Intensität Istim(t). Es gibt viele Verfahren zur Schätzung des Kernels k(t), z.B. Methoden der(Kernel) of activability. Equal parts (offsets) of activation in terms of tonic muscle tension are neglected here. Typically Istim(t) is a sequence of transient stimulation pulses. k(t) then corresponds to the impulse response of activation to a stimulation impulse of intensity Istim(t). There are many methods for estimating the kernel k(t), e.g
Systemidentifikation, stimulusabhängige Mittelung (bspw. analog zu Peri-Stimulus- Time-Histogramm) oder Least-Squares-Schätzverfahren. System identification, stimulus-dependent averaging (e.g. analogous to peri-stimulus time histogram) or least squares estimation method.
In der Gleichung: In the equation:
EMG = EMGspon + Istim(t) * k(t) wird EMGspon als Fehlersignal angenommen, welches durch Anpassung des Kernels minimiert wird. Schließlich ist so auch die Spontanaktivität EMGspon bestimmbar, sodass alle Faktoren der Bewegungsgleichung: EMG = EMGspon + Istim(t) * k(t) EMGspon is assumed to be an error signal, which is minimized by adapting the kernel. Finally, the spontaneous activity EMGspon can also be determined in this way, so that all factors of the equation of motion:
Pvent(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const- NME · [EMGspon(t) + k(t) * Istim(t)] bekannt sind. Damit können die Anteile an der gesamten Atemarbeit und dem treibenden Druck bestimmt und zur Steuerung der Beatmung und Stimulation verwendet werden. Statt die Abtastwerte des Kernels zu schätzen, kann auch eine parametrische Schätzung erfolgen. So könnte der Kernel als Systemimpulsantwort aufgefasst und dessen Parameter identifiziert werden. Pvent(t) = R Flow(t) + E Vol(t) + const- NME [EMGspon(t) + k(t) * Istim(t)] are known. In this way, the proportions of the total work of breathing and the driving pressure can be determined and used to control ventilation and stimulation. Instead of estimating the kernel samples, a parametric estimation can also be used. In this way, the kernel could be understood as a system impulse response and its parameters identified.
Für die Aktivierung von bspw. zwei Muskelgruppen ggf. mittels Stimulation gilt entsprechend: The following applies to the activation of, for example, two muscle groups, if necessary by means of stimulation:
EMG = EMG1 + EMG2 EMG = EMG1 + EMG2
= EMG1spon + EMG1stim + EMG2spon + EMG2stim und: = EMG1spon + EMG1stim + EMG2spon + EMG2stim and:
Pvent(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const Pvent(t) = R * Flow(t) + E * Vol(t) + const
- NME1 · [ EMG1spon(t) + k1(t) * Istim1(t)] - NME1 * [ EMG1spon(t) + k1(t) * Istim1(t)]
- NME2 · [ EMG2spon(t) + k2(t) * Istim2(t)] Damit lassen sich die Anteile der Atemarbeit, die von verschiedenen Muskelgruppen aufgebracht werden, bestimmen. Die spezifische Stimulation ermöglicht nämlich Stimulationsmanöver, die gezielt bestimmte Muskelgruppen betreffen und zur Aktivierung führen. Dadurch ist eine Schätzung der neuromechanischen Effizienzen und der Kernels bzw. Stimulationsimpulsantworten vergleichsweise einfach. Statt Atemarbeit (WOB) oder Muskeldruck (Pmus) als Zielgrößen für die Stimulation zu verwenden, könnte alternativ auch der Anteil des Flusses, der von der Muskulatur verursacht wird, FlowMus, verwendet werden. Unter manchen Umständen können FlowMus oder dessen Integral über Zeit, das Volumen VolMus, vorteilhaft sein (US 2017 0252558A1, [E13]). Vorteilhaft wäre dazu, dass für klinisches Personal die Begriffe Fluss (Flow) und Volumen im Gegensatz zu Muskeldruck oder Atemarbeit sehr geläufig sind. Die Aufteilung des Flusses oder Volumens in Patienten- und Maschinen- Anteile ist eine Grundlage in Ausführungsbeispielen. Wenn FlowMus verfügbar ist, kann sehr einfach durch ein Integral von VolMus (als Zeitverlauf), aber auch VTmus (muskulär geleistetes Tidalvolumen) oder MVmus (musk. Minutenvolumen) bestimmt werden. Diese Größen können wichtig für die respiratorische Diagnostik und Therapie sein. Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass ein Zustand einer Atemmuskulatur eines Patienten über eine Stimulation und anschließende messtechnische Erfassung einer Reaktion der Atemmuskulatur auf die Stimulation charakterisiert werden kann. Aus der Reaktion der Atemmuskulatur können dann Informationen über den Zustand der Atemmuskulatur, beispielsweise in Form von ein oder mehreren Zustandsparametern, gewonnen werden. - NME2 · [ EMG2spon(t) + k2(t) * Istim2(t)] With this, the proportions of the work of breathing performed by different muscle groups can be determined. The specific stimulation enables stimulation maneuvers that specifically affect certain muscle groups and lead to activation. This makes it comparatively easy to estimate the neuromechanical efficiencies and the kernels or stimulation impulse responses. Instead of using work of breathing (WOB) or muscle pressure (Pmus) as target values for the stimulation, the proportion of the flow caused by the muscles, FlowMus, could alternatively be used. In some circumstances FlowMus or its integral over time, the volume VolMus, can be advantageous (US 2017 0252558A1, [E13]). It would be advantageous that clinical staff are very familiar with the terms flow and volume, in contrast to muscle pressure or work of breathing. The division of flow or volume into patient and machine portions is a basis in exemplary embodiments. If FlowMus is available, it can be determined very easily by an integral of VolMus (as a time course), but also VTmus (muscular tidal volume performed) or MVmus (muscular minute volume). These variables can be important for respiratory diagnostics and therapy. Exemplary embodiments are based on the knowledge that a state of a patient's respiratory muscles can be characterized by stimulation and subsequent measurement of a reaction of the respiratory muscles to the stimulation. Information about the state of the respiratory muscles, for example in the form of one or more state parameters, can then be obtained from the reaction of the respiratory muscles.
Weitere Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass aus einer Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten und der spontanen Atemaktivität (selbst geleisteter Anteil an der Atemarbeit) abgeleitet kann, wie ein Auslastungsgrad der Muskulatur des Patienten ist. Wenn die Belastbarkeit der Muskulatur größer ist, als es dem selbst geleisteten Anteil entspricht, kann die Muskulatur des Patienten beispielsweise durch Stimulation mehr belastet werden. Wenn der selbst geleistete Anteil größer als die Belastbarkeit der Muskulatur ist, kann die Muskulatur des Patienten beispielsweise durch Erhöhen eines Sedierungsgrades entlastet werden.Further exemplary embodiments are based on the knowledge that the degree of utilization of the patient's muscles can be derived from a resilience of the patient's respiratory muscles and the spontaneous breathing activity (the proportion of the work of breathing performed by oneself). If the resilience of the musculature is greater than what corresponds to the part that is performed by the patient, the patient's musculature can be subjected to more stress, for example through stimulation. If the self-performed part is greater than the resilience of the musculature, the patient's musculature can be relieved, for example, by increasing the degree of sedation.
Durch Einstellen der tatsächlichen Belastung der Muskulatur kann diese ihrem Zustand entsprechend geschont, trainiert oder belastet werden. By setting the actual load on the muscles, they can be spared, trained or loaded according to their condition.
Weitere Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass eine Atemmuskelaktivierung eines Patienten bestimmbar ist und im Rahmen einerFurther exemplary embodiments are based on the knowledge that a patient's respiratory muscle activation can be determined and within the framework of a
Beatmung auch vorgegeben werden kann. Aus einer Ist-Atemmuskelaktivierung und einer Soll-Atemmuskelaktivierung kann dann ein Maß für eine Atemunterstützung des Patienten bestimmt werden. Weitere Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass aus einemVentilation can also be specified. A measure of respiratory support for the patient can then be determined from an actual respiratory muscle activation and a target respiratory muscle activation. Other embodiments are based on the knowledge that from a
Aktivierungssignal der Atemmuskulatur eines Patienten ein zeitlicher Verlauf einer Eigenaktivität des Patienten abgeleitet werden kann. Basierend auf dem zeitlichen Verlauf kann dann in zeitlicher Ausrichtung eine zusätzliche Stimulation der Atemmuskulatur erfolgen. Die Aktivität der Atemmuskulatur basiert jetzt auf der Eigenaktivität und der dazu zeitlich ausgerichteten Stimulation. Auf diese Art kann eine synchrone und proportionale stimulative Beatmungsunterstützung erfolgen. Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten. Die Vorrichtung umfasst ein oder mehrere Schnittstellen, die zur Erfassung von Patientensignalen ausgebildet sind. Activation signal of the respiratory muscles of a patient, a time course of the patient's own activity can be derived. Based on the course over time, an additional stimulation of the respiratory muscles can then take place in a temporal alignment. The activity of the respiratory muscles is now based on the patient's own activity and the stimulation that is timed to match. In this way, synchronous and proportional stimulative ventilation support can be provided. Embodiments provide an apparatus for determining a condition of a patient's respiratory muscles. The device includes one or more interfaces designed to acquire patient signals.
Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten. Die Vorrichtung umfasst ein oder mehrere Schnittstellen, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit, einer Stimulationseinheit und/oder einer Sensoreinheit ausgebildet sind. Embodiments create an apparatus for ventilating a patient. The device includes one or more interfaces for exchanging information are designed with a ventilation unit, a stimulation unit and/or a sensor unit.
Ausführungsbeispiele schaffen daher eine Vorrichtung für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten. Die Vorrichtung umfasst ein oder mehreren Schnittstellen zur Kommunikation mit Komponenten des Beatmungssystems. Embodiments therefore create a device for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient. The device includes one or more interfaces for communication with components of the ventilation system.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Stimulator oder eine Stimulationsvorrichtung zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten. Die Vorrichtung umfasst ein oder mehreren Schnittstellen, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit und einer Sensoreinheit ausgebildet sind. Embodiments provide a stimulator or stimulation device for stimulative ventilation support of a patient. The device includes one or more interfaces that are designed to exchange information with a ventilation unit and a sensor unit.
Ausführungsbeispiele schaffen Vorrichtungen in Ausgestaltungen von Beatmungssystemen, Beatmungsvorrichtungen, Stimulationsvorrichtungen (Stimulatoren) zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung auf Basis mindestens einer der im Rahmen dieser Beschreibung beschriebenen Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Computerprogramme oder Computerprogrammprodukte. Ausführungsbeispiele schaffen Verfahren zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung mit mindesten einer der im Rahmen dieser Beschreibung beschriebenen Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Computerprogramme oder Computerprogrammprodukte. Ausführungsbeispiele können durch Computerprogramme oder Computerprogrammprodukte mit einem Programmcode zu einer Durchführung eines der beschriebenen Verfahren ausgebildet werden, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Computerprogramme oder Computerprogrammprodukte können Teile eines medizintechnischen Systems ausbilden. In dem medizintechnischen System können weitere Element wie Messvorrichtungen, Beatmungsvorrichtungen, Überwachungsvorrichtungen,Embodiments create devices in configurations of ventilation systems, ventilation devices, stimulation devices (stimulators) to support a patient during ventilation based on at least one of the devices, systems, methods, computer programs or computer program products described in this description. Exemplary embodiments create methods for supporting a patient during ventilation with at least one of the devices, systems, methods, computer programs or computer program products described in this description. Exemplary embodiments can be formed by computer programs or computer program products with a program code for performing one of the methods described when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component. Computer programs or computer program products can form parts of a medical technology system. Additional elements such as measuring devices, ventilation devices, monitoring devices,
Stimulationsvorrichtungen (Stimulatoren), Sensoren zur Druckmessung, Sensoren zur Duchflussmengenmessung, Sensoren zu einer Erfassung von EMG- Signalen (electro- myogram), sEMG- Signalen (Surface electro-myogram), EIM- Signalen (Elektro- impedance-myogram) oder MMG- Signalen (Mechano-myogram) umfassen. Die Ausführungsbeispiele, bzw. die Vorrichtungen können eine Kontrolleinheit umfassen. Ausführungsbeispiele können ein Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und ein Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten umfassen. Die Ausführungsbeispiele können ein Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Beatmung und ein Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten umfassen. Ausführungsbeispiele können ein Unterstützen mittels einer druckkontrollierter oder einer volumenkontrollierter Beatmung umfassen. Das Unterstützen kann auch ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. Ausführungsbeispiele können ein Regeln der Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters umfassen. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele ein Regeln des vom Patienten selbst geleisteten Anteils basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung umfassen. Ferner kann ein Überwachen und Regeln des gesamten, des vom Patienten selbst erbrachten Atemvolumens des Patienten, der vom Patienten selbst erbrachten Atemarbeit, und/oder einer Oxygenierung des Patienten erfolgen. Das Beeinflussen und das Unterstützen können sich nach einem vom Patienten vorgegeben Atemrhythmus oder nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus richten. In Ausführungsbeispielen kann sich das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegeben Atemrhythmus richten, sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, wobei sich andernfalls das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus richtet, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und wobei sich bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus richtet. Stimulator devices (stimulators), sensors for pressure measurement, sensors for flow rate measurement, sensors for detecting EMG signals (electromyogram), sEMG signals (surface electro-myogram), EIM signals (electro-impedance myogram) or MMG signals (mechano-myogram). The exemplary embodiments or the devices can include a control unit. Embodiments can include detecting a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and determining a measure of the patient's resilience. The exemplary embodiments can include influencing the proportion of ventilation provided by the patient and assisting the patient in ventilation based on the measure of the proportion of ventilation provided by the patient and based on the measure of the patient's resilience. Embodiments may include assisting with pressure-controlled or volume-controlled ventilation. Assisting may also include stimulating the patient's respiratory muscles. Embodiments can include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. In addition, exemplary embodiments can include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal. Furthermore, monitoring and regulation of the patient's total tidal volume provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself, and/or an oxygenation of the patient can take place. The influencing and the supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient or on a breathing rhythm specified by the influencing. In exemplary embodiments, the influencing and support can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, while otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by stimulation, provided that the patient's spontaneous activity is non-existent or harmful and in the absence of a stimulation effect, the support is based on a breathing rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
Weitere Ausführungsbeispiele können ein Bestimmen einer Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten umfassen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz basiert. Darüber hinaus kann ein Bestimmen einer Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten erfolgen, wobei das Unterstützen ferner auf der Aktivierbarkeit basiert. Ergänzend oder alternativ kann auch ein Bestimmen einer Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten erfolgen, wobei das Unterstützen ferner auf der Erschöpfung basiert. Das Bestimmen der Belastbarkeit kann ein Bestimmen einer atemmechanischen Grundlast und ein Erfassen einer maximal möglichen Atemanstrengung des Patienten umfassen. Das Erfassen der maximal möglichen Atemanstrengung kann ein Durchführen einer Twitch-Stimulation umfassen. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal und zum Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren. Die Kontrolleinheit ist darüber hinaus ausgebildet zum Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. Durch das direkte Erfassen des Aktivierungssignals als Reaktion auf die Stimulation kann zuverlässig eine Information über den Zustand der Atemmuskulatur des Patienten gewonnen werden. Further embodiments may include determining an efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency. In addition, the ability of the patient's respiratory muscles to be activated can be determined, with the assisting also being based on the ability to be activated. Additionally or alternatively, an exhaustion of the patient's respiratory muscles can also be determined, with the support also being based on the exhaustion. Determining the resilience can include determining a basic respiratory load and detecting a maximum possible respiratory effort by the patient. Capturing the maximum possible respiratory effort may include performing twitch stimulation. The control unit can be designed to stimulate the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal and to detect an activation signal as a reaction to the stimulation. The control unit is also designed to determine one or more status parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. By directly detecting the activation signal as a reaction to the stimulation, information about the state of the patient's respiratory muscles can be reliably obtained.
Die Kontrolleinheit kann weiter ausgebildet sein, um das Stimulationssignal mit einem oder mehreren Stimulationsimpulsen zu erzeugen. Das Verwenden vonThe control unit can also be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses. Using of
Stimulationsimpulsen kann den Vorteil bieten, dass durch Variationen der Impulsfolgen und Impuls-Intensitäten gewünschte Reaktionen der Muskulatur hervorgerufen werden können. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein zum Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und zum Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten. Die Kontrolleinheit ist ferner ausgebildet zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Beatmung und zum Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. Ausführungsbeispiele können so eine an die Belastbarkeit und den selbst geleisteten Anteil angepasste Beatmungsunterstützung ermöglichen. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Unterstützen ein Signal zur druckkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmung auszugeben. Damit ist eine pneumatische Beatmungsunterstützung möglich. Stimulation impulses can offer the advantage that desired reactions of the muscles can be evoked by variations in the impulse sequences and impulse intensities. The control unit can be designed to record a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and to determine a measure of the patient's ability to work under pressure. The control unit is also designed to influence the portion of ventilation performed by the patient himself and to support the patient during ventilation based on the measure of the portion of ventilation performed by the patient himself and based on the measure of the patient's resilience. In this way, exemplary embodiments can enable ventilation support that is adapted to the patient's ability to bear stress and the proportion they have provided themselves. For example, the control unit can be designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation to provide support. Pneumatic ventilation support is thus possible.
Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit auch ausgebildet sein, um zum Unterstützen ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. Somit kann die Beatmungsunterstützung auch stimulativ oder pneumatisch und stimulativ erfolgen. In addition or as an alternative, the control unit can also be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles for support. The ventilation support can therefore also be stimulative or pneumatic and stimulative.
Das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit kann zumindest ein Element aus der Gruppe von: einem Muskeldruck, Pmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck, Paw, oder einem gesamten treibenden Druck, Pdrv, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss, Flow, einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen, Volmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen, Vol, einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit, WOBmus, absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit, WOB, umfassen. The measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles , Flowmus, absolute or relative to a total respiratory gas flow, Flow, a tidal volume caused by the patient's musculature, Volmus, absolute or relative to a total tidal volume, Vol, a work of breathing performed by the patient himself, WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB.
Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein zum Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten und zum Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. Dadurch kann eine effektive stimulative Beatmungsunterstützung geleistet werden. Die Kontrolleinheit kann darüber hinaus ausgebildet sein, um zum Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit durchzuführen, und um ein Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, durchzuführen. Die stimulative Unterstützung kann sich demnach nach dem vom Patienten selbst geleisteten Anteil richten. Dabei kann die Kontrolleinheit zusätzlich ausgebildet sein, um eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulieren zu bestimmen und zu berücksichtigen. Dabei kann bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgen und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert sein oder ausbleiben. Durch Berücksichtigung der Aktivierungsschwelle kann eine bessere zeitliche Ausrichtung zwischen der Eigenaktivität und der stimulierten Muskelaktivität erreicht werden. The control unit can be designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles and to stimulate the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular respiratory support of the patient. This allows effective stimulative ventilation support to be provided. The control unit can also be designed to record information about the time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself in order to record the information about the time profile of the activation signal, and to determine the activation signal for the patient's respiratory muscles based on information about the time course of the part of the work of breathing performed by the patient himself. The stimulative support can therefore be based on the part that the patient himself has provided. The control unit can also be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation. When the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles can be activated, and when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold, activation can be at least reduced or absent. By considering the activation threshold, a better temporal alignment between intrinsic activity and stimulated muscle activity can be achieved.
In manchen Ausführungsbeispielen kann das Stimulieren in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal von der Kontrolleinheit durchgeführt werden. Das Stimulieren verstärkt dann die Eigenaktivität, beispielsweise proportional. Dabei kann dieIn some exemplary embodiments, the stimulating can be carried out in a feed-forward manner with the activation signal from the control unit. Stimulating then increases the intrinsic activity, for example proportionally. The
Kontrolleinheit auch ausgebildet sein, um eine Stimulationswirkung zu bestimmen. Bei bekannter Stimulationswirkung kann die eigentliche stimulative Unterstützung feiner eingestellt werden. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Stimulationswirkung eine Titrierung durchzuführen. Dadurch kann individuell und auch zeitgetreu eine Stimulationswirkung in Betracht gezogen und überprüft werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Stimulieren proportional zu dem Aktivierungssignal durchzuführen. Damit kann dann beispielsweise eine relative stimulative Unterstützung, die auch von der Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten abhängen kann, eingestellt werden. Als Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals derControl unit also be designed to determine a stimulation effect. If the stimulation effect is known, the actual stimulative support can be fine-tuned. For example, the control unit can be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect. As a result, a stimulation effect can be considered and checked individually and also in a timely manner. In some exemplary embodiments, the control unit can be designed to carry out the stimulating in proportion to the activation signal. In this way, for example, a relative stimulative support, which can also depend on the resilience of the patient's respiratory muscles, can be set. As information about the time course of the activation signal
Atemmuskulatur des Patienten kann beispielsweise Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von einem Muskeldruck, Pmus, einem spontanen Muskeldruck, Pspon, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss, Flowspon, einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit, WOB, einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit, WOBspon, bestimmt werden. Ausführungsbeispiele können mehrere Möglichkeiten zurThe patient's respiratory muscles can, for example, contain information about at least one element from the group consisting of a muscle pressure, Pmus, a spontaneous muscle pressure, Pspon, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, a respiratory gas flow spontaneously caused by the patient's muscles, Flowspon, a work of breathing, WOB, performed by the patient himself, a spontaneous work of breathing, WOBspon, performed by the patient himself. Embodiments may have several options for
Bestimmung des Aktivierungssignals bieten. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um den Patienten parallel pneumatisch zu beatmen. Ausführungsbeispiele können so auch eine pneumatische Beatmungsunterstützung in Kombination mit einer stimulativen Unterstützung erlauben. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um das parallele pneumatische Beatmen als Proportionalbeatmung durchzuführen. Dabei kann sich auch eine pneumatische Unterstützungskomponente an der Eigenaktivität des Patienten orientieren. Beispielsweise kann das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, eines Signals eines Dehnungssensors, eines Signals eines Ultraschallsensors oder eines mechanomyographischen Signals durchgeführt werden. Zumindest manche dieser Ausführungsbeispiele bieten die Möglichkeit einer nicht-invasiven Erfassung des Aktivierungssignals. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad einzustellen. Damit kann eine einfache und effektive Vorgabe für die Intensität ermöglicht werden. Beispielsweise wird der vorbestimmte Grad über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung, Pmus, vorgegeben. Der Grad kann somit einem einfachen Verhältnis oder einer einfachen Relation entsprechen. Der Grad kann auch ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegen. Damit kann beispielsweise festgelegt werden, dass die spontane Atemaktivität des Patienten um die Hälfte, das Doppelte, usw. unterstützt wird. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die spontane Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten zu ermitteln. Damit ergibt sich eine effektive Bestimmungsmöglichkeit für die spontane Atemaktivität. Die Kontrolleinheit kann ferner ausgebildet sein, um ein Stimulationssignal basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanenProvide activation signal determination. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel. Embodiments can thus also allow pneumatic respiration support in combination with stimulative support. The control unit can be designed to carry out the parallel pneumatic ventilation as proportional ventilation. A pneumatic support component can also be based on the patient's own activity. For example, the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be recorded on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal. At least some of these exemplary embodiments offer the possibility of non-invasive detection of the activation signal. In further exemplary embodiments, the control unit can be designed to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level. A simple and effective specification for the intensity can thus be made possible. For example, the predetermined level is specified via a ratio of stimulation intensity and activation signal or via a ratio of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus. The degree can thus correspond to a simple ratio or a simple relation. The degree can also be a ratio between a stimulated respiratory activity and a determine the patient's spontaneous respiratory activity. This can be used, for example, to specify that the patient's spontaneous breathing activity is supported by half, twice, etc. In some exemplary embodiments, the control unit can be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles. This results in an effective way of determining the spontaneous breathing activity. The control unit can also be designed to generate a stimulation signal based on the ratio between the stimulated breathing activity and the spontaneous
Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten zu ermitteln. Damit kann eine tatsächliche Muskelreaktion des Patienten mit in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Stimulationssignal durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals, EMGstim, mit der Aktivierungsimpulsantwort zu ermitteln. Damit ergibt sich ein einfacher methodischer Weg, um das Stimulationssignal zu ermitteln. Die spontane Atemaktivität kann beispielsweise als ein vom Patienten spontan erzeugter Atemmuskeldruck, Pspon, und die stimulierte Atemaktivität als ein durch Stimulation erzeugter Atemmuskeldruck, Pstim, ermittelt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss, Flowspon, und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss, Flowstim, zu ermitteln. Es ist auch möglich, dass die Kontrolleinheit ausgebildet ist, um die spontane Atemaktivität als eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit, WOBspon, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBspon/dt, und die stimulierteDetermine the patient's respiratory activity and an activation impulse response of the patient's muscles. An actual muscle reaction of the patient can thus be taken into account. For example, the control unit can be designed to determine the stimulation signal by inverse convolution of a desired stimulation-induced activation signal, EMGstim, with the activation impulse response. This results in a simple methodical way of determining the stimulation signal. The spontaneous respiratory activity can be determined, for example, as a respiratory muscle pressure, Pspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pstim, generated by stimulation. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to determine the spontaneous breathing activity as a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated breathing activity as a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation. It is also possible for the control unit to be designed to measure the spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt, and the stimulated
Atemaktivität als eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit, WOBstim, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBstim/dt, zu ermitteln. Ausführungsbeispiele können dabei verschiedene Varianten zur Bestimmung der spontanen Atemaktivität nutzen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um den vorbestimmten Grad auf einer Zeitebene, die größer oder gleich einem Atemzyklus des Patienten ist, nachzuführen. Damit ist auch eine Anpassung des Unterstützungsgrades in Ausführungsbeispielen möglich. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um das Stimulieren zur Erreichung eines Zielwertes, der einen patientenseitigen Anteil an einem treibenden Druck, ΔPmus, einen patientenseitigen Anteil an einem Volumen,determine respiratory activity as a work of breathing produced by stimulation, WOBstim, or its time derivative, dWOBstim/dt. Exemplary embodiments can use different variants for determining the spontaneous breathing activity. In some exemplary embodiments, the control unit can be configured to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient. This also makes it possible to adapt the degree of support in exemplary embodiments. The control unit can be designed to stimulate the achievement of a target value, which includes a patient-side portion of a driving pressure, ΔPmus, a patient-side portion of a volume,
ΔVolmus, oder einen patientenseitigen Anteil an einer Atemarbeit, AWOBmus, umfasst, zu regeln. Damit kann eine patientengerechte Anpassung der Beatmungsunterstützung kontinuierlich erfolgen. ΔVolmus, or a patient-side contribution to a work of breathing, AWOBmus, to settle. This allows the ventilation support to be adjusted continuously to suit the patient.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Beatmungssystem mit einer hierin beschriebenen Stimulationsvorrichtung. Embodiments also provide a ventilation system with a stimulation device described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird durch ein Verfahren zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten gebildet. Das Verfahren umfasst ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals einer Atemmuskulatur des Patienten und ein Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. Another embodiment is formed by a method for stimulative ventilation support of a patient. The method includes acquiring information about a time profile of an activation signal of a patient's respiratory muscles and stimulating the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit und ein Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen und Berücksichtigen einer unteren Aktivierungsschwelle für das Stimulieren umfassen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. Das Stimulieren kann in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal erfolgen. Ferner kann ein Bestimmen einerIn further exemplary embodiments, capturing the information about the time profile of the activation signal can include capturing information about a time profile of a portion of the work of breathing performed by the patient himself and determining the activation signal for the patient's respiratory muscles based on the information about the time profile of the the patient's own share of the work of breathing. The method can also include determining and taking into account a lower activation threshold for the stimulation, with the respiratory muscles being activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, and activation being at least reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold. The stimulating can take place in a feed-forward manner with the activation signal. Furthermore, a determination of a
Stimulationswirkung durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren auch eine Titrierung zum Bestimmen der Stimulationswirkung umfassen. Das Stimulieren kann proportional zu dem Aktivierungssignal erfolgen. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von einem Muskeldruck, Pmus, einem spontanen Muskeldruck, Pspon, einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss, Flowspon, einer vom Patienten selbst geleistetenstimulation effect are carried out. For example, the method can also include a titration to determine the stimulation effect. The pacing can be proportional to the activation signal. In some embodiments, the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be information about at least one element from the group of a muscle pressure, Pmus, a spontaneous muscle pressure, Pspon, a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, one of the Breathing gas flow spontaneously caused by the patient's musculature, Flowspon, one provided by the patient himself
Atemarbeit, WOB, und einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit, WOBspon, umfassen. Das Verfahren kann ein paralleles pneumatisches Beatmen des Patienten umfassen. Das parallele pneumatische Beatmen kann vorzugsweise eine Proportionalbeatmung umfassen. Das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten kann beispielsweise auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro- Impedanz-Myographie, eines Signals eines Dehnungssensors, eines Signals eines Ultraschallsensors oder eines mechanomyographischen Signals durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus ein Einstellen einer Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad umfassen. Der vorbestimmte Grad kann ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung, Pmus, umfassen. Der Grad kann beispielsweise ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegen. Zumindest in manchen Ausführungsbeispielen kann ein Ermitteln der spontanen Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten erfolgen. Work of Breathing, WOB, and a spontaneous work of breathing performed by the patient, WOBspon. The method may include parallel pneumatic ventilation of the patient. The parallel pneumatic ventilation can preferably include proportional ventilation. The information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles can be recorded, for example, on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasound sensor or a mechanomyographic signal. The method may further include adjusting an intensity of the pacing based on a predetermined level. The predetermined level may comprise a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus. For example, the degree can determine a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient. At least in some exemplary embodiments, the patient's spontaneous breathing activity can be determined based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles.
Ergänzend oder alternativ kann das Verfahren ein Ermitteln eines Stimulationssignals basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten umfassen. Ein Ermitteln des Stimulationssignals kann z.B. durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals, EMGstim, mit der Aktivierungsimpulsantwort erfolgen. Alternativ kann auch eine Verarbeitung im Frequenzbereich durchgeführt werden, wo die Faltung sich als Multiplikation darstellt. Dazu kann eine blockweise Transformation nötig sein, die zu Verzögerungen führen kann. Die spontane Atemaktivität kann einen vom Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck, Pspon, und die stimulierte Atemaktivität einen durch Stimulation erzeugten Atemmuskeldruck, Pstim, aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann die spontane Atemaktivität einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss, Flowspon, und die stimulierte Atemaktivität einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss, Flowstim, umfassen. Die spontane Atemaktivität kann eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit, WOBspon, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBspon/dt, und die stimulierte Atemaktivität eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit, WOBstim, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBstim/dt, umfassen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Nachführen des vorbestimmten Grades auf einer Zeitebene, die größer oder gleich einem Atemzyklus des Patienten ist, erfolgen. Das Verfahren kann ferner ein Regeln des Stimulierens zur Erreichung eines Zielwertes, der einen patientenseitigen Anteil an einem treibenden Druck, ΔPmus, einen patientenseitigen Anteil an einem Volumen, ΔVolmus, oder einen patientenseitigen Anteil an einer Atemarbeit, AWOBmus, enthalten. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein zum Ermitteln einer ersten Information über eine Soll- Atemmuskelaktivierung eines Patienten und zum Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten. Die Kontrolleinheit ist ferner zum Bestimmen eines Maßes für eine Atem Unterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information ausgebildet. Ausführungsbeispiele können eine effektive Atem Unterstützung eines Patienten erlauben. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Einrichtung zur Atemwegsflussmessung und zur Atemwegsdruckmessung an dem Patienten umfassen. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um die erste Information und die zweite Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung zu ermitteln. In Ausführungsbeispielen können so pneumatische Größen zur Bestimmung einer Muskelaktivierung herangezogen werden. Die Vorrichtung kann auch zusätzlich eine Einrichtung zur pneumatischen Atemunterstützung und das Maß für die Atem Unterstützung kann ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. In Ausführungsbeispielen kann somit eine pneumatische Atemunterstützung erfolgen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung zumindest in manchen Ausführungsbeispielen ferner eine Einrichtung zur Sedierung des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. In Ausführungsbeispielen kann somit eine Grundlage für eine automatisierte oder teilautomatisierte Sedierung geschaffen werden. Beispielsweise kann über die ein oder mehreren Schnittstellen Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten erhalten werden und die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Messinformation zu bestimmen. Insofern kann es möglich sein, die Messinformation auch von anderen Komponenten eines Beatmungssystems zu erhalten. In addition or as an alternative, the method can include determining a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles. The stimulation signal can be determined, for example, by inverse convolution of a desired activation signal, EMGstim, caused by stimulation, with the activation impulse response. Alternatively, processing can also be carried out in the frequency domain, where the convolution appears as multiplication. This may require a block-by-block transformation, which can lead to delays. Spontaneous respiratory activity may include patient spontaneously generated respiratory muscle pressure, Pspon, and stimulated respiratory activity may include stimulation-induced respiratory muscle pressure, Pstim. In addition or as an alternative, the spontaneous breathing activity can include a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated breathing activity can include a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation. Spontaneous respiratory activity may include patient spontaneously generated work of breathing, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt, and stimulated respiratory activity may include stimulation generated work of breathing, WOBstim, or its time derivative, dWOBstim/dt. In further exemplary embodiments, the predetermined degree can be tracked at a time level which is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient. The method may further include controlling pacing to achieve a target value that includes a patient contribution to a driving pressure, ΔPmus, a patient contribution to a volume, ΔVolmus, or a patient contribution to a work of breathing, AWOBmus. The control unit can be designed to determine first information about a target respiratory muscle activation of a patient and to determine second information about an actual respiratory muscle activation of the patient. The control unit is also designed to determine a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information. Embodiments can allow for effective respiratory support of a patient. For example, the device can include a device for measuring airway flow and airway pressure on the patient. The control unit can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement. In exemplary embodiments, pneumatic variables can thus be used to determine muscle activation. The device can also additionally comprise a device for pneumatic respiratory support and the measure of respiratory support can comprise a measure of pneumatic respiratory support. Pneumatic respiratory support can thus take place in exemplary embodiments. Additionally, in at least some embodiments, the apparatus may further include means for sedating the patient based on the level of respiratory support. In exemplary embodiments, a basis for automated or partially automated sedation can thus be created. For example, measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient can be obtained via the one or more interfaces, and the control unit can be designed to determine the amount of respiratory support based on the measurement information. In this respect, it may be possible to also obtain the measurement information from other components of a ventilation system.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur sensorischen Erfassung eines Signals, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, umfassen. Die Kontrolleinheit kann dann ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal zu bestimmen. Insofern können auch sensorisch und insbesondere auch nicht-invasiv erfasste Signale bei der Bestimmung der Atemunterstützung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Einrichtung zur sensorischen Erfassung ausgebildet sein, um ein Elektro- Myogramm, ein Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm zu erfassen. Zumindest manche dieser Signale können den Vorteil bieten, dass diese nicht-invasiv erfasst werden können. Die Einrichtung zur sensorischen Erfassung kann beispielsweise einen Dehnungssensor, einen Ultraschallsensor oder einen Ösophagusdrucksensor umfassen. In further exemplary embodiments, the device can also comprise a device for sensory detection of a signal which depends on the actual respiratory muscle activation. The control unit can then be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors. In this respect, signals that are detected by sensors and, in particular, also non-invasively can also be used taken into account when determining respiratory support. For example, the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. At least some of these signals can offer the advantage that they can be detected non-invasively. The device for sensory detection can include, for example, a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
Die Vorrichtung kann in einigen Ausführungsbeispielen ferner eine Einrichtung zur Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für dieIn some exemplary embodiments, the device can also have a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of the
Atemunterstützung umfassen. Die Atem Unterstützung kann demnach ergänzend oder alternativ auch stimulativ erfolgen. include respiratory support. The breathing support can therefore be supplementary or alternatively also stimulative.
Manche Ausführungsbeispiele können eine Atemregelung ermöglichen. So kann die Kontrolleinheit ferner ausgebildet sein, um eine Differenz zwischen der erstenSome embodiments may enable breathing regulation. The control unit can also be designed to detect a difference between the first
Information und der zweiten Information über das Maß für die Atemunterstützung über eine Regelung zu reduzieren. Die Kontrolleinheit kann als Maß für die Atemunterstützung beispielsweise ein Stimulationssignal für den Patienten generieren. Die erste und die zweite Information können dann jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. In Ausführungsbeispielen kann somit eine spontane Eigenaktivität des Patienten berücksichtigt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ferner ausgebildet sein, um Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck zu bestimmen und bereitzustellen. Insofern kann eine weitere Berücksichtigung oder Verarbeitung der Spontanaktivität des Patienten ermöglicht werden. Die Kontrolleinheit kann auch ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten zu bestimmen und damit in einer etwaigen Regelung auch zu berücksichtigen. Das Maß für die Atemunterstützung kann in manchen Ausführungsbeispielen auch ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll-Atemmuskelaktivierung anzeigt. Die Muskulatur und der Atemapparat des Patienten können so vor Überbeanspruchung geschützt werden. Die Kontrolleinheit kann ferner ausgebildet sein, um basierend auf der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung eine Schätzung für eine Stimulationsimpulsantwort des Patienten durchzuführen. Aus derTo reduce information and the second information about the amount of respiratory support via a scheme. The control unit can, for example, generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support. The first and the second information can then each comprise a measure of a patient-side stimulated or total respiratory muscle activation, a patient-side stimulated or total respiratory muscle flow or a patient-side stimulated or total respiratory muscle pressure. A spontaneous activity of the patient can thus be taken into account in exemplary embodiments. In some exemplary embodiments, the control unit can also be designed to determine and provide information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity. In this respect, further consideration or processing of the patient's spontaneous activity can be made possible. The control unit can also be designed to determine the degree of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity and thus also to take it into account in any regulation. In some exemplary embodiments, the measure of respiratory support can also indicate a measure of more intensive sedation of the patient if the information about the patient's spontaneous respiratory activity is a respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation. The patient's muscles and respiratory system can thus be protected from overuse. The control unit can also be configured to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure of respiratory support. From the
Stimulationsimpulsantwort und gewünschten Aktivierungen können dann entsprechende Stimulationsanregungen bestimmt werden. Die Kontrolleinheit kann die Schätzung beispielsweise auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers bestimmen. Ein solches Manöver kann eine präzise Schätzung erlauben. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um die Schätzung regelmäßig oder kontinuierlich zu wiederholen. Darüber hinaus kann die Kontrolleinheit in manchen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit zu bestimmen und anzuzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Dies kann zu einer effektiveren Atemunterstützung führen, da auf unzuverlässige Informationen entsprechend reagiert werden kann. Stimulation impulse response and desired activations can then be determined corresponding stimulation excitations. The control unit can determine the estimate based on a stimulation maneuver, for example. Such a maneuver can allow for a precise estimation. The control unit can be designed to repeat the estimate regularly or continuously. Furthermore, in some exemplary embodiments, the control unit can be designed to determine a reliability for the first and the second information and to display it if the reliability falls below a predetermined threshold. This can result in more effective respiratory support as unreliable information can be acted upon accordingly.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Beatmungsgerät mit einem Ausführungsbeispiel der hierin beschriebenen Vorrichtung. In einem solchen Beatmungsgerät kann dann die für die Vorrichtung beschriebene Funktionalität integriert sein. Embodiments also provide a ventilator having an embodiment of the apparatus described herein. The functionality described for the device can then be integrated in such a ventilator.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen, Information über das Maß für die Atemunterstützung an einen Stimulator zu kommunizieren. Insofern ermöglichen Ausführungsbeispiele ein entsprechendes Zusammenspiel von Beatmungsgerät und Stimulator. Als Stimulator wird eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine Stimulation zu einer Atem Unterstützung ermöglicht. In further exemplary embodiments, the control unit can be designed to communicate information about the degree of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces. In this respect, exemplary embodiments enable a corresponding interaction between the ventilator and the stimulator. A stimulator is a device that enables stimulation for respiratory support.
Das Maß für die Atem Unterstützung kann beispielsweise zumindest einen Parameter der Gruppe von: - einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, eines Startzeitpunktes, eines Endzeitpunktes, - einer Ist-Atemmuskelaktivierung der Soll-Atemmuskelaktivierung, umfassen. Insofern kann das Maß zur Ansteuerung eines Stimulators geeignet sein. Die ein oder mehreren Schnittstellen können zur Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. Somit kann eine schnelle Reaktion der beteiligten Komponenten gewährleistet werden. Beispielsweise sind die ein oder mehreren Schnittstellen zur sampleweisen Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet. Ergänzend oder alternativ können die ein oder mehreren Schnittstellen zur Kommunikation eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atemunterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. Dadurch kann eine ausreichende zeitliche Synchronisation zwischen den an der Beatmungsunterstützung beteiligten Komponenten gewährleistet werden. Der zeitliche Verlauf beschreibt die Form des Signals, z.B. der Stimulationsintensität für den Stimulator, der zum Startzeitunkt die vorab bekannte Form der Stimulationsintensität auslöst. Damit ist eine sampleweise Echtzeitkommunikation ist in diesem Fall nicht nötig. In Ausführungsbeispielen sind verschiedene Implementierungen zur zeitlichenThe measure for respiratory support can include at least one parameter from the group of: an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation of the target respiratory muscle activation. In this respect, the measure can be suitable for controlling a stimulator. The one or more interfaces can be designed for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit. This ensures that the components involved react quickly. For example, the one or more interfaces are designed for sample-by-sample real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit. In addition or as an alternative, the one or more interfaces can be designed to communicate a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit. In this way, sufficient time synchronization between the components involved in ventilation support can be ensured. The time profile describes the form of the signal, eg the stimulation intensity for the stimulator, which triggers the previously known form of the stimulation intensity at the start time point. This means that sample-by-sample real-time communication is not necessary in this case. In exemplary embodiments, various implementations for the temporal
Koordination der Komponenten denkbar. Z.B. kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um einem Stimulator über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt vorzugeben. In manchen Ausführungsbeispielen kann das Beatmungsgerät auch über einen integrierten Stimulator verfügen. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um einem Stimulator über die ein oder mehreren Schnittstellen die erste und die zweiteCoordination of the components conceivable. For example, the control unit can be designed to specify a clock for a stimulator via the one or more interfaces. In some exemplary embodiments, the ventilator can also have an integrated stimulator. The control unit can be designed to communicate with a stimulator via the one or more interfaces, the first and the second
Information vorzugeben. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Beatmungsmanöver mit einem Stimulator abzustimmen. Ausführungsbeispiele erlauben so eine Beatmung unter koordiniertem Betrieb von Beatmungsgerät und Stimulator und ggf. auch einer Sensoreinheit. to provide information. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to coordinate ventilation maneuvers with a stimulator via the one or more interfaces. Exemplary embodiments thus allow ventilation with coordinated operation of the ventilation device and stimulator and possibly also a sensor unit.
Ausführungsbeispiele schaffen auch einen Stimulator mit einem Ausführungsbeispiel der hierin beschriebenen Vorrichtung. Die Kontrolleinheit kann dann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät die erste und die zweite Information zu empfangen. Insofern kann auch ein Stimulator mit entsprechender Funktionalität in ein Beatmungssystem eingebunden werden. Embodiments also provide a stimulator having an embodiment of the device described herein. The control unit can then be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces from a sensor unit or from a ventilator. In this respect, a stimulator with the appropriate functionality can also be integrated into a ventilation system.
In dem Stimulator kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einer Sensoreinheit zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einem Zeitverlauf der Soll-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, zu empfangen. Damit kann ein systemisches Zusammenspiel mit einer Sensoreinheit gewährleistet werden. Der Start oder Endzeitpunkt braucht dabei keine absolute Zeit im Sinne einer Uhrzeit zu sein, sondern ist als Event/Ereignis zu verstehen, das beispielsweise eine Stimulation auslöst oder beendet. In the stimulator, the control unit can be designed to receive at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, a time course of the target respiratory muscle activation, an airway flow via the one or more interfaces from a sensor unit , an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and respiratory muscle flow. A systemic interaction with a sensor unit can thus be ensured. The start or end time does not have to be an absolute time in the sense of a time, but is to be understood as an event that, for example, triggers or ends a stimulation.
Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt von einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät zu empfangen. Damit kann eine ausreichende zeitliche Synchronisation der beteiligten Komponenten erreicht werden. Der Stimulator kann sich demnach nach einem empfangenen Takt richten. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät vorzugeben. Der Stimulator kann in manchen Ausführungsbeispielen auch einen Takt für andere Komponenten bereitstellen oder vorgeben. Die Kontrolleinheit kann auch hier ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen in Echtzeit zu kommunizieren. So kann eine ausreichende zeitliche Synchronisation der Komponenten in dem System erreicht werden. Die Kontrolleinheit kann entsprechend ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Beatmungsmanöver mit einem Beatmungsgerät abzustimmen. Dadurch kann ein Beatmungsmanöver entsprechend koordiniert werden. The control unit can be designed to receive a clock from a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces. Adequate temporal synchronization of the components involved can thus be achieved. The stimulator can therefore follow a received clock. The control unit can be designed to specify a clock for a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces. In some exemplary embodiments, the stimulator can also provide or specify a clock for other components. The control unit can also be designed here to communicate in real time via the one or more interfaces. In this way, sufficient time synchronization of the components in the system can be achieved. The control unit can be designed accordingly in order to coordinate ventilation maneuvers with a ventilator via the one or more interfaces. As a result, a ventilation maneuver can be coordinated accordingly.
Ausführungsbeispiele schaffen auch eine Sensoreinheit mit einem Ausführungsbeispiel der hierin beschriebenen Vorrichtung. Die Kontrolleinheit kann dann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen, Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät zu empfangen und das Maß für die Atemunterstützung ferner basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal zu bestimmen. Insofern kann ein pneumatisches Signal auch von der Sensoreinheit bei der Bestimmung des Maßes für die Atemunterstützung berücksichtigt werden. Die Kontrolleinheit kann beispielsweise ausgebildet sein, um die zweite Information basierend auf Sensorsignalen zu ermitteln. Die Sensorsignale können dann zur Bestimmung der Ist-Atemmuskelaktivierung herangezogen werden. Die Kontrolleinheit kann auch hier ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen in Echtzeit zu kommunizieren und somit eine ausreichende zeitliche Synchronisation zwischen den Komponenten des Beatmungssystems herzustellen. Die Kontrolleinheit kann auch hier ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist- Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, als Maß für die Atemunterstützung bereitzustellen. Dies kann ein systemisches Zusammenspiel mit den anderen Komponenten ermöglichen. Dementsprechend kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator Information über ein Manöver zu erhalten. Damit kann eine Manöverkoordination zwischen den Komponenten ermöglicht werden. Embodiments also provide a sensor unit with an embodiment of the device described herein. The control unit can then be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces and to also determine the measure for respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal. In this respect, a pneumatic signal can also be taken into account by the sensor unit when determining the degree of respiratory support. The control unit can be designed, for example, to determine the second information based on sensor signals. The sensor signals can then be used to determine the actual respiratory muscle activation. Here, too, the control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces and thus establish sufficient time synchronization between the components of the ventilation system. The control unit can also be designed here to transmit at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a Provide stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a respiratory muscle flow as a measure of respiratory support. This can enable systemic interaction with the other components. Accordingly, the control unit can be designed to receive information about a maneuver via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator. This allows maneuver coordination between the components.
Die Kontrolleinheit kann in manchen Ausführungsbeispielen ferner ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator als erste Information oder mit der ersten Information Information über eine Dunkeltastung, auszublendende Messzeitpunkte, eine Filterung, oder eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten zu empfangen. Damit können Störungen in Sensorsignalen effektiv ausgeblendet werden. In some exemplary embodiments, the control unit can also be designed to receive information about blanking, measurement times to be suppressed, filtering, or suppression of stimulation artifacts via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator as first information or with the first information. This means that interference in sensor signals can be effectively suppressed.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Beatmungssystem mit einem Ausführungsbeispiel der hierin beschriebenen Vorrichtung. Das Beatmungssystem kann ein Beatmungsgerät wie hierin beschrieben umfassen. Das Beatmungssystem kann ergänzend oder alternativ auch einen Stimulator, wie hierin beschrieben oder eine Sensoreinheit wie hierin beschrieben umfassen. Embodiments also provide a ventilator system including an embodiment of the device described herein. The ventilator system may include a ventilator as described herein. In addition or as an alternative, the ventilation system can also include a stimulator, as described herein, or a sensor unit, as described herein.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten, ein Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten und ein Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. Embodiments also provide a method for a component of a ventilator system to assist a patient in breathing. The method includes determining first information about a target respiratory muscle activation of the patient, determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient, and determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
In Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner ein Ermitteln der ersten Information und der zweiten Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung umfassen. Das Maß für die Atem Unterstützung kann ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung aufweisen. Das Verfahren kann ein Sedieren des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren ein Erhalten von Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten beinhalten sowie ein Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung ferner basierend auf der Messinformation. Es kann ein sensorisches Erfassen eines Signals erfolgen, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, und ein Bestimmen des Maßes für die Atem Unterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal.In embodiments, the method may further include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement. The measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support. The method may include sedating the patient based on the level of respiratory support. Additionally, the method may include obtaining measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient and determining the level of respiratory support further based on the measurement information. There can be a sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation and a determination of the measure for the respiratory support based on the sensory detected signal.
Das sensorisch erfasste Signal kann beispielsweise ein Elektro-Myogramm, ein Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm sein. Das Erfassen des sensorischen Signals kann z.B. mit einem Dehnungssensor, einem Ultraschallsensor oder einem Ösophagusdrucksensor erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren auch ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung aufweisen. Es kann ein Reduzieren einer Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information durch Regeln über das Maß für die Atemunterstützung erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann ein Generieren eines Stimulationssignals für den Patienten als Maß für die Atemunterstützung erfolgen. Die erste und die zweite Information können jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. Das Verfahren kann ein Bestimmen und ein Bereitstellen von Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck aufweisen. Das Verfahren kann ein Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten umfassen. Das Maß für die Atemunterstützung kann auch ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll-Atemmuskelaktivierung anzeigt. The signal detected by sensors can be, for example, an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. The sensory signal can be detected, for example, with a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor. In other embodiments, the method may also include stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support. A difference between the first piece of information and the second piece of information can be reduced by rules about the degree of respiratory support. Additionally or alternatively, a stimulation signal can be generated for the patient as a measure of the respiratory support. The first and second pieces of information may each include a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure. The method can include determining and providing information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity, or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity. The method may include determining the level of respiratory support based on information about the patient's spontaneous respiratory activity. The measure of respiratory support may also indicate a measure of more intense sedation of the patient when the patient's spontaneous respiratory activity information indicates respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation.
Darüber hinaus kann ein Schätzen einer Stimulationsimpulsantwort des Patienten aus der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung erfolgen. Das Schätzen kann beispielsweise auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers erfolgen. Das Schätzen kann regelmäßig oder kontinuierlich erfolgen. Das Verfahren kann auch ein Bestimmen jeweils einer Zuverlässigkeit zu der ersten und der zweiten Information umfassen und anzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Additionally, estimating a patient's stimulation impulse response from the second information in response to the measure of respiratory support. The estimation can be based on a stimulation maneuver, for example. The estimation can be done regularly or continuously. The method may also include determining a reliability on each of the first and second pieces of information and indicating when the reliability falls below a predetermined threshold.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für ein Beatmungsgerät, das eines der hierin beschriebenen Verfahren umfasst. Das Verfahren kann ein Kommunizieren von Information über das Maß für die Atemunterstützung an einen Stimulator umfassen. Das Maß für die Atemunterstützung kann zumindest einen Parameter der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, eines Startzeitpunktes, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, eines Endzeitpunktes und der Soll- Atemmuskelaktivierung, aufweisen. In dem Verfahren kann auch ein Kommunizieren in Echtzeit mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit erfolgen. Das Kommunizieren kann beispielsweise sampleweise in Echtzeit mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit erfolgen. Das Kommunizieren kann ein Kommunizieren eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atemunterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit umfassen. Es kann ein Vorgeben eines Taktes an einen Stimulator erfolgen. Das Verfahren kann ein Vorgeben der ersten und der zweiten Information an einen Stimulator und/oder ein Abstimmen eines Beatmungsmanövers mit einem Stimulator umfassen. Embodiments also provide a method for a ventilator that includes any of the methods described herein. The method may include communicating information about the level of respiratory support to a stimulator. The measure of respiratory support can include at least one parameter Group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation. In the method, communication can also take place in real time with a stimulator and/or with a sensor unit. The communication can take place, for example, on a sample basis in real time with a stimulator and/or with a sensor unit. The communication can include communicating a time profile of the measure of the respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit. A clock can be specified for a stimulator. The method can include specifying the first and the second information to a stimulator and/or coordinating a ventilation maneuver with a stimulator.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für einen Stimulator, das eines der hierin beschriebenen Verfahren umfasst. Dabei kann ein Empfangen der ersten oder der zweiten Information von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät erfolgen. Von einer Sensoreinheit kann dabei zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, der Soll- Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss empfangen werden. Darüber hinaus kann ein Takt von einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät empfangen werden. Ein Takt kann auch einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät vorgegeben werden. Ein Kommunizieren kann dabei in Echtzeit erfolgen. Dies kann insbesondere bei einer „Dunkeltastung“ (Ausblendung von Artefakten/Störungen) wichtig sein. Durch die Vorgabe des Taktes kann die Sensoreinheit die Information erhalten, wann stimuliert wird, d.h., wann mit Artefakten/Störungen zu rechnen ist. Das Verfahren kann ein Abstimmen eines Beatmungsmanövers mit einem Beatmungsgerät umfassen. Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für eine Sensoreinheit mit einem der hierin beschriebenen Verfahren. Das Verfahren kann ein Empfangen von Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät und ein Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung ferner basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal umfassen. Es kann ein Ermitteln der zweiten Information basierend auf Sensorsignalen erfolgen. DasEmbodiments also provide a method for a stimulator that includes any of the methods described herein. In this case, the first or the second information can be received by a sensor unit or by a ventilator. At least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, the target respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a Respiratory muscle flow can be received. In addition, a clock can be received from a sensor unit and/or a ventilator. A cycle can also be specified for a sensor unit and/or a ventilator. Communication can take place in real time. This can be particularly important in the case of "blanking" (fading out artefacts/interference). By specifying the clock, the sensor unit can receive the information when stimulation is taking place, i.e. when artefacts/interference is to be expected. The method may include coordinating a ventilation maneuver with a ventilator. Embodiments also provide a method for a sensor unit using any of the methods described herein. The method may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the amount of respiratory support further based on the information about the at least one pneumatic signal. The second information can be determined based on sensor signals. That
Verfahren kann ein Kommunizieren in Echtzeit aufweisen. Darüber hinaus kann ein Bereitstellen zumindest einer Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, als Maß für die Atem Unterstützung an ein Beatmungsgerät oder an einen Stimulator erfolgen. Information über ein Manöver kann erhalten werden. Beispielsweise kann, von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator, als erste oder mit der ersten Information Information über eine Dunkeltastung, auszublendende Messzeitpunkte, eine Filterung, oder eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten empfangen werden. Darüber hinaus schaffen Ausführungsbeispiele ein Verfahren für ein Beatmungssystem mit einem der hierin beschriebenen Verfahren. Das Verfahren kann ein hierin beschriebenes Verfahren für ein Beatmungsgerät, ein hierin beschriebenes Verfahren für einen Stimulator und/oder ein hierin beschriebenes Verfahren für eine Sensoreinheit umfassen. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um das Aktivierungssignal als Impulsantwort zu erfassen. Mittels der Impulsantwort kann nunmehr die Reaktion auf bestimmte Stimulationsimpulsfolgen oder aber eine bestimmte Stimulationsimpulsfolge für eine gewünschte Reaktion bestimmt werden.Method may include communicating in real time. In addition, providing at least one piece of information from the group of an amplitude, a Ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a respiratory muscle flow, as a measure for the respiratory support to a ventilator or to a stimulator. Information about a maneuver can be obtained. For example, information about blanking, measurement times to be suppressed, filtering, or suppression of stimulation artifacts can be received from a respirator or a stimulator as the first information or with the first information. In addition, exemplary embodiments create a method for a ventilation system with one of the methods described herein. The method may include a method described herein for a ventilator, a method described herein for a stimulator and/or a method described herein for a sensor unit. The control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response. The response to specific stimulation pulse sequences or a specific stimulation pulse sequence for a desired reaction can now be determined by means of the impulse response.
Die Kontrolleinheit kann ferner ausgebildet sein, um mit dem Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. Die Aktivierbarkeit kann hilfreich sein, um beispielsweise einem Erschöpfungsgrad (auch „fatigue“) der Atemmuskulatur Rechnung zu tragen. Beispielsweise können die Muskelfasern teilweise nicht rekrutiert/aktiviert werden. Der Erschöpfungsgrad korreliert maßgeblich mit der mangelhaften Kontraktion (Kraft/Druckerzeugung) infolge einer Aktivierung. D.h., obwohl die Muskelfasern aktiviert sind, leisten sie wenig. The control unit can also be designed to determine an activability of the respiratory muscles of the patient by determining the one or more status parameters. The ability to be activated can be helpful, for example, to take account of a degree of exhaustion (also "fatigue") of the respiratory muscles. For example, some of the muscle fibers cannot be recruited/activated. The degree of exhaustion correlates significantly with the lack of contraction (force/pressure generation) as a result of activation. This means that although the muscle fibers are activated, they do little.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um bei dem Bestimmen der Aktivierbarkeit eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal zu berücksichtigen, wobei bei einer Stimulation der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur reduziert ist oder ausbleibt. Oberhalb der Aktivierungsschwelle kann dann eine Stimulation, beispielsweise mit deutlicher Reaktion der Atemmuskulatur, erfolgen. Wenn die Aktivierungsschwelle bekannt ist, kann die Stimulation besser z.B. mit einer Beatmung oder einer Spontanatmung synchronisiert werden. Beispielsweise werden rampenförmige Verläufe für die Stimulation verwendet, um die Stimulation für denIn some exemplary embodiments, the control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, with activation of the respiratory muscles being reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold. A stimulation can then take place above the activation threshold, for example with a clear reaction of the respiratory muscles. If the activation threshold is known, the stimulation can be better synchronized with ventilation or spontaneous breathing, for example. For example, ramped waveforms are used for stimulation to increase stimulation for the
Patienten möglich angenehm zu gestalten. Wenn die Rampe aber bei 0 beginnt, kann es einen deutlichen Zeitverzug bis zur eigentlichen Reaktion der Atemmuskulatur geben, denn wegen der endlichen Rampensteilheit kann es eine Weile dauern, bis die Aktivierungsschwelle überschritten ist. to make patients as comfortable as possible. However, if the ramp starts at 0, there may be a significant time delay before the respiratory muscles actually react given, because due to the finite ramp steepness it can take a while until the activation threshold is exceeded.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit weiter ausgebildet sein, um einen durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck, Pstim, ein durch Stimulation erzeugbares Atemvolumen, Volstim, und/oder eine durch Stimulation erzeugbare Atemarbeit des Patienten zu bestimmen. Damit kann eine Stimulationswirkung und eine Stimulationsintensität basierend auf einem gewünschten Unterstützungsgrad für die Stimulation ermittelt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ferner ein pneumatisches Diagnosemanöver zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters durchzuführen und um die ein oder mehreren Zustandsparameter ferner basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter zu bestimmen. Die Berücksichtigung des pneumatischen Beatmungsparameters kann zu einer zuverlässigeren Bestimmung der ein oder mehreren Zustandsparameter beitragen. Das pneumatische Diagnosemanöver kann beispielsweise eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atemunterstützung des Patienten umfassen. Generell sind in Ausführungsbeispielen vielfältige Diagnosemanöver zur weiteren Bestimmung pneumatischer Parameter denkbar. In further exemplary embodiments, the control unit can be further designed to determine a respiratory muscle pressure, Pstim, that can be generated by stimulation, a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a work of breathing of the patient that can be generated by stimulation. A stimulation effect and a stimulation intensity can thus be determined based on a desired degree of support for the stimulation. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to also carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to also determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter. Taking the pneumatic ventilation parameter into account can contribute to a more reliable determination of the one or more state parameters. The diagnostic pneumatic maneuver may include, for example, occlusion, airflow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support. In general, a variety of diagnostic maneuvers for further determination of pneumatic parameters are conceivable in exemplary embodiments.
In manchen Ausführungsbeispielen kann das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, eines mechanomyographischen Signals, eines Ultraschallsignals, eines Signals eines Dehnungssensors, oder eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. Zumindest manche dieser Optionen bieten die Möglichkeit die Informationen oder Signale nicht-invasiv zu erfassen. In some exemplary embodiments, the detection of the measure of the patient's self-contribution can be carried out on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor will. At least some of these options offer the possibility of capturing the information or signals non-invasively.
Die Kontrolleinheit kann in weiteren Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. Damit kann die Muskulatur des Patienten zu einem gewissen Maß aktiviert und trainiert werden, sofern dies mit der Belastbarkeit der Muskulatur vereinbar ist. Die Kontrolleinheit kann auch ausgebildet sein, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Beeinflussen einer Medikamentengabe auszugeben. Damit kann einer Überlastung der Muskulatur und auch des Lungengewebes vorgebeugt werden, insbesondere wenn der Grad der spontanen Aktivität des Patienten die Belastbarkeit überschreitet, kann so einer Schädigung der Muskulatur vorgebeugt werden. Wenn der treibende Druck (zu dem der Muskeldruck direkt beiträgt) und damit auch das Tidalvolumen zu hoch sind, kann die Lunge durch Baro- bzw. Volutrauma und wiederholtes Eröffnen und Zusammenfallen von Lungenarealen geschädigt werden. Eine lungenprotektive Beatmung vermeidet dies. Ausführungsbeispiele können so eine zwerchfellprotektive als auch eine lungenprotektive Beatmung ermöglichen. In further exemplary embodiments, the control unit can be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself. The patient's musculature can thus be activated and trained to a certain extent, provided this is compatible with the resilience of the musculature. The control unit can also be designed to emit a signal for influencing the administration of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself. This can prevent overloading of the muscles and also the lung tissue, especially if the degree of spontaneous activity of the patient exceeds the patient's capacity prevent muscle damage. If the driving pressure (to which muscle pressure contributes directly) and thus the tidal volume are too high, the lungs can be damaged by baro- or volutrauma and repeated opening and collapse of lung areas. Lung-protective ventilation avoids this. Exemplary embodiments can thus enable ventilation that protects the diaphragm and protects the lungs.
In Ausführungsbeispielen sind dabei verschiedene Regelmechanismen denkbar. Die Kontrolleinheit kann beispielsweise ausgebildet sein, um die Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters zu regeln. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um den vom Patienten selbst geleisteten Anteil basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung zu regeln. In Ausführungsbeispielen kann so eine effiziente Regelung erfolgen. Dabei kann das gesamte und das vom Patienten selbst erbrachte Atemvolumen durch die Kontrolleinheit überwacht und geregelt werden. Darüber hinaus kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die vom Patienten selbst erbrachte Atemarbeit zu regeln und zu überwachen. Gleichzeitig kann auch eine Oxygenierung des Patienten durch die Kontrolleinheit überwacht und/oder geregelt werden. In Ausführungsbeispielen kann so eine umfängliche Überwachung und Beatmungsregelung durchgeführt werden. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. Damit kann eine synchrone und damit für den Patienten angenehmere Beatmungsunterstützung erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann es auch vorteilhaft sein, das Unterstützen nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus zu richten, beispielsweise wenn keine oder eine sehr geringe Eigenaktivität des Patienten vorliegt. Die Kontrolleinheit kann also ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, und andernfalls um das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus zu richten, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und um bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In Ausführungsbeispielen kann dann auf der Grundlage des Patientenzustands die Beatmungsunterstützung angepasst und synchronisiert werden. In einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz basiert. Damit kann die Unterstützung ferner an der Effizienz der Atemmuskulatur ausgerichtet werden. Die Kontrolleinheit kann darüber hinaus ausgebildet sein, um eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Aktivierbarkeit basiert. Demnach kann dann auch eine Aktivierbarkeit bei der Beatmungsunterstützung berücksichtigt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Erschöpfung basiert und diese damit auch berücksichtigt werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Belastbarkeit eine atemmechanische Grundlast zu bestimmen und eine maximal mögliche Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. Damit kann beispielsweise bei einer zumutbaren Atemanstrengung auch die Grundlast berücksichtigt werden. DieVarious control mechanisms are conceivable in exemplary embodiments. The control unit can be designed, for example, to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to regulate the portion performed by the patient himself based on a portion of the ventilation specified as a secondary goal. Efficient regulation can thus take place in exemplary embodiments. The entire respiratory volume and that provided by the patient himself can be monitored and regulated by the control unit. In addition, the control unit can be designed to regulate and monitor the work of breathing performed by the patient himself. At the same time, the patient's oxygenation can also be monitored and/or regulated by the control unit. In exemplary embodiments, comprehensive monitoring and ventilation control can be carried out in this way. The control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient. This means that ventilation support can be synchronous and therefore more comfortable for the patient. In further exemplary embodiments, it can also be advantageous to direct the support according to a respiratory rhythm predetermined by the influencing, for example if there is little or no intrinsic activity on the part of the patient. The control unit can therefore be designed to direct the influencing and the support according to a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to direct the support according to a respiratory rhythm specified by a stimulation, provided that the patient does not spontaneously act is present or harmful and, in the absence of a stimulation effect, to direct the support to a respiratory rhythm predetermined by pneumatic ventilation. In exemplary embodiments, ventilation support can then be adjusted and synchronized based on the patient's condition. In some further exemplary embodiments, the control unit can be designed to determine an efficiency of the respiratory muscles of the patient, with the assisting also being based on the efficiency. This means that the support can also be adjusted to the efficiency of the respiratory muscles. The control unit can also be designed to determine whether the patient's respiratory muscles can be activated, with the support also being based on the ability to be activated. Accordingly, an activatability in ventilation support can then also be taken into account. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to determine exhaustion of the patient's respiratory muscles, with the support also being based on the exhaustion, which can therefore also be taken into account. In some exemplary embodiments, the control unit can be designed to determine a basic mechanical breathing load and to determine a maximum possible breathing effort by the patient in order to determine the exercise capacity. In this way, for example, the basic load can also be taken into account in the case of a reasonable breathing effort. the
Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um die maximal mögliche Atemanstrengung z.B. durch Durchführen einer Twitch-Stimulation zu bestimmen. Damit kann eine effektive Bestimmung der maximalen Atemanstrengung ermöglicht werden. In einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit auch ausgebildet sein, um ferner ein Maß für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. Das Maß für die Belastbarkeit kann verwendet werden, um einer Überlastung der Atemmuskulatur vorzubeugen. Das Maß für die Belastbarkeit kann z.B. auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basieren, was eine effiziente Bestimmung des Maßes erlauben kann. Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um ferner ein Maß für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. Die Effizienz kann beispielsweise dazu beitragen bei der Beatmung ein Verhältnis aus pneumatischer und stimulativer Atemunterstützung zu finden, wobei die pneumatische Unterstützung dem Patienten Atemarbeit abnimmt und die stimulative Unterstützung dem Patienten Arbeit zumutet. Das Maß für die Effizienz kann beispielsweise ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen und dem Aktivierungssignal umfassen. Ergänzend oder alternativ kann das Maß für die Effizienz beispielsweise auch ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfassen. Die Kontrolleinheit kann darüber hinaus ausgebildet sein, um Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter über die ein oder mehreren Schnittstellen auszugeben. In manchen Ausführungsbeispielen kann eine Erfassung des Therapiefortschritts in nicht-invasivem Therapieverfahren erfolgen. Beispielsweise wird die Effizienz der Atemmuskulatur, deren Belastbarkeit, ggf. Erschöpfungsgrad, usw. überwacht. The control unit can be designed to determine the maximum possible breathing effort, for example by carrying out a twitch stimulation. This enables an effective determination of the maximum respiratory effort. In some further exemplary embodiments, the control unit can also be designed to also determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles. The measure of endurance can be used to prevent overloading of the respiratory muscles. The measure of the exercise capacity can be based, for example, on a relationship between a base load, PmusBase, and a maximum attainable respiratory effort, PmusMax, of the patient, which can allow an efficient determination of the measure. The control unit can be designed to also determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles. The efficiency can, for example, help to find a balance between pneumatic and stimulative breathing support during ventilation, with the pneumatic support relieving the patient of the work of breathing and the stimulative support requiring the patient to work. The measure of the efficiency can include, for example, a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal. In addition or as an alternative, the measure of the efficiency can also include, for example, a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal. The control unit can also be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces. In some exemplary embodiments, the progress of therapy can be recorded in a non-invasive therapy method. For example, the efficiency of the respiratory muscles, their resilience, degree of exhaustion, etc. are monitored.
Darüber hinaus kann die vom Patienten zu leistende Atemanstrengung vorgegeben werden. Beispielsweise wird aus einem EMG-Signal ein Volumen/Flow bestimmt und dann WOB/Pmus/FlowMus/VolMus vorgegeben. Es kann auch eine Festlegung des „Taktgebers“ abhängig von der Patienten-/Beatmungssituation erfolgen. In Ausführungsbeispielen kann auch eine Erfassung/Festlegung des Anteils der Atemanstrengung für den Patienten spontan und stimuliert, beispielsweise über ein Beatmungsgerät, erfolgen. Darüber hinaus kann eine Automatisierung mit dem Ziel der Erhöhung der Belastbarkeit und schließlich Entwöhnung stattfinden. Dabei kann die zu leistende Atemanstrengung bezogen auf die maximal erbringbare Anstrengung vorgegeben werden. Dabei kann ein regel basiertes System zur Beatmung bereitgestellt werden, das beispielsweise entsprechende Trajektorien oder einen Therapieplan vorgibt. In addition, the respiratory effort to be made by the patient can be specified. For example, a volume/flow is determined from an EMG signal and WOB/Pmus/FlowMus/VolMus is then specified. The “pace generator” can also be defined depending on the patient/ventilation situation. In exemplary embodiments, the proportion of the respiratory effort for the patient can also be recorded/determined spontaneously and in a stimulated manner, for example via a ventilator. In addition, automation can take place with the aim of increasing resilience and eventually weaning. The respiratory effort to be made can be specified in relation to the maximum effort that can be achieved. In this case, a rule-based ventilation system can be provided which, for example, specifies appropriate trajectories or a therapy plan.
Die oben genannten Ausführungen sind hauptsächlich in Bezug auf die Vorrichtung gemacht worden und gelten ebenso für die jeweiligen Verfahrensschritte des Verfahrens. So kann das Unterstützen ein druckkontrolliertes oder ein volumenkontrolliertes Beatmen umfassen. Das Unterstützen kann auch ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. Das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil kann auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz- Myographie, eines mechanomyographischen Signals, eines Ultraschallsignals, eines Signals eines Dehnungssensors, oder eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. Das Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils kann ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten und/oder ein Beeinflussen einer Medikamentengabe umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Regeln der Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters umfassen. Das Verfahren 20 kann auch ein Regeln des vom Patienten selbst geleisteten Anteils basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteils an der Beatmung umfassen. Ergänzend oder alternativ kann ein Überwachen und ein Regeln des gesamten und des vom Patienten selbst erbrachten Atemvolumens, der vom Patienten selbst erbrachten Atemarbeit und/oder einer Oxygenierung des Patienten erfolgen. In manchen Ausführungsbeispielen kann sich das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus oder nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus richten. Das Beeinflussen und das Unterstützen können sich nach einem vom Patienten vorgegeben Atemrhythmus richten sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, wobei sich andernfalls das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus richtet, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und wobei sich bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus richtet. Darüber hinaus kann in Ausführungsbeispielen ein Bestimmen einer Effizienz, einer Aktivierbarkeit und/oder einer Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten erfolgen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz, der Aktivierbarkeit und/oder der Erschöpfung basiert. Das Bestimmen der Belastbarkeit kann ein Bestimmen einer atemmechanischen Grundlast und ein Erfassen einer maximal möglichen Atemanstrengung des Patienten umfassen. Das Erfassen der maximal möglichen Atemanstrengung kann ein Durchführen einer Twitch-Stimulation umfassen. Ausführungsbeispiele können eine Kombination aus Beatmung und Muskelstimulation für die Diagnostik erlauben. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele einen Mechanismus für ein automatisches Therapieverfahren oder -System bereitstellen, das eine Kombination von Atemmuskelstimulation und Beatmung benutzt. Der Mechanismus übersetzt das für die Therapie notwendige Zielsignal in ein entsprechendes Steuersignal (z.B. den angestrebten Muskeldruck in die Stimulationsintensität), damit sowohl Muskelstimulation als auch Beatmung auf ihre Wirkung bezogen gesteuert werden können. Ausführungsbeispiele können ein System unterstützen, das eine wirkungsvolle und weitgehend automatisierte Therapie für Patienten ermöglicht. Patienten können beispielsweise aus Gründen eines mangelhaften Gasaustauschs und/oder einer beschränkten Atemmuskelpumpfunktion eine Atemunterstützung oder maschinelle Beatmung benötigen. Ausführungsbeispiele können ferner ein automatisches Therapieverfahren und -System schaffen, das eine Kombination von Atemmuskelstimulation und Beatmung umfasst. Damit kann eine wirkungsvolle und weitgehend automatisierte Therapie für Patienten ermöglicht werden, die aus Gründen eines mangelhaften Gasaustauschs und/oder einer beschränkten Atemmuskelpumpfunktion eine Atem Unterstützung oder maschinelle Beatmung benötigen. Anders als in der konventionellen Beatmung, soll das System sowohl die Aktivität der Atemmuskulatur - vorzugsweise die inspiratorischeThe statements above have been made mainly in relation to the device and also apply to the respective method steps of the method. Support can include pressure-controlled or volume-controlled ventilation. Assisting may also include stimulating the patient's respiratory muscles. The determination of the measure of the contribution made by the patient can be carried out on the basis of an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor. Influencing the portion performed by the patient himself can include stimulating the patient's respiratory muscles and/or influencing the administration of medication. The method can also include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. The method 20 can also include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal. In addition or as an alternative, the total respiratory volume and that provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself and/or oxygenation of the patient can be monitored and regulated. In some exemplary embodiments, the influencing and the supporting can be based on a patient-specified Breathing rhythm or according to a breathing rhythm predetermined by the influencing. Influencing and supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, while otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by stimulation, provided that the patient's spontaneous activity is non-existent or harmful and with In the absence of a stimulation effect, the support is based on a respiratory rhythm specified by pneumatic ventilation. In addition, in exemplary embodiments, an efficiency, an activatability and/or an exhaustion of the patient's respiratory muscles can be determined, with the support also being based on the efficiency, the activatability and/or the exhaustion. Determining the resilience can include determining a basic respiratory load and detecting a maximum possible respiratory effort by the patient. Capturing the maximum possible respiratory effort may include performing twitch stimulation. Embodiments can allow a combination of ventilation and muscle stimulation for diagnostics. For example, embodiments may provide a mechanism for an automated therapy method or system that uses a combination of respiratory muscle stimulation and ventilation. The mechanism translates the target signal required for the therapy into a corresponding control signal (e.g. the desired muscle pressure into the stimulation intensity) so that both muscle stimulation and ventilation can be controlled in relation to their effect. Embodiments can support a system that enables effective and largely automated therapy for patients. Patients may require respiratory support or mechanical ventilation for reasons such as poor gas exchange and/or impaired respiratory muscle pump function. Embodiments may further provide an automated therapy method and system that includes a combination of respiratory muscle stimulation and ventilation. In this way, an effective and largely automated therapy can be made possible for patients who need respiratory support or mechanical ventilation for reasons of inadequate gas exchange and/or a limited respiratory muscle pump function. In contrast to conventional ventilation, the system should monitor both the activity of the respiratory muscles - preferably the inspiratory
Atemmuskulatur, maßgeblich das Zwerchfell - als auch den Gasaustausch in der Lunge adäquat überwachen und steuern. Unter herkömmlicher Beatmung entstehen häufig Schäden an Lunge (auch engl. „Ventilator induced lung injury“, VI LI) und/oder Zwerchfell (auch engl. „Ventilator induced diaphragm dysfunction“, VIDD). Der treibende Druck (Summe aus Beatmungsdruck und Muskeldruck) kann zu einem zu hohen Tidalvolumen führen und dadurch die Lunge schädigen. Die Atemmuskulatur kann wegen Überlastung erschöpfen oderwegen zu wenig Aktivität atrophieren. Im letzteren Fall kommt es zusätzlich häufig zu Lungenschäden, da die notwendige umfassende Positiv-Druckbeatmung das Lungengewebe stärker schädigt, als wenn der Atemmuskel während der Inspiration mit Negativdruck mitzieht [E25] adequately monitor and control the respiratory muscles, primarily the diaphragm - as well as the gas exchange in the lungs. arise under conventional ventilation frequent damage to the lungs (also known as “ventilator induced lung injury”, VI LI) and/or diaphragm (also known as “ventilator induced diaphragm dysfunction”, VIDD). The driving pressure (sum of ventilation pressure and muscle pressure) can lead to an excessive tidal volume and thus damage the lungs. The respiratory muscles can become fatigued from overuse or atrophy from underactivity. In the latter case, lung damage also often occurs, since the necessary comprehensive positive pressure ventilation damages the lung tissue more than if the respiratory muscle pulls along with negative pressure during inspiration [E25].
In einigen Ausführungsbeispielen kann mittels sEMG oder mittels einer anderen geeigneten Technologie ein Maß für die vom Patienten selbst geleistete Arbeit, wie auch die ein Maß für die Atemmuskelaktivierung, vorzugsweise der Muskeldruck, erfasst werden. Beispielsweise kann das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil, bzw. des Maßes der Muskelaktivierung auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz- Myographie, eines mechanomyographischen Signals, eines Ultraschallsignals, eines Signals eines Dehnungssensors, oder eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. Statt Muskeldruck Pmus könnte auch der Anteil des Flusses, der von der Muskulatur verursacht wird, FlowMus, erfasst werden [E29] In some embodiments, a measure of the work done by the patient himself, as well as a measure of respiratory muscle activation, preferably muscle pressure, may be captured using sEMG or other suitable technology. For example, the detection of the measure of the patient's own contribution, or the measure of muscle activation on the basis of an electromyographic signal, a signal from an electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or of a signal from an esophageal pressure sensor. Instead of muscle pressure Pmus, the proportion of the flow caused by the muscles, FlowMus, could also be recorded [E29]
In manchen Ausführungsbeispielen kann FlowMus dem Pmus vorgezogen werden.In some embodiments, FlowMus may be preferred over Pmus.
Eine weitere Alternative wäre die Atemarbeit (WOB), die sich aus dem Muskeldruck Pmus oder dem FlowMus durch Integration berechnen lässt zu: Another alternative would be the work of breathing (WOB), which can be calculated from the muscle pressure Pmus or the FlowMus by integrating:
WOBmus = ʃPmus(t) · Flow(t) dt = ʃP(t) · FlowMus(t) dt. WOBmus = ʃPmus(t) Flow(t) dt = ʃP(t) FlowMus(t) dt.
Aus Gründen der Einfachheit wird im Folgenden nur von „Muskeldruck“ gesprochen, wobei die anderen Maße explizit eingeschlossen sind. For the sake of simplicity, only "muscle pressure" is mentioned below, with the other dimensions being explicitly included.
In Ausführungsbeispielen kann das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit zumindest ein Element aus der Gruppe: von einem Muskeldruck, Pmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck, Paw, oder einem gesamten treibenden Druck, Pdrv; einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss, Flow; einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen, Volmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen, Vol; und - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit ist, WOBmus, absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit, WOB, umfassen. In exemplary embodiments, the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group: from a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv; a respiratory gas flow, Flowmus, caused by the musculature of the patient, absolute or relative to a total respiratory gas flow, Flow; a tidal volume, Volmus, caused by the patient's musculature, absolute or relative to a total tidal volume, Vol; and - a work of breathing performed by the patient himself, WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB.
Der Zusammenhang zwischen Pmus und dem treibenden Druck oder dem Atemwegsdruck lautet wie folgt: The relationship between Pmus and the driving pressure or airway pressure is as follows:
Wenn Pmus = fac * Pdrv, dann gilt Pmus/fac = Pdrv Paw + Pmus oder Pmus = fac/(1 - fac) * Paw. If Pmus = fac * Pdrv, then Pmus/fac = Pdrv Paw + Pmus or Pmus = fac/(1 - fac) * Paw.
Darüber hinaus kann bezogen auf dieses Maß ein sekundäres Therapieziel (vorzugsweise im Sinne eines Korridors) vorgegeben werden. Beispielsweise ist die Kontrolleinheit 14 ausgebildet, um die Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters zu regeln. Die Kontrolleinheit 14 kann dann zumindest in manchen Ausführungsbeispielen auch ausgebildet sein, um den vom Patienten selbst geleisteten Anteil basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung zu regeln, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Beispielsweise kann mittels magnetischer oder elektrischer (oder anders gearteter) Stimulation der Atemmuskulatur Atemmuskeldruck jenseits der Spontanaktivität erzeugt werden. Die Stimulation kann direkt durch Aktivierung der Muskelfasern oder indirekt durch Reizung der speisenden efferenten Nerven erfolgen. Die Kontrolleinheit ist dann ausgebildet, um zum Unterstützen ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. Die Kontrolleinheit kann auch ausgebildet sein, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. In addition, based on this measure, a secondary therapy goal (preferably in the sense of a corridor) can be specified. For example, the control unit 14 is designed to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. The control unit 14 can then, at least in some exemplary embodiments, also be designed to regulate the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal, as will be explained in more detail below. For example, respiratory muscle pressure beyond spontaneous activity can be generated by means of magnetic or electrical (or other types of) stimulation of the respiratory muscles. The stimulation can be direct by activating the muscle fibers or indirectly by stimulating the feeding efferent nerves. The control unit is then designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles for support. The control unit can also be designed to emit a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann gegebenenfalls mittels automatischer Gabe von Medikamenten (z.B. Sedativa oder Relaxantien) der durch Spontanatmung entstehende Muskeldruck gesenkt werden. Die Kontrolleinheit ist dann ausgebildet, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Beeinflussen einer Medikamentengabe auszugeben. Mittels eines angeschlossenen Beatmungsgeräts kann sichergestellt werden, dass als primäres Therapieziel der Patient grundsätzlich hinreichend Minutenvolumen bekommt und die Oxygenierung über FiO2-Einstellung gewährleistet ist. Die Kontrolleinheit ist dann ausgebildet, um zum Unterstützen ein Signal zur druckkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmung auszugeben. So kann auch sichergestellt werden, dass bei mangelhafter Belastbarkeit des Atemmuskels eine Druckunterstützung geleistet wird und bei mangelhafter Spontanaktivität und unzureichender Stimulationswirkung eine mechanische Beatmung durchgeführt wird. Demnach kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das gesamte und das vom Patienten selbst erbrachte Atemvolumen, die vom Patienten selbst erbrachte Atemarbeit und/oder eine Oxygenierung des Patienten zu überwachen und zu regeln. Anders als bisherige verfügbare Therapiegeräte können zumindest manche Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen Systems gleichzeitig den Schutz der Lunge als auch der Atemmuskulatur, insbesondere des Zwerchfells, bieten oder im Fokus haben. Es ist damit zu rechnen, dass durch dessen Anwendung die Zahl der durch VILI oder VIDD betroffenen Patienten reduziert wird. Ein wichtiger physiologischer Grund für die Verbesserung der Therapie liegt, darin, dass das Zwerchfell - je nach Belastbarkeit - während der Inspiration möglichst immer aktiv mitziehen soll, ohne dass dadurch eine Lungenschädigung (durch zu hohen treibenden Druck) entsteht. Der durch das Zwerchfell verursachte negative Druck hat, was die Schädigung des Gewebes angeht, einen großen Vorteil vor der Positiv-Druckbeatmung [E25] In further exemplary embodiments, the muscle pressure resulting from spontaneous breathing can be reduced, if necessary by automatically administering medication (eg sedatives or relaxants). The control unit is then designed to emit a signal for influencing the dispensing of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself. A connected ventilator can be used to ensure that the patient receives sufficient minute volume as the primary goal of therapy and that oxygenation via the FiO 2 setting is guaranteed. The control unit is then designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation to provide support. In this way, it can also be ensured that pressure support is provided if the respiratory muscle is not able to bear the load, and if spontaneous activity is insufficient and the stimulation effect is insufficient mechanical ventilation is performed. Accordingly, the control unit can be designed to monitor and regulate the total respiratory volume and the respiratory volume provided by the patient himself, the work of breathing performed by the patient himself and/or oxygenation of the patient. In contrast to previously available therapy devices, at least some exemplary embodiments of the system described here can simultaneously offer or focus on protecting the lungs and the respiratory muscles, in particular the diaphragm. Its use is expected to reduce the number of patients affected by VILI or VIDD. An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure). The negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation in terms of tissue damage [E25]
Für die Realisierung eines Systems und eines Verfahrens, das es erlaubt, Beatmung und Stimulation z.B. mit Blick auf den zu leistenden Atemmuskeldruck adäquat zu adjustieren und zu koordinieren, werden vorzugsweise verschiedene Komponenten miteinander kombiniert: ein Beatmungsgerät, ein Stimulator (Aktoreinheit) und eine Sensoreinheit. Dabei soll die Sensoreinheit (bspw. sEMG-Amplifier) das Aktivierungssignal erfassen und mithilfe pneumatischer Information den Atemmuskeldruck berechnen. Der Stimulator (Aktoreinheit) hingegen soll aus Ist- und Sollwert einer Zielgröße (z.B. Muskelaktivierung, Atemwegsfluss, Ösophagus- oder Muskeldruck) ein Stimulationssignal erzeugen und ggf. den Kernel bzw. Parameter der Systemimpulsantwort identifizieren. Die Komponenten sind über die entsprechenden Schnittstellen miteinander verbunden. To implement a system and a method that allows ventilation and stimulation to be adjusted and coordinated, e.g. The sensor unit (e.g. sEMG amplifier) should record the activation signal and calculate the respiratory muscle pressure using pneumatic information. The stimulator (actuator unit), on the other hand, should generate a stimulation signal from the actual and target value of a target variable (e.g. muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure) and, if necessary, identify the kernel or parameters of the system impulse response. The components are connected to each other via the appropriate interfaces.
In Ausführungsbeispielen umfasst ein Beatmungssystem beispielsweise ein Beatmungsgerät mit der Möglichkeit einer maschinellen druck- oder volumenkontrollierten Beatmung, einer getriggerten Druckunterstützung und ggf. In exemplary embodiments, a ventilator system includes, for example, a ventilator with the option of mechanical pressure or volume-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary,
Proportionalunterstützung der Patientenanstrengung. Das Beatmungsgerät kann über eine Möglichkeit der Atemwegsfluss- und -druckmessung verfügen und die hierin beschriebenen Vorrichtungen umfassen. Proportional support to patient effort. The ventilator may have airway flow and pressure measurement capability and may include the devices described herein.
Wenn keine Sensoreinheit verfügbar ist, kann das Muskeldrucksignal trotzdem berechnet werden. Allerdings ist die Berechnung weniger genau, wenn sie allein auf den pneumatischen Signalen der Sensoren des Beatmungsgerätes beruht. Das Beatmungsgerät kann über die Möglichkeit verfügen, den Sedierungsgrad des Patienten zu verändern. Eine tiefere Sedierung reduziert bspw. die Spontanatemtätigkeit. Normalerweise wird versucht, Patienten mit möglichst wenig Sedativa oder Relaxantien zu beatmen. Falls der Atemmuskeldruck zu groß ist und daher Lunge und Zwerchfell geschädigt werden können, kann er durch Gabe einer geeigneten Menge von Sedativa oder Relaxantien reduziert werden. If no sensor unit is available, the muscle pressure signal can still be calculated. However, the calculation is less accurate when based solely on the pneumatic signals from the ventilator's sensors. The ventilator may have the ability to adjust the sedation level of the to change patients. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible. If the respiratory muscle pressure is too great and therefore the lungs and diaphragm can be damaged, it can be reduced by administering an appropriate amount of sedatives or relaxants.
In manchen Ausführungsbeispielen kann das Beatmungssystem auch eine Aktoreinheit (Stimulator) zur Stimulation (z.B., elektrisch, per Ultraschall oder vorzugsweise magnetisch) der Atemmuskulatur umfassen, die auch potentiell die beschrieben Vorrichtungen umfassen kann. Die Anwendung des Aktors erfolgt vorzugsweise nicht invasiv an der Körperoberfläche, z.B., mittels Stimulationselektroden oder -spulen. Der Aktor kann durch Vorgabe einer zeitabhängigen Stimulationsintensität Istim(t) direkt angesteuert werden. Allerdings ist es wünschenswert, die Wirkung der Stimulation feingranular zu steuern. Als Zielgröße kommt z.B. ein Maß für die Aktivierung der Muskulatur, der verursachte Atemwegsfluss oder vorzugsweise der durch die Kontraktion erzielte Muskeldruck in Frage. Hierfür ist eine sensorische Rückkopplung der Zielgröße notwendig (z.B. die eingelesene EMG-, EIM-, oder MMG-Hüllkurve als Maß für die Muskelaktivierung, das Flusssignal oder der berechnete Muskeldruck Pmus). Nach Vorgabe dieser zeitabhängigen Zielgröße stimuliert der Aktor dann so, dass der Sollwert erreicht wird, d.h., dass der gemessene (eingelesene) Istwert möglichst genau mit dem Sollwert übereinstimmt. D.h., die Stimulation erfolgt in einer Weise, dass sie eine bestimmte Wirkung erzielt. Stimulationsintensität wird entsprechend (ggf. kontinuierlich) angepasst. In some exemplary embodiments, the ventilation system can also include an actuator unit (stimulator) for stimulating (e.g. electrically, ultrasonically or preferably magnetically) the respiratory muscles, which can also potentially include the devices described. The actuator is preferably used non-invasively on the body surface, e.g. by means of stimulation electrodes or coils. The actuator can be controlled directly by specifying a time-dependent stimulation intensity Istim(t). However, it is desirable to control the effect of the stimulation in a fine-grained manner. A measure of the activation of the muscles, the airway flow caused or preferably the muscle pressure achieved by the contraction can be considered as a target variable. This requires sensory feedback of the target variable (e.g. the read EMG, EIM, or MMG envelope curve as a measure of muscle activation, the flow signal or the calculated muscle pressure Pmus). After specifying this time-dependent target variable, the actuator then stimulates in such a way that the target value is reached, i.e. the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible. This means that the stimulation is carried out in such a way that it achieves a specific effect. The stimulation intensity is adjusted accordingly (continuously if necessary).
Die/der durch spontane Atemaktivität verursachte uskelaktivierung/Fluss/Muskeldruck wird als Fehlersignal interpretiert. Dieses Fehlersignal kann auf einem GUI (von engl „graphical user interface“, grafische Nutzerschnittstelle) darstellbar sein, da es therapeutischen oder/und diagnostischen Wert hat. Beispielsweise würde nur dann stimuliert, wenn der vorgegebene gesamte patientenseitige Muskeldruck größer als der aktuelle patientenseitige Muskeldruck ist. Im anderen Fall würde nicht stimuliert, ggf. könnte man die Sedierung erhöhen, um das Fehlersignal (den spontanen Muskeldruck) zu reduzieren. Alternativ könnte ein Volumensignal als Maß für die Aktivierung der Atemmuskulatur verwendet werden, z.B. der Anteil des Volumens oder Flusses der durch die Muskelaktivierung verursacht wird (FlowMus oder VolMus) [E29] Muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is interpreted as an error signal. This error signal can be displayed on a GUI (graphical user interface), since it has therapeutic and/or diagnostic value. For example, stimulation would only take place if the specified total patient-side muscle pressure is greater than the current patient-side muscle pressure. In the other case, there would be no stimulation; if necessary, the sedation could be increased in order to reduce the error signal (the spontaneous muscle pressure). Alternatively, a volume signal could be used as a measure of respiratory muscle activation, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation (FlowMus or VolMus) [E29]
Die Aktoreinheit berücksichtigt beispielsweise die Signalqualität der Signale, die für die Stimulationswirkung notwendig sind. Bei nicht hinreichender Signalqualität (z.B. des sEMG der Atemmuskulatur als Voraussetzung für die Berechnung des Muskeldrucks) kann das betreuende klinische Personal darauf aufmerksam gemacht werden (Alarm). Der eigentlich vom Patienten zu leistende Muskeldruck könnte dann ggf. automatisch vom Beatmungsgerät im Rahmen einer Druckunterstützung übernommen werden (Fallback). For example, the actuator unit takes into account the signal quality of the signals that are necessary for the stimulation effect. If the signal quality is insufficient (e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure) the attending clinical staff can be made aware of this (alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
In Ausführungsbeispielen kann das Beatmungssystem auch eine Sensoreinheit zur Erfassung des Muskelaktivierungssignals, vorzugsweise des Elektromyogramms des Zwerchfells mittels Oberflächenelektroden umfassen. Die Sensoreinheit soll gleichzeitig mit der Stimulation funktionieren. Daher besteht im Allgemeinen dieIn exemplary embodiments, the ventilation system can also include a sensor unit for detecting the muscle activation signal, preferably the electromyogram of the diaphragm, using surface electrodes. The sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore, in general, there is the
Notwendigkeit, Stimulationsartefakte beim erfassten Stimulationssignal zu vermeiden oder quasi in Echtzeit zu entfernen. Beispielsweise können auch Verlässlichkeitsmaße bestimmt werden, um Artefakteinflüsse (z.B. durch Bewegung) auf die Schätzung zu minimieren. Weiterhin erfasst die Sensoreinheit die Qualität des erfassten Muskelaktivierungssignals oder des berechneten Muskeldrucksignals, um gegenNecessity to avoid stimulation artefacts in the detected stimulation signal or to remove them in real time. For example, reliability measures can also be determined in order to minimize artefact influences (e.g. due to movement) on the estimation. Furthermore, the sensor unit detects the quality of the detected muscle activation signal or the calculated muscle pressure signal to counteract
Fehler und Artefakteinflüsse (z.B. Körperbewegung, Störsignale) gewappnet zu sein. Das klinische Personal kann bei mangelnder Qualität benachrichtigt oder das System in einen Fallback-Modus umgeschaltet werden. Ausführungsbeispiele können ein Therapieverfahren schaffen, das beispielsweise als nicht-invasives Therapieverfahren, bei dem abhängig vom Therapiefortschritt (z.B. Effizienz der Atemmuskulatur, Belastbarkeit oder Erschöpfungsgrad) die vom Patienten zu leistende Atemarbeit (absolut oder relativ) vorgegeben wird. Als primäres Therapieziel wird vom Arzt/klinischen Personal das Minutenvolumen, die Oxygenierung und/oder andere grundlegende Parameter der Beatmung vorgegeben. Zusätzlich kann nun auch der Anteil oder der absolute Wert (vorzugsweise im Sinne eines Korridors, also z.B. eine Trajektorie mit Margin) der vom Patienten zu leistenden Atemarbeit als sekundäres Ziel vorgegeben werden. Diese patientenseitige Atemarbeit teilt sich wiederum auf in einen spontanen Eigenanteil und einen Teil, der durch die Stimulation der Atemmuskulatur verursacht wird - vorzugsweise des Zwerchfells. Weiterhin erfolgt die Stimulation vorzugsweise magnetisch durch Aktivierung des Nervus Phrenicus am Hals. To be prepared for errors and artefact influences (e.g. body movement, interference signals). Clinical staff can be notified of poor quality or the system can be switched to a fallback mode. Exemplary embodiments can create a therapy method that can be used, for example, as a non-invasive therapy method in which the breathing work to be performed by the patient (absolute or relative) is specified depending on the therapy progress (e.g. efficiency of the respiratory muscles, resilience or degree of exhaustion). The minute volume, oxygenation and/or other basic ventilation parameters are specified by the doctor/clinical staff as the primary therapy goal. In addition, the proportion or the absolute value (preferably in the sense of a corridor, e.g. a trajectory with margin) of the breathing work to be performed by the patient can now be specified as a secondary goal. This breathing work on the part of the patient is in turn divided into a spontaneous part and a part that is caused by the stimulation of the respiratory muscles - preferably the diaphragm. Furthermore, the stimulation is preferably carried out magnetically by activating the phrenic nerve in the neck.
Der restliche Anteil der Arbeit, der notwendig ist, um das primäre Therapieziel zu erreichen, wird vom Beatmungsgerät geleistet. Wenn nun der Patient nicht in der Lage ist, im Rahmen einer so eingestellten Atemunterstützung sein Therapieziel zu erreichen, könnte mittels Stimulation der Inspirationsmuskulatur der Anteil der Eigenatmung erhöht werden. Auf der anderen Seite kann die Atemarbeit des Patienten aufgrund von Spontanatemtätigkeit größer werden als der vorgegebene Anteil. In diesem Fall wird die Stimulationsintensität reduziert oder ggf. der Grad der Sedierung bzw. die Rate der Sedativa oder Relaxantien erhöht. Das langfristige Ziel ist beispielsweise, dass der Patient möglichst seine Belastbarkeit erhält oder wenigstens schnell zurückgewinnt, um die komplette Atemarbeit selbst zu übernehmen. So ist eine Entwöhnung entweder gar nicht mehr nötig oder kurzfristig erreichbar. Praktisch wird wiederholt ein Maß für die Effizienz, Aktivierbarkeit, Belastbarkeit und dem Erschöpfungsgrad bestimmt und entsprechend der Anteil der gesamten vom Patienten zu erbringenden Atemarbeit (also die Summe mit und ohne Stimulation) angepasst. Entsprechend ist die Kontrolleinheit dann ausgebildet, um eine Effizienz derThe remaining portion of the work necessary to achieve the primary goal of therapy is performed by the ventilator. If the patient is now unable to achieve his/her therapy goal within the framework of respiratory support set in this way, the proportion of self-respiration could be increased by stimulating the inspiratory muscles. On the other hand, the patient's breathing work become larger than the specified proportion due to spontaneous breathing activity. In this case, the stimulation intensity is reduced or, if necessary, the degree of sedation or the rate of sedatives or relaxants is increased. The long-term goal is, for example, that the patient maintains his resilience as much as possible or at least regains it quickly so that he can do all the work of breathing himself. Weaning is either no longer necessary or attainable in the short term. In practice, a measure of the efficiency, activability, resilience and the degree of exhaustion is repeatedly determined and the proportion of the total work of breathing to be performed by the patient (i.e. the sum with and without stimulation) is adjusted accordingly. Accordingly, the control unit is then designed to increase the efficiency of the
Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz basiert. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Aktivierbarkeit basiert. Als weitere Option kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Erschöpfung der Atemmuskulatur desdetermining the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on efficiency. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to determine whether the respiratory muscles of the patient can be activated, with the support also being based on the ability to be activated. As a further option, the control unit can be designed to detect exhaustion of the respiratory muscles of the
Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Erschöpfung basiert. Die übrige Atemarbeit wird vom Beatmungsgerät übernommen. So kann beispielsweise eine Erschöpfung vermieden werden. Wenn das Zwerchfell nicht in der Lage ist, die geforderte Atemarbeit zu leisten (z.B. aufgrund von Fatigue, neuronaler Störung, Obstruktion, Restriktion oder anderer Pathologien), kann eine spezifisch eingestellte Kombination aus Muskelstimulation und pneumatischer Atemunterstützung weiterhelfen. Wenn der Patient muskulär, z.B. aufgrund von Fatigue, nicht in der Lage ist, spontan Atemhübe zu triggern und damit eine Unterstützung zu ermöglichen, wird als Fallback auf maschinelle Beatmung umgestellt. Der Atemrhythmus und die komplette Atemarbeit werden dann vom Beatmungsgerät geleistet. Gleichzeitig sollte eine leichte Stimulation zur Vermeidung von Muskelatrophie erfolgen, die mit der Beatmung synchronisiert ist. Die Synchronisation der Stimulation berücksichtigt sowohl Beginn als auch Ende der Atemhübe. So kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. Ergänzend oder alternativ kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Unterstützen nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. to determine patients, wherein the assisting is further based on the exhaustion. The ventilator does the rest of the work of breathing. For example, exhaustion can be avoided. If the diaphragm is unable to perform the required work of breathing (e.g. due to fatigue, neuronal dysfunction, obstruction, restriction or other pathology), a specifically adjusted combination of muscle stimulation and pneumatic respiratory support can help. If the patient's muscles, e.g. due to fatigue, are not able to spontaneously trigger respiratory strokes and thus enable support, mechanical ventilation is used as a fallback. The breathing rhythm and the complete work of breathing are then performed by the ventilator. At the same time, there should be light stimulation to avoid muscle atrophy, synchronized with ventilation. The synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths. The control unit can thus be designed to direct the influencing and the supporting according to a breathing rhythm specified by the patient. In addition or as an alternative, the control unit can be designed to direct the support according to a breathing rhythm predetermined by the influencing.
Zumindest in einigen Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist. Andernfalls richtet sich das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung richtet sich das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus. Dabei handelt es sich dann im eigentlichen Sinne nicht mehr um eine Unterstützung, sondern um eine mandatorische Beatmung. Wenn aus dem Aktivierungssignal (oder pneumatischen Signalen) zu urteilen eine Eigenatmung einsetzt, soll wieder von maschineller Beatmung auf Atemunterstützung gewechselt werden. Wenn der Patient muskulär zwar in der Lage wäre, Atemhübe zu triggern oder sogar eigenständig spontan zu atmen, aber z.B. aufgrund einer neuronalen Schädigung keine Muskelaktivierung erzeugt, dann kann die fehlende Spontanatmung durch Stimulation kompensiert werden. Das Beatmungsgerät detektiert diese stimulierten Atemanstrengungen und kann sie unterstützen, falls der Patient die gesamte Atemarbeit nicht selbst leisten kann. In Ausführungsbeispielen erfolgt eine Sicherstellung des primären Therapieziels. Das folgende Verfahren legt fest, wie eine hinreichende Ventilation und ggf. Oxygenierung gewährleistet wird und wie sowohl die Lunge (mit Blick auf das Volumen) als auch das Zwerchfell (mit Blick auf die Atemarbeit) geschützt werden. Es erfolgt grundsätzlich eine Überwachung des Volumens, um Schutz der Lunge (VT < VTmax) und hinreichende Ventilation (MV > MVmin) sicherzustellen. - Wenn das Tidalvolumen VT zu groß wird, muss Stimulationsintensität reduziert und ggf. Sedierung erhöht werden. - Wenn das Tidalvolumen VT zu klein und gleichzeitig die Atemfrequenz zu hoch wird, ist das ein Hinweis auf Fatigue/Erschöpfung (Rapid Shallow Breathing, schnelle flache Atmung). Die patientenseitige Atemarbeit muss reduziert (ggf. vordringlich durch Reduktion der Stimulationsintensität) und die Unterstützung erhöht werden. - Wenn das Minutenvolumen MV zu klein wird, muss je nach Belastbarkeit der Muskulatur die Stimulationsintensität oder die Unterstützung erhöht werden. At least in some exemplary embodiments, the control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless. Otherwise, the support is based on a breathing rhythm specified by a stimulation, provided there is no spontaneous activity on the part of the patient is present or harmful and if there is no stimulation effect, the support is based on a respiratory rhythm specified by pneumatic ventilation. It is then no longer a matter of support in the true sense of the word, but of mandatory ventilation. If the activation signal (or pneumatic signals) indicate that self-breathing begins, the patient should be switched back from mechanical ventilation to respiratory support. If the patient's muscles are able to trigger respiratory strokes or even to breathe spontaneously on their own, but the muscles are not activated due to neuronal damage, for example, then the lack of spontaneous breathing can be compensated for by stimulation. The ventilator detects these stimulated respiratory efforts and can support them if the patient is unable to do all the work of breathing on their own. In exemplary embodiments, the primary therapy goal is ensured. The following procedure defines how to ensure adequate ventilation and, if necessary, oxygenation and how to protect both the lungs (in terms of volume) and the diaphragm (in terms of the work of breathing). Volume is always monitored to ensure lung protection (VT < VTmax) and adequate ventilation (MV > MVmin). - If the tidal volume VT becomes too large, the stimulation intensity must be reduced and, if necessary, the sedation increased. - If the tidal volume VT becomes too small and at the same time the respiratory rate becomes too high, this is an indication of fatigue (rapid shallow breathing). The patient's work of breathing must be reduced (possibly by reducing the stimulation intensity) and the support increased. - If the minute volume MV is too small, the stimulation intensity or the support must be increased depending on the resilience of the muscles.
Es erfolgt grundsätzlich eine Überwachung der Atemarbeit, um das Zwerchfell zu schützen, also Atrophie (WOBmus < WOBmin) und Fatigue (WOBmus > WOBmax) zu vermeiden. - Wenn die patientenseitige Atemarbeit zu klein wird, droht Atrophie und eine Erhöhung wird angestrebt (durch Reduktion der Unterstützung vonseiten des Beatmungsgeräts oder/und durch Erhöhung der Stimulationsintensität). - Wenn die patientenseitige Atemarbeit zu groß wird, droht Erschöpfung/Fatigue und eine Reduktion wird angestrebt (durch Erhöhung der Unterstützung vonseiten des Beatmungsgeräts oder durch Reduktion der Stimulationsintensität). The work of breathing is always monitored in order to protect the diaphragm, i.e. to avoid atrophy (WOBmus < WOBmin) and fatigue (WOBmus > WOBmax). - If the patient's work of breathing becomes too small, there is a risk of atrophy and an increase is sought (by reducing the support provided by the ventilator and/or by increasing the stimulation intensity). - If the patient's work of breathing becomes too great, there is a risk of exhaustion/fatigue and a reduction is sought (by increasing support by the ventilator or by reducing the stimulation intensity).
Es erfolgt ggf. eine Überwachung der Oxygenierung mittels SpC>2-Sensorik. Abhängig vom Sättigungswert wird der PEEP (Positiver endexspiratorischer Druck) und der F1O2- Wert angepasst. Dies erfolgt vorzugsweise automatisch. If necessary, the oxygenation is monitored using SpC>2 sensors. Depending on the saturation value, the PEEP (positive end-expiratory pressure) and the F1O2 value are adjusted. This is preferably done automatically.
Als Taktgeber für die Synchronisation kommen in Ausführungsbeispielen mehrere Instanzen in Frage. Das folgende Verfahren legt beispielsweise fest, wer bzw. welche Komponente der „Taktgeber“ ist, d.h., den Atemrhythmus vorgibt. Der Patient ist vorzugsweise Taktgeber, wenn (hinreichend) Spontanaktivität vorhanden ist. - Die Muskelaktivierung wird vom EMG und der Beatmungsmaschine detektiert. - Die Stimulation wird abhängig vom Grad der Belastbarkeit der Muskulatur eingesetzt, um synchron zur Spontanaktivität die Muskelaktivierung zu verstärken und die Belastbarkeit zu erhöhen. In exemplary embodiments, several instances can be considered as clock generators for the synchronization. For example, the following procedure determines who or which component is the “pace generator,” i.e., sets the pace of breathing. The patient is preferably the pacemaker when there is (sufficient) spontaneous activity. - Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator. - The stimulation is used depending on the degree of resilience of the muscles, in order to increase muscle activation synchronously with spontaneous activity and increase resilience.
- Abhängig von der zu leistenden Atemarbeit und der Belastbarkeit erfolgt dann eine Unterstützung vonseiten der Beatmung synchron zur Muskelaktivierung. - Depending on the work of breathing to be performed and the resilience, ventilation is then assisted synchronously with muscle activation.
Alternativ ist die Stimulationseinheit Taktgeber, auch wenn Spontanaktivität vorhanden ist, insbesondere, wenn das Atemmuster für den Patienten schädlich ist. - Die Muskelaktivierung wird vom EMG und der Beatmungsmaschine detektiert. - Die Stimulationseinheit führt ein sog. „Pacing“ durch, d.h., sie gibt das Atemmuster vor. Dies ist vorzugsweise lungenprotektiv und energieoptimiert. - Es ist möglich (und auch wahrscheinlich), dass der Patient sich auf das lungenprotektive und energieoptimierte Stimulationsmuster einlässt und seineAlternatively, the stimulation unit is a pacemaker even when there is spontaneous activity, particularly when the breathing pattern is harmful to the patient. - Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator. - The stimulation unit carries out so-called "pacing", i.e. it specifies the breathing pattern. This is preferably lung-protective and energy-optimized. - It is possible (and probable) that the patient will accept the lung-protective and energy-optimized stimulation pattern and his
Spontanaktivität damit synchronisiert. Falls dies innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nicht geschieht, wird das Spontanaktivitätsmuster des Patienten als Grundlage für die Stimulation übernommen. - Die Stimulation wird abhängig vom Grad der Belastbarkeit der Muskulatur eingesetzt, um synchron zur Spontanaktivität die Muskelaktivierung zu verstärken und die Belastbarkeit zu erhöhen. Spontaneous activity synchronized with it. If this does not happen within a specified period of time, the patient's spontaneous activity pattern is used as the basis for the stimulation. - The stimulation is used depending on the degree of resilience of the muscles, in order to increase muscle activation synchronously with spontaneous activity and increase resilience.
- Abhängig von der zu leistenden Atemarbeit und der Belastbarkeit erfolgt eine Unterstützung vonseiten der Beatmung synchron zur Muskelaktivierung. - Depending on the work of breathing to be performed and the resilience, support from ventilation is provided synchronously with muscle activation.
Vorzugsweise ist die Stimulationseinheit Taktgeber, wenn keine (hinreichende) Spontanaktivität vorhanden ist. Dies erfordert eine zeitlich unbefristete Verfügbarkeit der Stimulation. Dabei wird abhängig vom Grad der Belastbarkeit der Muskulatur Stimulation eingesetzt, um eine adäquate Muskelaktivierung zu erreichen. - Das von der Stimulationseinheit vorgegebene Atemmuster ist vorzugsweise lungenprotektiv und energieoptimiert. - Die Muskelaktivierung wird vom EMG und der Beatmungsmaschine detektiert.The stimulation unit is preferably the clock when there is no (sufficient) spontaneous activity. This requires the stimulation to be available for an unlimited period of time. Depending on the degree of resilience of the muscles, stimulation is used in order to achieve adequate muscle activation. - The breathing pattern specified by the stimulation unit is preferably lung-protective and energy-optimized. - Muscle activation is detected by the EMG and the ventilator.
- Abhängig von der zu leistenden Atemarbeit und der Belastbarkeit erfolgt eine Unterstützung vonseiten der Beatmung synchron zur Muskelaktivierung. Alternativ oder für den Fall, dass die Stimulation nicht verfügbar oder die Stimulationswirkung nicht erzielbar ist, übernimmt das Beatmungsgerät die Rolle des Taktgebers. - Dabei wird eine kontrollierte maschinelle Beatmung (keine Unterstützung!) durchgeführt. - Synchron zur Beatmung erfolgt abhängig von der aktuellen Belastbarkeit der Muskulatur eine Stimulation, um eine erwünschte Muskelaktivierung zu erreichen, insbesondere um Atrophie zu vermeiden und Belastbarkeit zu erhöhen/aufrechtzuhalten. - Depending on the work of breathing to be performed and the resilience, support from ventilation is provided synchronously with muscle activation. Alternatively, or in the event that pacing is not available or the pacing effect is not achievable, the ventilator takes over the role of pacemaker. - Controlled mechanical ventilation (no support!) is carried out. - Simultaneously to ventilation, stimulation takes place depending on the current resilience of the muscles in order to achieve the desired muscle activation, in particular to avoid atrophy and increase/maintain resilience.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die automatische Beatmung und die Stimulation beispielsweise in diesen Schritten: - Das klinische Personal gibt initial ein primäres Therapieziel vorzugsweise über das GUI des Beatmungsgerätes ein. o Für das primäre Therapieziel (Aufrechterhaltung des C02-Abtransports und der Oxygenierung) wird vom Arzt/Klinikpersonal vorzugsweise das Minutenvolumen (MV), der PEEP und der Anteil des Sauerstoffs in der Atemluft (F1O2) vorgegeben. Alternativ zum MV können auch dasIn one exemplary embodiment, automatic ventilation and stimulation take place, for example, in the following steps: The clinical staff initially enters a primary therapy goal, preferably via the ventilator's GUI. o For the primary therapy goal (maintenance of CO 2 removal and oxygenation), the doctor/clinic staff preferably specifies the minute volume (MV), the PEEP and the proportion of oxygen in the respiratory air (F1O2). As an alternative to the MV, you can also do that
Tidalvolumen (VT) in Verbindung mit der Atemrate oder Atemzugsdauer eingestellt werden. Die bloße Vorgabe des Inspirationsdrucks reicht nicht, da das verabreichte Volumen abhängig von den lungenmechanischen Eigenschaften des Patienten ist. o Das primäre Therapieziel muss unbedingt eingehalten werden. Wenn der Patient nicht selbst in der Lage ist, für hinreichende Ventilation (C02-Abtransport) und Oxygenierung zu sorgen, muss das Beatmungsgerät diese Rolle übernehmen. - Das klinische Personal gibt initial ein sekundäres Therapieziel vorzugsweise über das GUI des Beatmungsgerätes ein. o Das klinische Personal legt vorzugsweise über das GUI desTidal volume (VT) can be set in conjunction with breath rate or breath duration. Simply specifying the inspiratory pressure is not enough, as the administered volume depends on the patient's lung mechanical properties. o It is imperative that the primary goal of therapy is met. If the patient is not able to ensure adequate ventilation (CO 2 removal) and oxygenation, the ventilator must take on this role. - The clinical staff initially enters a secondary therapy goal, preferably via the GUI of the ventilator. o The clinical staff preferably uses the GUI of the
Beatmungsgerätes als sekundäres Therapieziel fest, wieviel von der für die Atmung nötigen Arbeit (im Sinne der für den CC>2-Abtransport zu leistenden Ventilation) vom Patienten bzw. wieviel vom Beatmungsgerät zu leisten ist. o Die sich in einer Beatmungssituation einstellende Anteile sind über die Berechnung des Muskeldrucks Pmus bzw. des FlowMus bestimmbar und können durch Anpassung von Parametern (z.B. Stimulationsintensität, Sedierungsgrad oder Unterstützungsdruck) modifiziert und geregelt werden. - Das sekundäre Therapieziel kann je nach Patientenzustand - abhängig insbesondere von der muskulären Belastbarkeit und den lungenmechanischenventilator as a secondary therapy goal, how much of the for the work required for breathing (in terms of the ventilation to be performed for CC>2 evacuation) by the patient or how much work is to be performed by the ventilator. o The proportions that occur in a ventilation situation can be determined by calculating the muscle pressure Pmus or FlowMus and can be modified and regulated by adjusting parameters (eg stimulation intensity, degree of sedation or support pressure). - The secondary therapy goal can depend on the patient's condition - depending in particular on the muscular resilience and the pulmonary mechanical
Eigenschaften, also der Atemgrundlast - manuell angepasst werden. Dem klinischen Personal stehen diese Parameter sowie die aktuell geleistete patientenseitige (spontane und stimulierte) Atemanstrengung numerisch oder/und grafisch zu Verfügung. Daraus lässt sich leicht ableiten, welche Belastung dem Patienten im Rahmen des Therapieverlaufs zuzumuten ist.- Eine Automatisierung kann einfach realisiert werden, indem die maximal erbringbare Atemarbeit wiederholt ermittelt und die vom Patienten zu leistende Atemarbeit darauf bezogen wird. Wenn die maximal erbringbare Atemarbeit steigt, erhöht sich seine Belastbarkeit und vom Patienten kann nach und nach mehr Atemarbeit abgefordert werden. Durch diesen T rainingseffekt kommt derProperties, i.e. the basic respiratory load - can be adjusted manually. These parameters and the patient's current (spontaneous and stimulated) respiratory effort are available to the clinical staff numerically and/or graphically. From this it is easy to derive what burden the patient can be expected to put up with during the course of therapy. Automation can be easily implemented by repeatedly determining the maximum work of breathing that can be performed and relating the work of breathing to be performed by the patient to this. If the maximum work of breathing increases, the patient's resilience increases and the patient can gradually be required to do more work of breathing. Through this training effect comes the
Patient seinem langfristigen Ziel der völligen Entwöhnung vom Beatmungsgerät immer näher, bis er völlig ohne Unterstützung atmen und extu bi ert werden kann. Die Vorgehensweise wäre wie folgt: o Der Anteil der vom Patienten zu leistenden Atemarbeit wird auf einen Prozentsatz X (z.B. 50%) der maximalen vom Patienten erbringbarenPatient progressively closer to their long-term goal of being completely weaned from the ventilator until fully unaided to breathe and extubate. The procedure would be as follows: o The proportion of the work of breathing to be performed by the patient is reduced to a percentage X (e.g. 50%) of the maximum that can be performed by the patient
Atemanstrengung (z.B. WOBmusMax, VolMusMax oder PmusMax) eingestellt. D.h. das System versucht dem Patienten die entsprechende Atemarbeit abzufordern. o Wenn der Patient die abgeforderte Atemarbeit deutlich überschreitet, sollte eine angepasste Sedierung erfolgen - insbesondere wenn beirespiratory effort (e.g. WOBmusMax, VolMusMax or PmusMax). This means that the system tries to demand the corresponding work of breathing from the patient. o If the patient significantly exceeds the required work of breathing, then appropriate sedation should be given - particularly if
Fortdauer der Spontanaktivität Schäden an Lunge oder Atemmuskulatur zu erwarten wären. o Wenn der Patient die abgeforderte Atemarbeit muskulär nicht leisten kann, weil dessen Belastbarkeit geringer als (100% - X) der maximal erbringbaren Atemanstrengung ist, erfolgt eine entsprechendeIf the spontaneous activity continues, damage to the lungs or respiratory muscles would be expected. o If the patient is not able to perform the required breathing work with his muscles because his resilience is less than (100% - X) the maximum possible breathing effort, a corresponding effort is made
Druckunterstützung. o Wenn der Patient die abgeforderte Atemarbeit aufgrund seinerpressure support. o If the patient is unable to perform the required work of breathing because of his
Belastbarkeit leisten könnte, aber die Spontanaktivität nicht ausreicht, erfolgt eine mit der Spontanaktivität zeitlich synchronisierte (getriggerte) angepasste Stimulation zur Muskelaktivierung. Die Stimulationsamplitude wird dabei so geregelt, dass die Atemanstrengung den Prozentsatz X (im Mittel) erreicht. Alternativ kann dies durch die besonders physiologische Proportionalstimulation erfolgen, wobei nicht nur die Amplitude, sondern auch der zeitliche Verlauf vorgegeben wird. o Wenn der Patient die abgeforderte Atemarbeit muskulär (mindestens zum Teil) leisten könnte, aber (z.B. aufgrund einer neuronalen Störung) keine Spontanaktivität vorhanden ist, erfolgt eine Stimulation mit vorgegebenem Zeitmuster. Wenn der Patient die Arbeit nur zum Teil leisten kann, erfolgt eine entsprechende Druckunterstützung, die mit der stimulierten Muskelaktivität synchronisiert ist. Alternativ könnte das Beatmungsgerät ein mandatorisches Beatmungsmuster mit angepasster Amplitude vorgeben (bspw. im Rahmen einer volumen-kontrollierten Beatmung). Die Stimulation würde mit diesem Beatmungsmuster synchronisiert und so eingestellt, sodass die stimulierte Muskelaktivität dem Prozentsatz X entspricht. - Eine Alternative für die automatisierte Verfolgung des sekundären Therapieziels wäre die Einbindung in ein Entwöhnungsverfahren. Statt wie bisher allein die Druckunterstützung anzupassen, kann mit einem ähnlichen regelbasierten Schema auch die Stimulation angepasst werden. Durch die zusätzliche Verfügbarkeit der Sensoreinheit (vorzugsweise sEMG) erhält das Entwöhnungsverfahren weitere Indikatoren, die den Weg zur Entwöhnung sicherer und schneller machen können (Effizienz, Aktivierbarkeit, Belastbarkeit und ggf. Erschöpfungsgrad). - Eine weitere Alternative besteht in der Verfolgung eines vorgegebenen Trainings- bzw. Therapieplans für die Verfolgung des sekundären Therapieziels [E32] Hier können der Therapiefortschritt und die Anpassung des sekundären Therapieziels bspw. durch Trajektorien oder Trends beschrieben und dargestellt werden, sodass das klinische Personal die Erwartung des Fortschritts mit der aktuellen Situation in Bezug setzen kann, um den weiteren Verlauf der Therapie zu steuern. - Weitere Aspekte für die Automatisierung o Die lungenmechanischen Eigenschaften, insbesondere die Resistance und die Elastance, bestimmen die Atemgrundlast und sind maßgeblich dafür verantwortlich, wie hoch die gesamte notwendige Atemarbeit ist, um z.B. ein bestimmtes Minutenvolumen (primäres Therapieziel) zu erreichen. Daher werden die lungenmechanischen Eigenschaften vorzugsweise wiederholt (z.B. durchgängig) geschätzt [E16, E17] o Für die Festlegung des patientenseitigen Anteils der Atemarbeit muss ein Maß für die Belastbarkeit bekannt sein. Diese wird beispielsweise abhängig von dem Quotienten aus Atemgrundlast zur maximal erbringbaren Atemanstrengung bestimmt o Die maximal erbringbare Atemanstrengung kann einmalig oder vorzugsweise (ggf. regelmäßig) wiederholt durch Twitch-Stimulation und gleichzeitige Erfassung des Mundverschlussdrucks oder einer Pmus- Schätzung ermittelt werden. Wegen seiner Invasivität bzw. der abrupten und unangenehmen Wirkung ist es ist wünschenswert, dieses Manöver eher selten durchzuführen. Die Kontrolleinheit kann demnach ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Belastbarkeit eine atemmechanische Grundlast zu bestimmen und eine maximal mögliche Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. Die Kontrolleinheit kann ferner ausgebildet sein, um die maximal mögliche Atemanstrengung durch Durchführen einer Twitch-Stimulation zu bestimmen. Die Durchführung einer Twitch Stimulation kann beispielsweise dazu dienen, um unabhängig von Patienten-Compliance die max. mögl. Atemanstrengung bestimmen zu können o Weiterhin wird ein Maß für die aktuelle Belastung des Patienten ermittelt, beispielsweise abhängig von dem Quotienten aus erbrachter Atemanstrengung zur maximal möglichen Atemanstrengung o Für die automatische Beatmung wird sichergestellt, dass besonders Patienten mit geringer Belastbarkeit nur so stark mit Atemarbeit belastet werden, dass die Muskulatur nicht ermüdet. Dies ist möglich, indem die zu leistende Atemarbeit auf einen bestimmten Anteil der maximal leistbaren Atemarbeit (z.B. 50%) beschränkt wird. Entsprechend ist die respiratorische Unterstützung anzupassen. If the patient could be able to cope with stress, but the spontaneous activity is not sufficient, a stimulation for muscle activation takes place that is synchronized with the spontaneous activity (triggered). The stimulation amplitude is regulated in such a way that the respiratory effort reaches percentage X (on average). Alternatively, this can be done using the particularly physiological proportional stimulation, in which case not only the amplitude but also the progression over time is specified. o If the patient is able to perform the required breathing work (at least in part) but is not spontaneously active (eg due to a neuronal disorder), stimulation is carried out with a specified time pattern. If the patient is only partially able to perform the work, appropriate pressure support is provided, synchronized with the stimulated muscle activity. Alternatively, the ventilator could specify a mandatory ventilation pattern with an adjusted amplitude (e.g. as part of volume-controlled ventilation). The stimulation would be synchronized with this ventilation pattern and adjusted so that the stimulated muscle activity corresponds to the percentage X. - An alternative for the automated pursuit of the secondary goal of therapy would be the incorporation into a weaning process. Instead of just adjusting the pressure support as before, the stimulation can also be adjusted with a similar rule-based scheme. Due to the additional availability of the sensor unit (preferably sEMG), the weaning process receives further indicators that can make the path to weaning safer and faster (efficiency, activatability, resilience and, if necessary, degree of exhaustion). - Another alternative is to follow a specified training or therapy plan for the pursuit of the secondary therapy goal [E32] Here, the therapy progress and the adjustment of the secondary therapy goal can be described and presented, for example by trajectories or trends, so that the clinical staff can Expectation of progress can be related to the current situation in order to control the further course of therapy. - Other aspects for automation o The mechanical properties of the lungs, in particular resistance and elastance, determine the basic respiratory load and are largely responsible for how high the total work of breathing is required, for example to achieve a specific minute volume (primary therapy goal). For this reason, the mechanical properties of the lungs are preferably estimated repeatedly (eg continuously) [E16, E17] o A measure of the patient's capacity must be known in order to determine the patient's share of the work of breathing. This is determined, for example, as a function of the quotient of the basic respiratory load and the maximum respiratory effort that can be achieved. o The maximum respiratory effort that can be achieved can be determined once or preferably (regularly if necessary) repeatedly by twitch stimulation and simultaneous recording of the mouth closure pressure or a Pmus estimate. Because of its invasiveness or the abrupt and unpleasant effect, it is desirable to perform this maneuver rather infrequently. Accordingly, the control unit can be designed to determine a basic mechanical breathing load in order to determine the exercise capacity and to determine a maximum possible breathing effort by the patient. The control unit can also be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation. The implementation of a twitch stimulation can be used, for example, to determine the max. to be able to determine the respiratory effort o Furthermore, a measure for the current stress of the patient is determined, for example depending on the quotient of the respiratory effort made to the maximum possible respiratory effort o For automatic ventilation it is ensured that especially patients with low exercise capacity are only so heavily burdened with breathing work that the muscles do not tire. This is possible by limiting the work of breathing to be performed to a certain proportion of the maximum work of breathing that can be performed (eg 50%). The respiratory support must be adjusted accordingly.
In Ausführungsbeispielen können für ein automatisches Therapieverfahren, das aus der Kombination von Atemmuskelstimulation und Beatmung besteht, sowohl Muskelstimulation als auch Beatmung auf ihre Wirkung bezogen gesteuert werden. Dafür kann ein vorzugebendes Zielsignal in ein entsprechendes Steuersignal übersetzt werden (z.B. ein angestrebter Muskeldruck in eine Stimulationsintensität). Für die Beatmung ist eine solche Wirkungssteuerung bekannt [E17], für die Kombination mit der Stimulation bisher nicht. Etwas Ähnliches wie eine Wirkungssteuerung für die Stimulation ist beschrieben in [E13], fokussiert aber ausschließlich auf „diaphragm work“ und verwendet keine Charakterisierung der Regelstrecke (Wirksamkeitsmaße). Einem Maß der Atemarbeit kann der anteilige Druck oder der anteilige Flow bzw. das Volumen vorzuziehen sein. Aus Gründen der Geläufigkeit wird im Folgenden von Atemarbeit gesprochen, wobei die anderen Maße explizit eingeschlossen und sogar zu bevorzugen sind. Das automatische Therapieverfahren kann in Ausführungsbeispielen in den folgenden Schritten erfolgen: In exemplary embodiments, both muscle stimulation and ventilation can be controlled in relation to their effect for an automatic therapy method that consists of the combination of respiratory muscle stimulation and ventilation. For this purpose, a target signal to be specified can be translated into a corresponding control signal (eg a desired muscle pressure into a stimulation intensity). Such an effect control is known for ventilation [E17], but not so far for the combination with stimulation. Something similar to an effect control for the stimulation is described in [E13], but focuses exclusively on "diaphragm work" and does not use any characterization of the controlled system (measures of effectiveness). Fractional pressure or fractional flow or volume may be preferable to a measure of work of breathing. For reasons of brevity, breathwork is used in the following, with the other measures being explicitly included and even preferred. In exemplary embodiments, the automatic therapy method can take place in the following steps:
Im ersten Schritt gibt das klinische Personal oder ein Automat das primäre Therapieziel vor, maßgeblich das Minutenvolumen, die Oxygenierung und/oder andere grundlegende Parameter der Beatmung. - Im zweiten Schritt gibt das klinische Personal oder ein Automat das sekundäreIn the first step, the clinical staff or a machine specifies the primary therapy goal, decisively the minute volume, the oxygenation and/or other basic ventilation parameters. - In the second step, the clinical staff or a machine gives the secondary
Therapieziel vor, d.h. die Anteile der Atemarbeit, die vom Patienten bzw. vom Beatmungsgerät zu leisten sind. Alternativ kann auch die gesamte Atemarbeit vorgegeben werden und zusätzlich die Atemarbeit des Patienten oder des Beatmungsgeräts. Abhängig von der vorgegebenen Arbeit, die das Beatmungsgerät leisten muss, erfolgt vorzugsweise automatisch die Einstellung des Beatmungsgeräts. - Im dritten Schritt wird die Abweichung von der vom Patienten abgeforderten Atemarbeit ermittelt und entsprechend reagiert: - Ist diese Abweichung positiv (Patient leistet zu viel), so können Maßnahmen eingeleitet werden, um den Atemantrieb zu senken. Therapy goal, i.e. the proportion of the work of breathing to be performed by the patient or the ventilator. Alternatively, the total work of breathing can also be specified, as well as the work of breathing of the patient or the ventilator. Depending on the specified work that the ventilator has to perform, the ventilator is preferably set automatically. - In the third step, the deviation from the respiratory effort demanded by the patient is determined and the patient reacts accordingly: - If this deviation is positive (patient is doing too much), then measures can be taken to reduce the respiratory drive.
Beispielsweise kann eine Sedierung oder eine Relaxation medikamentös erhöht werden, eine Verringerung des CO2- Partialdruckes (z.B. per extracorporalen Verfahren) erwirkt werden, eine Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes SpÜ2 mittels Erhöhung der F1O2- Konzentration erfolgen. - Ist diese Abweichung negativ (Patient leistet zu wenig, könnte muskulär aber mehr leisten), so erfolgt eine Stimulation der Atemmuskulatur mit dem Ziel, möglichst genau die Vorgabe der Atemarbeit zu erreichen. - Ist die Abweichung negativ (Patient leistet zu wenig, kann aber muskulär nicht mehr leisten), so erfolgt eine angemessene Druckunterstützung durch das Beatmungsgerät, um eine hinreichende Ventilation sicherzustellen und Erschöpfung zu vermeiden. Im Verlauf des Therapiefortschritts kommt es hoffentlich in einem späteren Zeitpunkt dazu, dass die Unterstützung nicht mehr nötig ist und der Patient muskulär vollständig die abgeforderte Atemarbeit leisten kann. Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten. Das Verfahren umfasst ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal und ein Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. Wie bereits oben anhand der Vorrichtung erläutert kann das Stimulationssignal einen oder mehrere Stimulationsimpulse umfassen. Das Aktivierungssignal kann als Impulsantwort erfasst werden. Das Bestimmen der Aktivierbarkeit kann ein Berücksichtigen einer unteren Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal umfassen, wobei bei einer Stimulation der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung derFor example, sedation or relaxation can be increased with medication, the CO2 partial pressure can be reduced (eg by extracorporeal methods), and the oxygen partial pressure SpÜ2 can be increased by increasing the F1O2 concentration. - If this deviation is negative (the patient is performing too little, but could perform better muscularly), the respiratory muscles are stimulated with the aim of achieving the specified work of breathing as precisely as possible. - If the deviation is negative (patient is underperforming but muscularly unable to perform), the ventilator provides appropriate pressure support to ensure adequate ventilation and avoid exhaustion. In the course of Hopefully, as the therapy progresses, at a later point in time the support will no longer be necessary and the patient will be able to fully perform the required breathing work. Embodiments also provide a method for determining a condition of a patient's respiratory muscles. The method includes stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal and detecting an activation signal in response to the stimulating. The method further includes determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. As already explained above with reference to the device, the stimulation signal can include one or more stimulation pulses. The activation signal can be detected as an impulse response. Determining the activatability can include taking into account a lower activation threshold for the stimulation signal, with activation of the respiratory muscles below the activation threshold being activated
Atemmuskulatur reduziert ist oder ausbleibt. Das Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter kann ein Bestimmen einer Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner ein Bestimmen eines durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldrucks, Pstim, eines durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumens, Volstim, und/oder einer durch Stimulation erzeugbaren Atemarbeit des Patienten umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Durchführen eines pneumatischen Diagnosemanövers zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters und ein Bestimmen des einen oder der mehrerenRespiratory muscles are reduced or absent. Determining the one or more status parameters can include determining an activatability of the patient's respiratory muscles. In further exemplary embodiments, the method can also include determining a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, Pstim, a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a work of breathing of the patient that can be generated by stimulation. The method may further include performing a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and determining the one or more
Zustandsparameter ferner basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter umfassen. Das pneumatische Diagnosemanöver kann eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atem Unterstützung des Patienten umfassen. Das Verfahren kann darüber hinaus ein Bestimmen eines Maßes für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten enthalten. Das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten kann beispielsweise einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfassen. In manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren auch ferner ein Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. Das Maß für die Belastbarkeit kann auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basieren. Das Verfahren kann darüber hinaus ein Bestimmen eines Maßes für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten beinhalten. Das Maß für die Effizienz kann beispielsweise ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen und dem Aktivierungssignal oder ein Verhältnis von einem durchfurther comprising condition parameters based on the pneumatic ventilation parameter. The diagnostic pneumatic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support. The method may also include determining a measure of a patient's maximum attainable respiratory effort. The measure of the patient's maximum effort to breathe can include, for example, a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles. In some exemplary embodiments, the method can also further include determining a measure of the capacity of the patient's respiratory muscles to work under pressure. The measure of resilience can be based on a relationship between a base load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax. The method can also include determining a measure of an efficiency of the patient's respiratory muscles. The measure of the efficiency can, for example, be a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal or a ratio of a
Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Ausgeben von Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter umfassen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Weitere Ausführungsbeispiele zeigen eine Sensoreinheit und/ oder eine Stimulationsvorrichtung (Stimulator). Stimulation that can be generated respiratory muscle pressure and the activation signal include. The method may further include outputting information about the one or more status parameters. Another embodiment is a computer program with program code for performing one of the methods described herein when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component. Further exemplary embodiments show a sensor unit and/or a stimulation device (stimulator).
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen eine Beatmungsvorrichtung. Further exemplary embodiments show a ventilation device.
Im Folgenden erfolgt in Form einer konsolidierten und übersichtlichen Zusammenstellung einiger, der im Rahmen dieses Dokumentes beschriebenen Ausführungsformen und Kombinationen von Ausführungsformen mit Konzepten zu einer Bestimmung von Zuständen des Patienten im Umfeld von Atmung und/oder Beatmung als erfinderische, bevorzugte und besonders bevorzugte Ausführungsformen. The following is a consolidated and clear compilation of some of the embodiments and combinations of embodiments described in this document with concepts for determining patient conditions in the area of breathing and/or ventilation as inventive, preferred and particularly preferred embodiments.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten gebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehrere Schnittstellen auf, die zur Erfassung von Patientensignalen ausgebildet sind. Die Vorrichtung weist eine Kontrolleinheit auf, die ausgebildet ist, zum: An embodiment according to the invention is formed by a device for determining a state of a patient's respiratory muscles. The device according to the invention has one or more interfaces that are designed to record patient signals. The device has a control unit that is designed to:
• Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal,• Stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal,
• Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren, • detecting an activation signal in response to pacing,
• Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Stimulationssignal mit einem oder mehreren Stimulationsimpulsen zu erzeugen. • Determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Aktivierungssignal als Impulsantwort zu erfassen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um mit dem Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles by determining the one or more state parameters.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um bei dem Bestimmen der Aktivierbarkeit eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal zu berücksichtigen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, wherein the respiratory muscles are activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation occurs when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold is at least reduced or absent.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, umIn a preferred embodiment, the control unit can be designed to
• einen durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck, Pstim, • a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, Pstim,
• ein durch Stimulation erzeugbares Atemvolumen, Volstim, und/oder • a tidal volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or
• eine durch Stimulation erzeugbare Atemarbeit des Patienten zu bestimmen. • to determine a patient's work of breathing that can be generated by stimulation.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein pneumatisches Diagnosemanöver zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters durchzuführen und um die ein oder mehreren Zustandsparameter basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter zu bestimmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das pneumatische Diagnosemanöver eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atemunterstützung des Patienten umfassen. In a preferred embodiment, the diagnostic pneumatic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein Maß für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein Maß für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten und/oder ein Maß für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient. In a preferred embodiment, the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles and/or a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Maß für die Belastbarkeit auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basieren. In a preferred embodiment, the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a baseline load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Maß für die Effizienz ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen oder Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfassen. In a preferred embodiment, the measure of the efficiency can include a ratio of a respiratory volume or respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter über die ein oder mehreren Schnittstellen auszugeben. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehrere Schnittstellen auf, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit, einer Stimulationseinheit oder einer Sensoreinheit ausgebildet sind und mit einer Kontrolleinheit ausgebildet sind. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, zumAn embodiment according to the invention is formed by a device for ventilating a patient. The device according to the invention has one or more interfaces which are designed for the exchange of information with a ventilation unit, a stimulation unit or a sensor unit and are designed with a control unit. The control unit is designed to
• Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung, • recording a measure of a portion of the ventilation performed by the patient himself,
• Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten, • Determining a measure of the patient's resilience,
• Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Beatmung, und • influencing the patient's contribution to ventilation, and
• Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Unterstützen ein Signal zur druckkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmung, oder ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. • Assist the patient with ventilation based on a measure of the patient's contribution to ventilation and based on a measure of the patient's exercise capacity. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to support a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation, or to emit a signal to stimulate the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit zumindest ein Element aus der Gruppe von In a preferred embodiment, the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of
• einem Muskeldruck, Pmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck, Paw, oder einem gesamten treibenden Druck, Pdrv; • a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv;
• einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss,• a respiratory gas flow caused by the patient's muscles,
Flowmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss, Flow; Flowmus, absolute or relative to a total respiratory gas flow, Flow;
• einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen,• a respiratory volume caused by the patient's muscles,
Volmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen, Vol; und Volmus, absolute or relative to a total tidal volume, Vol; and
• einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit ist, • is breathing work done by the patient himself,
WOBmus, absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit, WOB; umfassen. WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB; include.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, eines mechanomyographischen Signals, eines Ultraschallsignals, eines Signals eines Dehnungssensors, oder eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. In a preferred embodiment, the detection of the measure of the contribution made by the patient can be based on an electromyographic signal, a signal from electro-impedance myography, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal, a signal from a strain sensor, or a signal from an esophageal pressure sensor be performed.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zumIn a preferred embodiment, the control unit can be designed to influence the portion made by the patient himself a signal to
Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten oder ein Signal zum Beeinflussen einer Medikamentengabe auszugeben. Stimulate the patient's respiratory muscles or emit a signal to influence drug delivery.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenenIn a preferred embodiment, the control unit can be designed to ventilate the patient with regard to a target specified as the primary goal
Beatmungsparameters zu regeln und wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, um den vom Patienten selbst geleisteten Anteil basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung zu regeln. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das gesamte und das vom Patienten selbst erbrachte Atemvolumen zu überwachen und zu regeln, um die vom Patienten selbst erbrachte Atemarbeit zu regeln und zu überwachen, und/oder um eine Oxygenierung des Patienten zu überwachen und zu regeln. Ventilation parameters to regulate and wherein the control unit is designed to regulate the portion made by the patient himself based on a portion of the ventilation specified as a secondary goal. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to monitor and regulate the total tidal volume and the tidal volume produced by the patient himself, in order to regulate and regulate the work of breathing produced by the patient himself and/or to monitor and regulate oxygenation of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen (28) nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus oder nach einem vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to direct the influencing and the supporting (28) according to a breathing rhythm specified by the patient or according to a specified breathing rhythm.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, und andernfalls um das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus zu richten, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und um bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to direct the influencing and the support according to a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to direct the support according to a respiratory rhythm specified by a stimulation, provided a spontaneous activity of the patient is absent or harmful and, in the absence of a stimulation effect, to direct the support to a respiratory rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Effizienz basiert, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, um eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Aktivierbarkeit basiert, und/oder wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, um eine Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Erschöpfung basiert. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine an efficiency of the patient's respiratory muscles, the support being based on the efficiency, the control unit being designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles, the support being based on the activatability based, and / or wherein the control unit is designed to determine an exhaustion of the patient's respiratory muscles, wherein the support is based on the exhaustion.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Belastbarkeit eine atemmechanische Grundlast zu bestimmen und eine maximal mögliche Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a basic mechanical respiratory load and to determine a maximum possible respiratory effort of the patient in order to determine the exercise capacity.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die maximal mögliche Atemanstrengung durch Durchführen einer Twitch- Stimulation zu bestimmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten, mit ein oder mehreren Schnittstellen zur Kommunikation mit Komponenten des Beatmungssystems und einer Kontrolleinheit gebildet. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet ist, zum • Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten, An embodiment according to the invention is formed by a device according to the invention for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient, with one or more interfaces for communication with components of the ventilation system and a control unit. The control unit is designed to • Determination of a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient,
• Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten, und · Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. • determining a second piece of information about an actual respiratory muscle activation of the patient, and · determining a measure for a respiratory support of the patient based on the first piece of information and based on the second piece of information.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Einrichtung zur Atemwegsflussmessung und zur Atemwegsdruckmessung an dem Patienten umfassen. Dabei kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die erste Information und die zweite Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung zu ermitteln. A preferred embodiment may include a device for measuring airway flow and airway pressure on the patient. The control unit can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Einrichtung zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. Dabei kann das Maß für die Atem Unterstützung ein Maß zur pneumatischen Atem Unterstützung umfassen. A preferred embodiment may include a pneumatic respiratory support device. The measure of respiratory support can include a measure of pneumatic respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Einrichtung zur Sedierung des Patienten basierend auf dem Maß für die Atem Unterstützung umfassen. A preferred embodiment may include means for sedating the patient based on the measure of respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Einrichtung zur Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten zur erhalten. Dabei kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Messinformation zu bestimmen. A preferred embodiment can include a device for stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support. In a preferred embodiment, the device can be designed to receive measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces. In this case, the control unit can be designed to determine the measure for the respiratory support based on the measurement information.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann eine Einrichtung zur sensorischen Erfassung eines Signals, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, umfassen. Dabei kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung zur sensorischen Erfassung ausgebildet sein, um ein Elektro-Myogramm, ein Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm zu erfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung zur sensorischen Erfassung einen Dehnungssensor, einen Ultraschallsensor oder einen Ösophagusdrucksensor umfassen. A preferred embodiment may include means for sensing a signal dependent on actual respiratory muscle activation. In this case, the control unit can be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors. In a preferred embodiment, the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. In a preferred embodiment, the device for sensory detection can include a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information über das Maß für die Atemunterstützung über eine Regelung zu reduzieren. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erste und die zweite Information jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. In a preferred embodiment, the first and second pieces of information may each comprise a measure of patient-stimulated or total respiratory muscle activation, patient-stimulated or total respiratory muscle flow, or patient-stimulated or total respiratory muscle pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck zu bestimmen und bereitzustellen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine and provide information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous breathing activity.
Dabei kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten zu bestimmen, wobei das Maß für die Atemunterstützung ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigt, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll-Atemmuskelaktivierung anzeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um basierend auf der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung eine Schätzung für eine Stimulationsimpulsantwort des Patienten durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die Schätzung auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit zu bestimmen und anzuzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. The control unit can be designed to determine the level of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity, with the level of respiratory support indicating a level of more intensive sedation of the patient if the information about the spontaneous respiratory activity of the patient is patient shows respiratory muscle activity above target respiratory muscle activation. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a reliability for the first and the second information and to indicate when the reliability falls below a predetermined threshold.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch eine Vorrichtung zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehreren Schnittstellen auf, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit und mit einer Sensoreinheit ausgebildet sind, Die Vorrichtung weist eine Kontrolleinheit auf, die ausgebildet ist, zum An embodiment according to the invention is formed by a device for stimulative ventilation support of a patient. The device according to the invention has one or more interfaces which are designed to exchange information with a ventilation unit and with a sensor unit. The device has a control unit which is designed for
• Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten; • detecting information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles;
• Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. • Stimulate the respiratory muscles in time alignment with the activation signal for muscular respiratory support of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, und ein In a preferred embodiment, the control unit can be designed to record information about a time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself, and a
Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, durchzuführen. Determination of the activation signal for the respiratory muscles of the patient based on the information about the time course of the part of the work of breathing performed by the patient himself.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulieren zu bestimmen und zu berücksichtigen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation, with activation of the respiratory muscles taking place when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation being at least reduced when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold is or absent.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Stimulieren in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal und/oder proportional zu dem Aktivierungssignal durchzuführen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to carry out the stimulation in positive feedback with the activation signal and/or proportionally to the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Stimulationswirkung zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um als Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a stimulation effect. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to provide information about at least one element from the group of
• einem Muskeldruck, Pmus, • a muscle pressure, Pmus,
• einem spontanen Muskeldruck, Pspon, • a spontaneous muscle pressure, Pspon,
• einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus,• a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus,
• einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss, Flowspon, • a respiratory gas flow spontaneously caused by the patient's muscles, Flowspon,
• einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit, WOB, • a work of breathing performed by the patient himself, WOB,
• und einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit, WOBspon, zu bestimmen. • and a spontaneous work of breathing, WOBspon, performed by the patient himself.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um den Patienten parallel pneumatisch als Proportionalbeatmung zu beatmen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel as proportional ventilation.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad einzustellen. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um den vorbestimmten Grad über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität undIn a preferred embodiment, the control unit can be designed to measure the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and
Aktivierungssignal oder aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung, Pmus, zu bestimmen, wobei der Grad ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegt In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die spontane Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein Stimulationssignal basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Stimulationssignal durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals, EMGstim, mit der Aktivierungsimpulsantwort zu ermitteln. Activation signal or from stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus, to determine the degree of a ratio between a stimulated respiratory activity and a spontaneous respiratory activity of the patient In a preferred embodiment, the control unit can be designed to the spontaneous respiratory activity of the patient based on the information about to determine the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to determine a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles. In a preferred embodiment, the control unit can be designed to generate the stimulation signal by inverse convolution of a desired stimulation elicited activation signal, EMGstim, to be determined with the activation impulse response.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein,In a preferred embodiment, the control unit can be designed
• um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck, Pspon, • to measure the spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pspon, spontaneously generated by the patient
• und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemmuskeldruck, Pstim, zu ermitteln, • and determine the stimulated respiratory activity as a stimulation-induced respiratory muscle pressure, Pstim,
• um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss, Flowspon, • to describe the spontaneous respiratory activity as a respiratory gas flow spontaneously generated by the patient, Flowspon,
• und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss, Flowstim, zu ermitteln, und/oder • and to determine the stimulated respiratory activity as a respiratory gas flow generated by stimulation, Flowstim, and/or
• um die spontane Atemaktivität als eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit, WOBspon, • to describe spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon,
• oder deren zeitliche Ableitung, dWOBspon/dt, • or its time derivative, dWOBspon/dt,
• die stimulierte Atemaktivität als eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit, WOBstim, • the stimulated respiratory activity as a work of breathing produced by stimulation, WOBstim,
• oder deren zeitliche Ableitung, dWOBstim/dt, zu ermitteln. • or to determine its time derivative, dWOBstim/dt.
Eine Ausführungsform kann durch ein Beatmungssystem zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung mit einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen gebildet werden. An embodiment can be formed by a ventilation system for supporting a patient during ventilation with a device according to one of the aforementioned embodiments.
Eine Ausführungsform kann durch ein Beatmungsgerät, einen Stimulator, und/oder Sensoreinheit mit einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen gebildet werden. Als Stimulator wird eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine Stimulation zu einer Atemunterstützung ermöglicht. An embodiment can be formed by a respirator, a stimulator, and/or a sensor unit with a device according to one of the aforementioned embodiments. A device is referred to as a stimulator which enables stimulation for respiratory support.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten, An embodiment according to the invention is provided by a method for determining a state of a patient's respiratory muscles,
• Mit Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal; · Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren; • Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal ausgebildet. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten, mit • By stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal; · detecting an activation signal in response to the pacing; • Determining one or more status parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. An embodiment according to the invention is provided by a method for ventilating a patient
• Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung; • detecting a measure of a portion of the ventilation performed by the patient himself;
• Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten; · Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung; und • determining a measure of the patient's ability to exercise; · Influencing the patient's own contribution to ventilation; and
• Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten ausgebildet. • Trained to assist the patient with ventilation based on a measure of the patient's contribution to ventilation and based on a measure of the patient's endurance.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch ein Verfahren für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atem Unterstützung eines Patienten, mitAn embodiment according to the invention is provided by a method for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient
• Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten; • Determining a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient;
• Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten; und • determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient; and
• Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information ausgebildet. • determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch ein Verfahren zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten mit: · Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf einesAn embodiment according to the invention is provided by a method for the stimulative ventilation support of a patient with: detecting information about a time course of a
Aktivierungssignals einer Atemmuskulatur des Patienten; Activation signal of a respiratory muscle of the patient;
• und Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten ausgebildet. Weitere Ausführungsformen können als Verfahren ausgebildet werden, wobei die einzelnen Schritte des Verfahrens mit Hilfe einer Kontrolleinheit oder eines Kontrollmoduls ausgeführt werden können. Die Kontrolleinheit oder das Kontrollmodul können als Elemente der zuvor beschriebenen Ausführungsformen zur Durchführung der Verfahren ausgestaltet sein. • and stimulating the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient. Further embodiments can be embodied as methods, in which case the individual steps of the method can be carried out with the aid of a control unit or a control module. The control unit or the control module can be designed as elements of the previously described embodiments for carrying out the method.
Eine Ausführungsform wird durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten ausgebildet, wobei der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausführbar ist. An embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for determining a state of a patient's respiratory muscles, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Eine Ausführungsform wird durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Beatmen eines Patienten ausgebildet, wobei der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausführbar ist. One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Eine Ausführungsform wird durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Beatmen eines Patienten ausgebildet, wobei der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausführbar ist. One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Eine Ausführungsform wird durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Beatmen eines Patienten ausgebildet, wobei der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausführbar ist. One embodiment is formed by a computer program with a program code for carrying out the method for ventilating a patient, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Diese und weitere Ausführungsformen können durch ein Computerprogramm oder mehrere Computerprogramme mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahren erfindungsgemäß ausgebildet werden, wobei der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausführbar ist. These and other embodiments can be embodied according to the invention by a computer program or multiple computer programs with a program code for carrying out the method, the program code being executable on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Die Figuren 1a bis 1d zeigen Blockdiagramme von Vorrichtungen zu einer Umsetzung von Konzepten: a) zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten b) zur Bestimmung eines Maßes für einen Anteil an der Beatmung c) zur Bestimmung eines Maßes für eine Atem Unterstützung eines Patienten d) zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten Some examples of devices and/or methods are explained in more detail below with reference to the enclosed figures. FIGS. 1a to 1d show block diagrams of devices for implementing concepts: a) for determining a state of a patient's respiratory muscles b) to determine a measure of a proportion of ventilation c) to determine a measure of respiratory support for a patient d) for stimulative ventilation support for a patient
Die Figuren 2a bis 2d zeigen Ablaufschemata zu einer Durchführung von Verfahren a) zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten; b) zur Beatmung mit Bestimmung eines Maßes für einen Anteil an der Beatmung c) zur Bestimmung eines Maßes für eine Atemunterstützung eines Patienten d) zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten FIGS. 2a to 2d show flowcharts for carrying out methods a) for determining a state of a patient's respiratory muscles; b) for ventilation with determination of a measure for a proportion of the ventilation c) for determination of a measure for respiratory support of a patient d) for stimulative respiratory support of a patient
Zudem zeigen die: In addition, they show:
Fig. 3 eine Übersichtsfigur zur Beatmung eines Patienten und zur Erfassung eines elektromyografischen Signals; 3 shows an overview figure for the ventilation of a patient and for the detection of an electromyographic signal;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Regelkreises; 4 shows a schematic representation of a control circuit;
Fig. 5 schematische Darstellung einer Regelung; 5 schematic representation of a regulation;
Fig. 6 Darstellungen von EMG-Signalverläufen; 6 representations of EMG signal curves;
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 6; FIG. 7 shows an enlarged detail from FIG. 6;
Fig. 8 einen noch weiter vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 6; FIG. 8 shows an even further enlarged detail from FIG. 6;
Fig. 9 eine gemittelte Stimulationsimpulsantwort; Figure 9 shows an average stimulation impulse response;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Muskeldrucks;10 shows a schematic representation of a course of a muscle pressure;
Fig. 11 eine Darstellung der Aktivierbarkeit mit Aktivierungsschwelle. 11 shows a representation of the ability to be activated with an activation threshold.
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein. Weitere Beispiele können Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht explizit oder implizit anders definiert. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt, mutatis mutandis, für Kombinationen von mehr als zwei Elementen. Various examples will now be described in more detail with reference to the accompanying figures. In the figures, the thicknesses of lines, layers, and/or areas may be exaggerated for clarity. Other examples may cover modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the disclosure. The same or similar reference numbers refer to the same or similar elements throughout the description of the figures, which, when compared with one another, may be implemented identically or in a modified form while providing the same or a similar function. It should be understood that when an element is referred to as being “connected” or “coupled” to another element, the elements may be connected or coupled directly, or through one or more intermediary elements. When two elements A and B are combined using an "or", it is to be understood that all possible combinations are disclosed, ie only A, only B, and A and B, unless explicitly or implicitly defined otherwise. An alternative wording for the same combinations is "at least one of A and B" or "A and/or B". The same applies, mutatis mutandis, to combinations of more than two elements.
Die Figuren 1a, 1b, 1c, 1d zeigen schematische Darstellungen von Vorrichtungen zur Realisierung von Konzepten im Kontext von Atmung, Beatmung, Atem Unterstützung und Stimulation. Gleiche Elemente in den Figuren 1a, 1b, 1c, 1d sind in den Figuren 1a, 1b, 1c, 1d mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d show schematic representations of devices for realizing concepts in the context of respiration, respiration, respiratory support and stimulation. Identical elements in FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d are denoted by the same reference numbers in FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d.
Die Fig. 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100, 10. 1a shows an embodiment of a device 100, 10.
Die Vorrichtung 10 ist als Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten ausgestaltet. Die Vorrichtung 10 umfasst ein oder mehreren Schnittstellen 12, die zur Erfassung von Patientensignalen ausgebildet sind. Die ein oder mehreren Schnittstellen sind mit einer Kontrolleinheit 14 gekoppelt. Die Kontrolleinheit 14 ist ausgebildet zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal und zum Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren. Die Kontrolleinheit 14 ist ferner ausgebildet zum Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. Die Figur illustriert darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel einer Stimulationseinheit (Stimulator) 110 oder einer Sensoreinheit 200 mit einer Vorrichtung 10. In einem Beatmungssystem 120 kann die Vorrichtung 10 in eine oder mehrere Systemkomponenten integriert sein oder auch separat implementiert sein. Beispielsweise kann mittels einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 die Aktivierbarkeit k oder k(t) als Zustandsparameter bestimmt werden. The device 10 is designed as a device for determining a state of a patient's respiratory muscles. The device 10 includes one or more interfaces 12, which are designed to acquire patient signals. The one or more interfaces are coupled to a control unit 14 . The control unit 14 is designed to stimulate the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal and to detect an activation signal as a reaction to the stimulation. The control unit 14 is also designed to determine one or more status parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal. The figure also illustrates an exemplary embodiment of a stimulation unit (stimulator) 110 or a sensor unit 200 with a device 10. In a ventilation system 120, the device 10 can be integrated into one or more system components or also implemented separately. For example, the activatability k or k(t) can be determined as a state parameter by means of an exemplary embodiment of the device 10 .
Die Fig. 1b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100, 10. Die Vorrichtung 10 ist als Vorrichtung 10 zum Beatmen eines Patienten ausgebildet.1b shows an exemplary embodiment of a device 100, 10. The device 10 is designed as a device 10 for ventilating a patient.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein oder mehreren Schnittstellen 12, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit 120, einer Stimulationseinheit (Stimulator) 110 und/oder einer Sensoreinheit 200 ausgebildet sind. Die Vorrichtung 10 umfasst darüber hinaus eine Kontrolleinheit 14, das mit den ein oder mehreren Schnittstellen gekoppelt ist. Die Kontrolleinheit 14 ist ausgebildet, um ein Maß für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung zu erfassen. Dieser Anteil kann beispielsweise als vom Patienten selbst geleisteter Volumenstrom, Flowmus, als vom Patienten selbst geleisteter Muskeldruck, Pmus, oder als vom Patienten selbst geleistete Atemarbeit, WOB, erfasst werden. Die Kontrolleinheit 14 ist zum Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten und zum Beeinflussen des vomThe device 10 comprises one or more interfaces 12, which are designed to exchange information with a ventilation unit 120, a stimulation unit (stimulator) 110 and/or a sensor unit 200. The device 10 also includes a control unit 14 which is coupled to the one or more interfaces. The control unit 14 is designed to record a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself. This proportion can be recorded, for example, as the volume flow performed by the patient himself, Flowmus, as the muscle pressure performed by the patient himself, Pmus, or as the work of breathing performed by the patient himself, WOB. The control unit 14 is for determining a measure of a patient's resilience and for influencing the vom
Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung ausgebildet. Darüber hinaus ist die Kontrolleinheit 14 ausgebildet, zum Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. Patients are trained to share the ventilation themselves. In addition, the control unit 14 is designed to support the patient during ventilation based on the patient's self-performing measure of ventilation and based on the patient's exercise capacity measure.
Die Fig. 1c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100, 10. Die Figur 1c zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 für eine Komponente 100 eines Beatmungssystems 120 zur Atemunterstützung eines Patienten und Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen eines Beatmungssystems 120, einer Sensoreinheit 200 und einer Stimulationseinheit (Stimulator) 110 mit einer solchen Vorrichtung 10. Diese Figur illustriert zudem eine Vorrichtung 10 für eine Komponente 100 eines Beatmungssystems 120 zur Atemunterstützung eines Patienten. Die Vorrichtung 10 umfasst ein oder mehreren Schnittstellen 12 zur Kommunikation mit Komponenten 100 des Beatmungssystems 120. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Kontrolleinheit 14, die mit den ein oder mehreren Schnittstellen 12 gekoppelt ist und die ausgebildet ist, zum Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten, zum Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten und zum Bestimmen eines Maßes für eine Atem Unterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. Die Fig. 1d zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100, 10. 1c shows an exemplary embodiment of a device 100, 10. FIG. 1c shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 10 for a component 100 of a ventilation system 120 for respiratory support of a patient and block diagrams of exemplary embodiments of a ventilation system 120, a sensor unit 200 and a stimulation unit ( Stimulator) 110 with such a device 10. This figure also illustrates a device 10 for a component 100 of a ventilation system 120 for respiratory support of a patient. The device 10 includes one or more interfaces 12 for communication with components 100 of the ventilation system 120. The device 10 includes a control unit 14 which is coupled to the one or more interfaces 12 and which is designed to determine first information about a target Respiratory muscle activation of the patient, for determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient and for determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information. Fig. 1d shows an embodiment of a device 100, 10.
Die Vorrichtung 10, 110 ist als Vorrichtung 110 zu einer stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten ausgebildet. Die Vorrichtung 10 umfasst ein oder mehreren Schnittstellen 12, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit 120 und einer Sensoreinheit 200 ausgebildet sind. Die Stimulationsvorrichtung 110 umfasst darüber hinaus eine Kontrolleinheit 14, das ausgebildet ist, zum Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten und zum Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. Diese Figur illustriert darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel eines Beatmungssystems 120 zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung mit einer Vorrichtung 10. In einem Beatmungssystem 120, kann die Vorrichtung 10, 110 in eine oder mehrere Systemkomponenten 100 integriert sein oder auch separat implementiert sein. Die Vorrichtungen 10, 100 oder Komponenten 100 nach den Figuren 1a, 1b, 1c, 1d umfassen eine oder mehrere Schnittstellen 12, die mit der Kontrolleinheit 14 gekoppelt sind. In den Figuren 1a, 1b, 1c, 1d können die eine oder mehrere Schnittstellen 12 beispielsweise in Form einer Maschinenschnittstelle oder in Form einer Softwareschnittstelle ausgebildet sein. Die eine oder mehrere Schnittstellen 12 können in Ausführungsbeispielen als typische Schnittstelle(n) zur Kommunikation in Netzwerken oder zwischen Netzwerkkomponenten oder medizinischen Geräten, z.B. Beatmungsgeräte, Sensor- oder Messeinheiten, Stimulatoren, usw., ausgebildet sein. Beispielsweise können diese in Ausführungsbeispielen durch entsprechende Kontakte ausgebildet sein. Sie kann in Ausführungsbeispielen auch als separate Hardware ausgeführt sein und einen Speicher umfassen, der die zu sendenden oder die empfangenen Signale zumindest vorübergehend speichert. Die eine oder mehrere Schnittstellen 12 können zum Empfang von elektrischen Signalen ausgebildet sein, zum Beispiel als Busschnittstelle, als optische Schnittstelle, als Ethernet-Schnittstelle, als Funkschnittstelle, als Feldbusschnittstelle, usw. Sie kann darüber hinaus in Ausführungsbeispielen zur Funkübertragung ausgebildet sein und ein Radio-Frontend sowie zugehörige Antennen umfassen. Über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 können auch Ein- und/oder Ausgabegeräte, wie beispielsweise Bildschirm, Tastatur, Maus, angeschlossen werden, um Benutzereingaben zu erfassen und/oder Ausgaben zu ermöglichen. Die Kontrolleinheit 14 kann in Ausführungsbeispielen ein oder mehrere beliebige Kontroller, Mikrokontroller, Netzwerkprozessoren, Prozessorkerne, wie Digitale Signal Prozessorkerne (DSPs), programmierbare Hardwarekomponenten, usw. umfassen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessorkern eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessorkerne oder auch mehrere Prozessorkerne oder Mikrokontroller zur Implementierung einer Kontrolleinheit 14 denkbar. Es sind auch Implementierungen in integrierter Form mit anderen Vorrichtungen denkbar, beispielsweise in einer Steuereinheit die zusätzlich noch ein oder mehrere andere Funktionen umfasst. In Ausführungsbeispielen kann eineThe device 10, 110 is designed as a device 110 for stimulative ventilation support for a patient. The device 10 comprises one or more interfaces 12 which are designed to exchange information with a ventilation unit 120 and a sensor unit 200 . The stimulation device 110 also includes a control unit 14 which is designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles and to stimulate the respiratory muscles in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient. This figure also illustrates an exemplary embodiment of a ventilation system 120 for supporting a patient during ventilation with a device 10. In a ventilation system 120, the device 10, 110 can be integrated into one or more system components 100 or can also be implemented separately. The devices 10, 100 or components 100 according to FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d include one or more interfaces 12 which are coupled to the control unit 14. In Figures 1a, 1b, 1c, 1d, the one or more interfaces 12 for example in the form of a machine interface or in the form of a software interface. In exemplary embodiments, the one or more interfaces 12 can be embodied as typical interface(s) for communication in networks or between network components or medical devices, eg respirators, sensor or measuring units, stimulators, etc. For example, in exemplary embodiments, these can be formed by corresponding contacts. In exemplary embodiments, it can also be embodied as separate hardware and can include a memory that at least temporarily stores the signals to be sent or the signals received. The one or more interfaces 12 can be designed to receive electrical signals, for example as a bus interface, as an optical interface, as an Ethernet interface, as a radio interface, as a fieldbus interface, etc. It can also be designed in exemplary embodiments for radio transmission and a radio -Front end and associated antennas include. Input and/or output devices such as screen, keyboard, mouse can also be connected via the one or more interfaces 12 in order to record user inputs and/or to enable outputs. In exemplary embodiments, the control unit 14 can comprise one or more arbitrary controllers, microcontrollers, network processors, processor cores such as digital signal processor cores (DSPs), programmable hardware components, etc. Exemplary embodiments are not limited to a specific type of processor core. Any number of processor cores or even a plurality of processor cores or microcontrollers are conceivable for implementing a control unit 14 . Implementations in an integrated form with other devices are also conceivable, for example in a control unit which also includes one or more other functions. In exemplary embodiments, a
Kontrolleinheit 14 durch einen Prozessorkern, einen Computerprozessorkern (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessorkern (GPU = Graphics Processing Unit), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreiskern (ASIC = Application- Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-Systemkern (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) als Kern des Bausteins oder der Bausteine realisiert sein. Control unit 14 by a processor core, a computer processor core (CPU = Central Processing Unit), a graphics processor core (GPU = Graphics Processing Unit), an application-specific integrated circuit core (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), an integrated circuit (IC = Integrated Circuit), a system on chip (SOC) core, a programmable logic element, or a field programmable gate array with a microprocessor (Field Programmable Gate Array (FPGA)) as the core of the device or devices.
Die Figuren 2a, 2b, 2c, 2d zeigen schematische Darstellungen von Verfahren zur Realisierung von Konzepten im Kontext von Atmung, Beatmung, Atemunterstützung und Stimulation. Gleiche Elemente in den Figuren 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d sind in den Figuren 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 20 zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten. Das Verfahren 20 umfasst ein Stimulieren 22 der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal, ein Erfassen 24 eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren 22 und ein Bestimmen 29 eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d show schematic representations of methods for realizing concepts in the context of respiration, ventilation, respiratory support and stimulation. Identical elements in FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d are denoted by the same reference numbers in FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d, 1a, 1b, 1c, 1d. FIG. 2a shows an exemplary embodiment of a method 20 for determining a state of a patient's respiratory muscles. The method 20 includes stimulating 22 the respiratory muscles of the patient with a stimulation signal, detecting 24 an activation signal in response to the stimulating 22 and determining 29 one or more state parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
Die Fig. 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 20 zum Beatmen eines Patienten. Das Verfahren umfasst ein Erfassen 21 eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und ein Bestimmen 25 eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten. Das Verfahren 20 umfasst ferner ein Beeinflussen 26 des vom Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung und ein Unterstützen 28 des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. 2b shows an exemplary embodiment of a method 20 for ventilating a patient. The method includes detecting 21 a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and determining 25 a measure of the patient's ability to cope with stress. The method 20 also includes influencing 26 the portion of the ventilation performed by the patient himself and supporting 28 the patient during ventilation based on the measure of the portion of the ventilation performed by the patient himself and based on the measure of the patient's resilience .
Die Fig. 2c zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 20 für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln 23 einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten und ein Ermitteln 24 einer zweiten Information über eine Ist- Atemmuskelaktivierung des Patienten. Das Verfahren 20 umfasst darüber hinaus ein Bestimmen 25 eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. 2c shows an exemplary embodiment of a method 20 for a component of a ventilation system for breathing support for a patient. The method includes determining 23 first information about target respiratory muscle activation of the patient and determining 24 second information about actual respiratory muscle activation of the patient. The method 20 also includes determining 25 a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
Die Fig. 2d zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 20 zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten. Das Verfahren 20 umfasst ein Erfassen 19 von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals einer Atemmuskulatur des Patienten und ein Stimulieren 22 der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. Beispielsweise entspricht der vom Patienten selbst geleistete Anteil dem Aktivierungssignal und beinhaltet den spontanen und/oder stimulierten Anteil. FIG. 2d shows an exemplary embodiment of a method 20 for stimulative ventilation support for a patient. The method 20 includes a detection 19 of information about a time profile of an activation signal of a respiratory musculature of the patient and a stimulation 22 of the respiratory musculature in temporal alignment with the activation signal for muscular ventilation support of the patient. For example, the portion provided by the patient corresponds to the activation signal and includes the spontaneous and/or stimulated portion.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Übersichtsfigur zur Beatmung eines Patienten und zur Erfassung eines elektromyografischen Signals. Die Fig. 3 zeigt eineFIG. 3 shows a schematic overview figure for the ventilation of a patient and for the detection of an electromyographic signal. 3 shows a
Beatmungsvorrichtung 200, die einen Patienten 300 beatmet. An der Atemmuskulatur (Zwerchfell und Hilfsmuskulatur) des Patienten 300 wird ein elektromyografisches Signal 340 über Sensoren erfasst und ein Originalsignal EMG(t) 345 wird einer ersten Signalverarbeitung 310 zugeführt, die aus dem Originalsignal 345 eine Einhüllende EMG(t) 350 bestimmt. Eine weitere Signalverarbeitung 320 bestimmt dann aus der Einhüllenden EMG(t) 350 und aus von der Beatmungsvorrichtung 120 gelieferten Signalen [Atemwegsdruck, Paw(t), Volumenfluss V‘(t) und Atemvolumen V(t)] 360 einen Verlauf 331 des Atemmuskeldrucks Pmus 330 des Patienten 300. Ventilation device 200, which ventilates a patient 300. An electromyographic scan is performed on patient 300's respiratory muscles (diaphragm and accessory muscles). Signal 340 is detected via sensors and an original signal EMG(t) 345 is supplied to a first signal processing unit 310, which determines an envelope EMG(t) 350 from original signal 345. A further signal processing 320 then determines a profile 331 of the respiratory muscle pressure Pmus from the envelope EMG(t) 350 and from the signals [airway pressure, Paw(t), volume flow V′(t) and tidal volume V(t)] 360 supplied by the ventilation device 120 330 of the patient 300.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises. Dabei zeigt der gestrichelte Block den Patienten 300, bzw. das Patientenmodell 400 mit dem respiratorischen System 410. Ein Block 420 modelliert die neuromechanische Effizienz (NMEspon) der Spontanatmung basierend auf einem elektromyografischen Aktivierungssignal für die Spontanatmung EMGspon(t), das von dem respiratorischen System 410 bereitgestellt wird. Der Block 420 liefert dann ein Signal Pspon(t), das den vom Patienten spontan hervorgerufenen Muskeldruck kennzeichnet. Der stimulierte Muskeldruck Pstim(t) wird von einem Block 430 bestimmt, der die neuromechanische Effizienz (NMEstim) der Stimulation basierend auf einem durch die Stimulation erzeugten Aktivierungssignal EMGstim(t) modelliert. Das durch die Stimulation erzeugte Aktivierungssignal EMGstim(t) wird wiederum durch Block 440 (k(t)) bestimmt, basierend auf einer Stimulationsintensität Istim(t) und der Aktivierbarkeit k(t). Der gesamte Muskeldruck Pmus(t) ergibt sich dann aus der Summe des stimulierten Muskeldrucks Pstim(t) und des spontanen Muskeldrucks Pspon(t). Der Block 450 gibt eine Sedierung vor, die das respiratorische System 410 beeinflusst. Eine höhere Sedierung bedingt dabei eine niedrigere Spontanatemaktivität. Der Block 460 repräsentiert die Stimulation und gibt die Stimulationsintensität Istim(t) vor. Der Block 470 repräsentiert die pneumatische Beatmung oder Atemunterstützung, die den4 shows a schematic representation of a control circuit. The dashed block shows the patient 300 or the patient model 400 with the respiratory system 410. A block 420 models the neuromechanical efficiency (NMEspon) of the spontaneous breathing based on an electromyographic activation signal for the spontaneous breathing EMGspon(t) from the respiratory system 410 is provided. Block 420 then provides a signal Pspon(t) indicative of the muscle pressure spontaneously evoked by the patient. The stimulated muscle pressure Pstim(t) is determined by a block 430 that models the neuromechanical efficiency (NMEstim) of the stimulation based on an activation signal EMGstim(t) generated by the stimulation. The activation signal EMGstim(t) generated by the stimulation is in turn determined by block 440 (k(t)), based on a stimulation intensity Istim(t) and the activatability k(t). The total muscle pressure Pmus(t) then results from the sum of the stimulated muscle pressure Pstim(t) and the spontaneous muscle pressure Pspon(t). Block 450 specifies sedation affecting respiratory system 410 . Higher sedation results in lower spontaneous breathing activity. Block 460 represents the stimulation and sets the stimulation intensity Istim(t). The block 470 represents the pneumatic ventilation or respiratory support that the
Patienten mit dem Druck Pvent(t) beatmet. Diesem Druck überlagert sich dann der von der Muskulatur des Patienten selbst erzeugte Druck Pmus(t) zum treibenden Druck Pdrv(t), der auf das respiratorische System 410 schließlich wirkt. Der Regler 480 gibt den Komponenten Sedierung 450, Stimulation 460 und pneumatische Atemunterstützung 470 jeweils die Stellgrößen vor und ermittelt diese aus derPatient ventilated with the pressure Pvent(t). The pressure Pmus(t) generated by the patient's own muscles is then superimposed on this pressure to form the driving pressure Pdrv(t), which ultimately acts on the respiratory system 410 . The controller 480 specifies the control variables for the components sedation 450, stimulation 460 and pneumatic respiratory support 470 and determines these from the
Regeldifferenz an seinem Eingang. Die Regeldifferenz ergibt sich vorliegend aus der Differenz eines vorgegebenen Soll-Muskeldruckes PmusSoll(t) und einem geschätzten Muskeldruck Pmus(t). Dieser wird von einem Schätzer 490 basierend auf dem Ausgangdruck der Atemunterstützung 470 Pvent(t), einem am Patienten erfassten elektromyographischen Signal sEMG(t) und dem gemessenen AtemvolumenflussControl difference at its input. In the present case, the control difference results from the difference between a predefined setpoint muscle pressure PmusSoll(t) and an estimated muscle pressure Pmus(t). This is calculated by an estimator 490 based on the outlet pressure of the respiratory support 470 Pvent(t), an electromyographic signal sEMG(t) recorded on the patient and the measured tidal volume flow
Flow(t) bestimmt. In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung beispielsweise in dem Beatmungsgerät 470, dem Stimulator 460 oder einer Sensoreinheit umfasst sein. Die Figur illustriert ein Beatmungssystem mit diesen Komponenten. Flow(t) determined. In exemplary embodiments, the device can, for example, in which Respirator 470, the stimulator 460 or a sensor unit may be included. The figure illustrates a ventilation system with these components.
Ein Therapiesystem besteht aus einem Beatmungsgerät 470, einem Stimulator 460 und der Möglichkeit zur Einstellung der Sedierungstiefe 450. Der Patient 300, 400 wird mit dem Druck Pvent in seiner Atmung unterstützt. Die Atemmuskulatur wird mit der Intensität Istim stimuliert. Der entstehende Fluss, der Unterstützungsdruck und das sEMG werden gemessen. Daraus ermittelt der Schätzer 490 den Muskeldruck Pmus. Die Abweichung vom Sollwert wird dem Regler 480 zugeführt, der, je nach Polarität und Größe des Ergebnisses, die Sedierung 450, Stimulation 460 oder Atemunterstützung 470 ansteuert. A therapy system consists of a respirator 470, a stimulator 460 and the possibility of setting the sedation depth 450. The patient 300, 400 is supported in his breathing with the pressure Pvent. The respiratory muscles are stimulated with the Istim intensity. The resulting flow, the support pressure and the sEMG are measured. The estimator 490 determines the muscle pressure Pmus from this. The deviation from the target value is fed to controller 480, which controls sedation 450, stimulation 460 or respiratory support 470, depending on the polarity and size of the result.
Um das beschriebene Therapieverfahren zu ermöglichen, können in Ausführungsbeispielen verschiedene Manöver durchgeführt werden, um Wirksamkeitsmaße zu berechnen. Diese Wirksamkeitsmaße erlauben dann eine Wrkungssteuerung der Beatmung und Stimulation. Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um ein pneumatisches Diagnosemanöver zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters durchzuführen und um die ein oder mehreren Zustandsparameter basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter zu bestimmen. Das pneumatische Diagnosemanöver kann beispielsweise eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atemunterstützung des Patienten umfassen. In order to enable the therapy method described, various maneuvers can be carried out in exemplary embodiments in order to calculate effectiveness measures. These measures of effectiveness then allow the ventilation and stimulation to be controlled effectively. The control unit 14 can be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter. The diagnostic pneumatic maneuver may include, for example, occlusion, airflow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support.
Folgende Manöver, wie beispielweise aus DE 102007062214B3, WO 2018 143 844A, DE 102019006480A1, DE 102019006480 A1, DE 102020000014 A1 bekannt, können in Ausführungsbeispielen einmalig, wiederholt oder regelmäßig durchgeführt werden: The following maneuvers, as known, for example, from DE 102007062214B3, WO 2018 143 844A, DE 102019006480A1, DE 102019006480 A1, DE 102020000014 A1, can be carried out once, repeatedly or regularly in exemplary embodiments:
Manöver zur Bestimmung der neuromechanischen Effizienz (neuromechanical efficiency, NME) bei Spontanatmung [E18, E21, E26]: Maneuvers to determine neuromechanical efficiency (NME) in spontaneous breathing [E18, E21, E26]:
Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um ein Maß für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. Das Maß für die Effizienz kann beispielsweise ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen und dem Aktivierungssignal umfassen. Das Maß für die Effizienz kann beispielsweise auch ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfassen. End-exspiratorisches Okklusionsmanöver: The control unit 14 can be designed to determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles. The measure of the efficiency can include, for example, a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal. The measure of the efficiency can, for example, also include a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal. End-expiratory occlusion maneuver:
Dabei wird der Atemwegsfluss zum Ende der Ausatmung blockiert, sodass die folgende Atemanstrengung des Patienten als „mouth pressure“ (Mundverschlussdruck) erfassbar ist. Als Maß kann die max. Amplitude, die Fläche oder andere Parameter des Zeitverlaufs des mouth pressure verwendet werden. Dieses Maß wird für dieThe airway flow is blocked at the end of expiration, so that the patient's subsequent respiratory effort can be recorded as "mouth pressure". The maximum amplitude, the area or other parameters over time of the mouth pressure can be used as a measure. This measure will be for the
Berechnung des NME einem entsprechenden Maß des Aktivierungssignals (EMG) ins Verhältnis gesetzt. Wiederholte Messungen, Entfernung von Outliers (Ausreißer) und Mittelwertbildung des Ergebnisses können nötig sein, da teilweise eine hohe Variabilität zu erwarten ist [E21.E26]. In Ausführungsbeispielen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein Maß für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. Beispielsweise kann das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfassen. Auf diese (eher invasiven) Manöver kann verzichtet werden, wenn genügend Variabilität bei der Spontanatmung und der Atemunterstützung vorliegt. Die Variabilität kann bei Bedarf erzeugt werden, z.B. durch zufällige Änderung der Druckunterstützungs- oder Stimulationsamplitude. Mittels Schätzverfahren ist es möglich, NME dann zu berechnen [E15] Calculation of the NME a corresponding measure of the activation signal (EMG) set in relation. Repeated measurements, removal of outliers (outliers) and averaging of the result may be necessary, since high variability is to be expected in some cases [E21,E26]. In exemplary embodiments, the control unit can be designed to determine a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient. For example, the measure of the maximum respiratory effort that can be achieved by the patient can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles. These (rather invasive) maneuvers can be dispensed with if there is sufficient variability in spontaneous breathing and respiratory support. The variability can be created on demand, e.g. by randomly changing the pressure support or stimulation amplitude. Using estimation methods, it is then possible to calculate NME [E15]
Manöver zur Bestimmung der neuroventilatorv efficiencv NVE bei Spontanatmunq [E27, E22] Maneuver to determine the neuroventilatorv efficiencv NVE in spontaneous breathing [E27, E22]
Dabei wird für einen Atemzug oder mehrere Atemzüge die Unterstützung weggelassen und das erbrachte (ggf. über mehrere Atemzüge gemittelte) Tidalvolumen VolSpon erfasst und zu einem Maß (Mittelwert, Fläche o.ä.) des Aktivierungssignals (EMGspon) ins Verhältnis gesetzt. - In [E28] wird der Quotient aus Volumen zu Aktivierung sowohl währendThe support is omitted for one breath or several breaths and the generated tidal volume VolSpon (possibly averaged over several breaths) is recorded and compared to a measure (mean value, area or similar) of the activation signal (EMGspon). - In [E28] the quotient of volume to activation is both during
Unterstützung als auch ohne Unterstützung bestimmt und das Ergebnis ins Verhältnis gesetzt. Damit erhält man ein Maß für den Beitrag, den der Patient am gesamten Tidalvolumen leistet. Der Gedanke dahinter erinnert an die Aufteilung der Anteile der Volumina am Gesamtvolumen, wie in [E29] beschrieben, wobei in [E29] ein echtes Zeitsignal basierend auf dem Pmus berechnet wird und das Weglassen der Unterstützung nicht nötig ist. - Ein Surrogat für das NVE lässt sich daher auch ohne Weglassen der Unterstützung als Quotient von VolSpon zu EMGspon berechnen. Weil das Surrogat dynamisch (d.h. aus dem Zeitverlauf des FlowSpon) ermittelt wird, unterscheidet es sich von dem statischen NVE ggf. durch einen Offset oder/undsupport and without support are determined and the result is compared. This gives a measure of the patient's contribution to the total tidal volume. The idea behind it is reminiscent of the distribution of the proportions of the volumes in the total volume, as described in [E29], whereby in [E29] a real time signal is calculated based on the Pmus and omitting the support is not necessary. - A surrogate for the NVE can therefore be calculated without omitting the support as the quotient of VolSpon to EMGspon. Because the surrogate is determined dynamically (i.e. from the flow of the FlowSpon over time), it may differ from the static NVE by an offset and/or
Faktor. Das nicht so häufig durchgeführte Manöver dient dann der Kalibration des Surrogats, welches kontinuierlich aktuelle Werte liefert. Manöver zur Bestimmung der Aktivierbarkeit k(t): - Dabei erfolgt eine sog. Twitch Stimulation [E21], d.h. ein transienter Stimulationsimpuls mit hoher (z.B. 100%) Intensität zur kurzzeitigen maximalen Aktivierung der Atemmuskulatur. Dies soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Es sind auch andere Stimulationsmuster denkbar. Letztlich kann ein beliebiges Stimulationsmuster als Sequenz ggf. verschieden gewichteter Twitches dargestellt werden. Demnach ist die Kontrolleinheit 14 dann ausgebildet, um das Stimulationssignal mit einem oder mehreren Stimulationsimpulsen zu erzeugen. Das Stimulationssignal kann beispielsweise einen oder mehrere Stimulationsimpulse umfassen. Die Kontrolleinheit ist dann ausgebildet, um das Aktivierungssignal als Impulsantwort zu erfassen. Mit dem Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter wird eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten bestimmt. Factor. The maneuver, which is not carried out so often, is then used to calibrate the surrogate, which continuously delivers current values. Maneuver to determine the activability k(t): - A so-called twitch stimulation [E21] takes place, ie a transient stimulation impulse with a high (eg 100%) intensity for a short-term maximum activation of the respiratory muscles. This should not be construed as a limitation. Other stimulation patterns are also conceivable. Ultimately, any desired stimulation pattern can be represented as a sequence of twitches that may be differently weighted. Accordingly, the control unit 14 is then designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses. The stimulation signal can, for example, comprise one or more stimulation pulses. The control unit is then designed to detect the activation signal as an impulse response. The ability to activate the patient's respiratory muscles is determined by determining the one or more status parameters.
In manchen Ausführungsbeispielen kann hierbei eine Aktivierungsschwelle berücksichtigt werden. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um bei dem Bestimmen der Aktivierbarkeit eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal zu berücksichtigen. Bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle erfolgt eine Aktivierung der Atemmuskulatur und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle ist eine Aktivierung zumindest reduziert oder bleibt ganz aus. Wenn die Aktivierungsschwelle bekannt ist, kann die Stimulation besser z.B. mit der Beatmung oder der Spontanatmung synchronisiert werden. Beispielsweise wird ein rampenförmiger Verlauf für die Stimulation verwendet. Wenn eine solche Rampe bei 0 beginnt, kann es zu einem deutlichen Zeitverzug kommen, da es wegen der endlichen Rampensteilheit eine Zeit dauert, bis die Aktivierungsschwelle überschritten wird. In some exemplary embodiments, an activation threshold can be taken into account here. The control unit 14 is then designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability. When the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles are activated and when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold, activation is at least reduced or does not occur at all. If the activation threshold is known, the stimulation can be better synchronized with ventilation or spontaneous breathing, for example. For example, a ramped course is used for the stimulation. If such a ramp begins at 0, there can be a significant time delay, since it takes a while before the activation threshold is exceeded due to the finite ramp gradient.
Ausführungsbeispiele können ein System und Interfaces/Schnittstellen schaffen für die Kombination aus Beatmung und Muskelstimulation. Ausführungsbeispiele können dabei eine Architektur eines Systems bereitstellen, das aus über Schnittstellen miteinander kommunizierenden und mit Rechenkapazität ausgestatteten Komponenten besteht. Dieses System kann eine wirkungsvolle und weitgehend automatisierte Therapie für Patienten ermöglichen, die aus Gründen eines mangelhaften Gasaustauschs und/oder einer beschränkten Atemmuskelpumpfunktion eine Atemunterstützung oder maschinelle Beatmung benötigen. Anders als in der konventionellen Beatmung, kann das System sowohl die Aktivität der Atemmuskulatur - vorzugsweise die inspiratorische Atemmuskulatur, maßgeblich das Zwerchfell - als auch den Gasaustausch in der Lunge adäquat überwachen und steuern. Unter herkömmlicher Beatmung entstehen häufig Schäden an Lunge (auch engl. „Ventilator induced lung injury“, VI LI) und/oder Atemmuskulatur (auch engl. ‘Ventilator induced diaphragm dysfunction”, VIDD). Der treibende Druck (Summe aus Beatmungsdruck und Muskeldruck) kann zu einem zu hohen Tidalvolumen führen und dadurch die Lunge schädigen. Die Atemmuskulatur kann wegen Überlastung erschöpfen oder wegen zu wenig Aktivität atrophieren. Im letzteren Fall kommt es zusätzlich häufig zu Lungenschäden, da die notwendige umfassende Positiv-Druckbeatmung das Lungengewebe stärker schädigt, als wenn der Atemmuskel während der Inspiration mit Negativdruck mitzieht [E25] Exemplary embodiments can create a system and interfaces for the combination of ventilation and muscle stimulation. In this case, exemplary embodiments can provide an architecture of a system which consists of components which communicate with one another via interfaces and are equipped with computing capacity. This system can provide effective and largely automated therapy for patients who require respiratory support or mechanical ventilation due to poor gas exchange and/or limited respiratory muscle pump function. Unlike in conventional ventilation, the system can monitor both the activity of the respiratory muscles - preferably the inspiratory respiratory muscles, primarily the diaphragm - and adequately monitor and control the gas exchange in the lungs. Conventional ventilation often causes damage to the lungs (also known as “ventilator induced lung injury”, VI LI) and/or respiratory muscles (also known as “ventilator induced diaphragm dysfunction”, VIDD). The driving pressure (sum of ventilation pressure and muscle pressure) can lead to an excessive tidal volume and thus damage the lungs. The respiratory muscles can become fatigued from overuse or atrophy from lack of activity. In the latter case, lung damage also often occurs, since the necessary comprehensive positive pressure ventilation damages the lung tissue more than if the respiratory muscle pulls along with negative pressure during inspiration [E25].
Ausführungsbeispiele können beispielsweise - mittels sEMG (oder einer anderen geeigneten Technologie) ein Maß für die Atemmuskelaktivierung, vorzugsweise der Muskeldruck, erfassen, (Statt Muskeldruck Pmus könnte auch der Anteil des Flusses, der von der Muskulatur verursacht wird, FlowMus, genannt werden [E29] In manchen Ausführungsbeispielen kann FlowMus dem Pmus vorgezogen werden. Eine weitere Alternative wäre die Atemarbeit (WOB), die sich aus dem Muskeldruck Pmus oder dem FlowMus durch Integration berechnen lässt zu WOBmus = Integral Pmus(t) · Flow(t) dt = Integral P(t) · FlowMus(t) dt. Aus Gründen der Einfachheit wird im Folgenden nur von „Muskeldruck“ gesprochen, wobei die anderen Maße explizit eingeschlossen sind), - bezogen auf dieses Maß ein sekundäres Therapieziel (vorzugsweise im Sinne eines Korridors) vorgeben, - mittels magnetischer oder elektrischer (oder anders gearteter) Stimulation der Atemmuskulatur Atemmuskeldruck jenseits der Spontanaktivität erzeugt wird (Die Stimulation kann direkt durch Aktivierung der Muskelfasern oder indirekt durch Reizung der speisenden efferenten Nerven erfolgen), - ggf. mittels automatischer Gabe von Medikamenten (z.B. Sedativa oder Relaxantien) den durch Spontanatmung entstehenden Muskeldruck senken, mittels eines angeschlossenen Beatmungsgeräts sicherstellen, dass o als primäres Therapieziel der Patient grundsätzlich hinreichendExemplary embodiments can, for example - by means of sEMG (or another suitable technology) record a measure of the respiratory muscle activation, preferably the muscle pressure (instead of muscle pressure Pmus, the proportion of the flow caused by the muscles, FlowMus, could also be called [E29] In some embodiments FlowMus can be preferred to Pmus Another alternative would be the work of breathing (WOB), which can be calculated from the muscle pressure Pmus or the FlowMus by integration to WOBmus = integral Pmus(t) Flow(t) dt = integral P (t) · FlowMus(t) dt. For reasons of simplicity, only "muscle pressure" is mentioned in the following, with the other dimensions being explicitly included), - specify a secondary therapy goal based on this dimension (preferably in the sense of a corridor), - by means of magnetic or electrical (or other types of) stimulation of the respiratory muscles, respiratory muscle pressure is generated beyond spontaneous activity (the Stimul ation can take place directly by activating the muscle fibers or indirectly by stimulating the feeding efferent nerves), - if necessary by automatically administering medication (e.g. Sedatives or relaxants) reduce the muscle pressure caused by spontaneous breathing, ensure by means of a connected ventilator that o the patient is basically sufficient as the primary goal of therapy
Minutenvolumen bekommt und die Oxygenierung über Fi02-Einstellung gewährleistet ist, o bei mangelhafter Belastbarkeit des Atemmuskels eine Druckunterstützung geleistet wird, o bei mangelhafter Spontanaktivität und unzureichenderminute volume and oxygenation is guaranteed via the Fi02 setting, o pressure support is provided if the respiratory muscle is not able to cope with stress, o with insufficient spontaneous activity and insufficient
Stimulationswirkung eine mechanische Beatmung durchgeführt wird. Stimulating effect mechanical ventilation is performed.
Anders als bisherige verfügbare Therapiegeräte haben Ausführungsbeispiele gleichzeitig den Schutz der Lunge als auch der Atemmuskulatur, insbesondere des Zwerchfells, im Fokus. Es ist damit zu rechnen, dass durch deren Anwendung die Zahl der durch VI LI oder VI DD betroffenen Patienten reduziert wird. Ein wichtiger physiologischer Grund für die Verbesserung der Therapie liegt, darin, dass das Zwerchfell - je nach Belastbarkeit - während der Inspiration möglichst immer aktiv mitziehen soll, ohne dass dadurch eine Lungenschädigung (durch zu hohen treibenden Druck) entsteht. Der durch das Zwerchfell verursachte negative Druck hat, was die Schädigung des Gewebes angeht, einen großen Vorteil vor der Positiv-Druckbeatmung [E25] In contrast to previously available therapy devices, exemplary embodiments focus on protecting the lungs as well as the respiratory muscles, in particular the diaphragm. It is to be expected that their use will reduce the number of patients affected by VI LI or VI DD. An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure). The negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation in terms of tissue damage [E25]
In Ausführungsbeispielen können für die Realisierung eines Systems und eines Verfahrens, das es erlaubt, Beatmung und Stimulation z.B. mit Blick auf den zu leistenden Atemmuskeldruck adäquat zu adjustieren und zu koordinieren, verschiedene Komponenten miteinander kombiniert werden: ein Beatmungsgerät, ein Stimulator (Aktoreinheit) und eine Sensoreinheit. Aus Gründen einer leistungsfähigen und übersichtlichen Hardware-/Software-Architektur wird die „Intelligenz“, also CPU- Power (Rechenkapazität) und Algorithmik, vorzugsweise auf die Komponenten verteilt. So sollen spezifische Rechen-/Schätzaufgaben jeweils von den Komponenten geleistet werden, die mit ihren verfügbaren Signalen dazu am ehesten in der Lage sind. Dabei soll die Sensoreinheit (bspw. sEMG-Amplifier) das Aktivierungssignal erfassen und mithilfe über eine Schnittstelle zugänglicher pneumatischer Information den Atemmuskeldruck berechnen. Der Stimulator (Aktoreinheit) hingegen soll aus Ist- und Sollwert einer Zielgröße (z.B. Muskelaktivierung, Atemwegsfluss oder Muskeldruck) ein Stimulationssignal erzeugen und ggf. den Kernel bzw. Parameter der Systemimpulsantwort identifizieren. Demzufolge kommt den Schnittstellen der verschiedenen Komponenten eine besondere Bedeutung zu. Vorzugsweise sind alle Schnittstellen bidirektional ausgeführt. Die Schnittstellen müssen nicht zwingend für eine Echtzeitanforderung (Reaktionszeit <50ms) ausgeführt sein, sondern nur dann, wenn dies im Rahmen der Synchronisation von Aktivitäten der kommunizierenden Komponenten nötig ist. Die oben beschriebene Vorrichtung 10 kann somit in einem Beatmungsgerät, einem Stimulator und/oder einer Sensoreinheit implementiert sein. Es sind auch verteilte Implementierungen denkbar, was dann entsprechende Auswirkungen auf die Schnittstellen und die zwischen den Komponenten auszutauschenden Signale/Informationen hat. So kann die Vorrichtung 10 zumindest in manchen Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zur Atemwegsflussmessung und zur Atemwegsdruckmessung an dem Patienten umfassen und die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um die erste Information und die zweite Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung zu ermitteln. Die Vorrichtung 10 kann ferner eine Einrichtung zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen und das Maß für die Atem Unterstützung kann ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. Beispielsweise hat ein Beatmungsgerät in einem Ausführungsbeispiel die Möglichkeit einer maschinellen druckkontrollierten Beatmung, einer getriggerten Druckunterstützung und ggf. Proportionalunterstützung der Patientenanstrengung. Das Beatmungsgerät kann über eine Möglichkeit der Atemwegsfluss- und -druckmessung verfügen. Die so erfassten Fluss- und Drucksignale werden vorzugsweise der informationstechnisch angeschlossenen Sensoreinheit zugeführt, die in Verbindung mit dem erfassten Aktivierungssignal ein Muskeldrucksignal o.ä. berechnet. Die Vorrichtung 10 ist dann ausgebildet, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten zur erhalten (Sensoreinheit) oder bereitzustellen (Beatmungsgerät). Die Kontrolleinheit kann dann ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung ferner basierend auf der Messinformation zu bestimmen. Alternativ, wenn keine separate Sensoreinheit verfügbar ist, können diese Signale von dem Beatmungsgerät selbst berechnet werden. Allerdings ist die Berechnung weniger genau, wenn sie allein auf den pneumatischen Signalen der Sensoren des Beatmungsgerätes beruht. Insofern kann die Vorrichtung 10 in einer Sensoreinheit implementiert sein. Die Vorrichtung 10 kann eine Einrichtung zur sensorischen Erfassung eines Signals, das von der Ist-In exemplary embodiments, various components can be combined with one another to implement a system and a method that allows ventilation and stimulation, for example with regard to the respiratory muscle pressure to be provided, to be adequately adjusted and coordinated: a ventilator, a stimulator (actuator unit) and a sensor unit. For reasons of a powerful and clear hardware/software architecture, the "intelligence", i.e. CPU power (computing capacity) and algorithms, is preferably distributed to the components. In this way, specific calculation/estimation tasks are to be performed by the components that are most likely to be able to do this with their available signals. The sensor unit (e.g. sEMG amplifier) should record the activation signal and calculate the respiratory muscle pressure using pneumatic information accessible via an interface. The stimulator (actuator unit), on the other hand, should generate a stimulation signal from the actual and target value of a target variable (e.g. muscle activation, airway flow or muscle pressure) and, if necessary, identify the kernel or parameters of the system impulse response. As a result, the interfaces of the various components are of particular importance. All interfaces are preferably bidirectional. The interfaces do not necessarily have to be designed for a real-time requirement (response time <50ms), but only if this is necessary in the context of synchronizing activities of the communicating components. The device 10 described above can thus be implemented in a ventilator, a stimulator and/or a sensor unit. Distributed implementations are also conceivable, which then have corresponding effects on the interfaces and between the components signals/information to be exchanged. Thus, at least in some exemplary embodiments, the device 10 can comprise a device for measuring the airway flow and for measuring the airway pressure on the patient, and the control unit 14 can be designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement. The apparatus 10 may further include a pneumatic respiratory support device and the measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support. For example, in one exemplary embodiment, a ventilator has the option of mechanical pressure-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary, support proportional to the patient's effort. The ventilator may have an airway flow and pressure measurement capability. The flow and pressure signals recorded in this way are preferably fed to the sensor unit which is connected by information technology and which calculates a muscle pressure signal or the like in conjunction with the activation signal recorded. The device 10 is then designed to receive (sensor unit) or provide (ventilator) measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces 12 . The control unit can then be designed to also determine the measure for the respiratory support based on the measurement information. Alternatively, if a separate sensor unit is not available, these signals can be calculated by the ventilator itself. However, the calculation is less accurate when based solely on the pneumatic signals from the ventilator's sensors. In this respect, the device 10 can be implemented in a sensor unit. The device 10 can be a device for sensory detection of a signal from the actual
Atemmuskelaktivierung abhängt, umfassen. Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um das Maß für die Atem Unterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal zu bestimmen. Beispielsweise ist die Einrichtung zur sensorischen Erfassung ausgebildet, um ein Elektro-Myogramm, ein Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm zu erfassen. Z.B. umfasst die Einrichtung zur sensorischen Erfassung einen Dehnungssensor, einen Ultraschallsensor oder einen Ösophagusdrucksensor. Weiterhin werden dem angeschlossenen Stimulator das Fluss- (oder Volumen-) Signal und ggf. das berechnete oder von der Sensoreinheit empfangene Muskeldrucksignal als Zielgröße zugeführt. Das Beatmungsgerät kann über die Möglichkeit verfügen, den Sedierungsgrad des Patienten zu verändern. Eine tiefere Sedierung reduziert bspw. die Spontanatemtätigkeit. Normalerweise wird versucht, Patienten mit möglichst wenig Sedativa oder Relaxantien zu beatmen. In einem solche Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 10 ferner eine Einrichtung zur Sedierung des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung. In Ausführungsbeispielen kann das Maß für die Atemunterstützung ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll-respiratory muscle activation. The control unit 14 can be designed to determine the measure for the respiratory support based on the sensor-detected signal. For example, the device for sensory detection is designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. For example, the device for sensory detection includes a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor. Furthermore, the flow (or volume) signal and possibly the muscle pressure signal calculated or received by the sensor unit are fed to the connected stimulator as a target variable. The ventilator may have the ability to change the patient's sedation level. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible. In In such an embodiment, the apparatus 10 further includes means for sedating the patient based on the level of respiratory support. In exemplary embodiments, the measure of respiratory support may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target
Atemmuskelaktivierung anzeigt. Falls der Atemmuskeldruck zu groß ist und daher Lunge und Zwerchfell geschädigt werden können, kann er durch Gabe einer geeigneten Menge von Sedativa oder Relaxantien reduziert werden. Generell kann die Vorrichtung 10 in den Regelkreis eingebunden sein, d.h. auch als Regler implementiert sein. Die Kontrolleinheit 14 kann ferner ausgebildet ist, um eine Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information über das Maß für die Atemunterstützung über eine Regelung zu reduzieren. indicates respiratory muscle activation. If the respiratory muscle pressure is too great and therefore the lungs and diaphragm can be damaged, it can be reduced by administering an appropriate amount of sedatives or relaxants. In general, the device 10 can be integrated into the control loop, i.e. it can also be implemented as a controller. The control unit 14 can also be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 demnach mit oder in einem Beatmungsgerät implementiert sein. Die Kontrolleinheit 14 kann dann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12, Information über das Maß für die Atemunterstützung an einen Stimulator zu kommunizieren. Das Maß für die Atemunterstützung kann zumindest einen Parameter der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, eines Startzeitpunktes, eines Endzeitpunktes, einer Ist-Atemmuskelaktivierung und der Soll-Atemmuskelaktivierung, umfassen. Dabei können die ein oder mehreren Schnittstellen zur Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. Hierin wird unter Echtzeitkommunikation eine Kommunikation mit einer Reaktionszeit <50ms verstanden. Beispielsweise sind die ein oder mehreren Schnittstellen zur sampleweisen Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet. Die ein oder mehreren Schnittstellen können auch zur Kommunikation eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atem Unterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. Zur zeitlichen Synchronisation oder Koordination kann die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um einem Stimulator über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt vorzugeben oder um einen solchen zu erhalten. Es sind auch Ausführungsbeispiele denkbar bei denen ein Stimulator in ein Beatmungsgerät integriert ist. Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um einem Stimulator über die ein oder mehreren Schnittstellen die erste und die zweite Information vorzugeben und/oder um über die ein oder mehreren Schnittstellen Beatmungsmanöver mit einem Stimulator abzustimmen. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 10 in einer oder mit einer Aktoreinheit (Stimulator) zur Stimulation (z.B., elektrisch, per Ultraschall oder vorzugsweise magnetisch) der Atemmuskulatur implementiert. Die Kontrolleinheit 14 der Vorrichtung 10 kann dann ausgebildet sein, um als Maß für die Atem Unterstützung ein Stimulationssignal für den Patienten zu generieren und/oder eine Einrichtung zur Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. Die Anwendung des Aktors erfolgt vorzugsweise nicht- invasiv an der Körperoberfläche, z.B. mittels Stimulationselektroden oder -spulen. Der Aktor kann entweder eigenständig arbeiten, in seiner Stimulation durch Vorgabe von (nicht zeitkritischen) Parametern (wie z.B. max. Stimulationsintensität) eingestellt oder durch zeitkritische Vorgabe einer zeitabhängigen Stimulationsintensität Istim(t) oder eines Synchronisationsevents (z.B. Stimulation Start/Stop) direkt angesteuert werden. Vorzugsweise soll die Wirkung der Stimulation gesteuert werden. Als Zielgröße kommt z.B. ein Maß für die Aktivierung der Muskulatur, der verursachte Atemwegsfluss oder vorzugsweise der durch die Kontraktion erzielte Muskeldruck in Frage. Hierfür ist eine sensorische Rückkopplung der Zielgröße notwendig (z.B. die eingelesene EMG-, EIM-, oder MMG-Hüllkurve als Maß für die Muskelaktivierung, das Flusssignal, der Ösophaghus-, Magen-, bzw. Differenzdruck oder der berechnete Muskeldruck Pmus). Nach Vorgabe dieser zeitabhängigen Zielgröße stimuliert der Aktor dann so, dass der Sollwert erreicht wird, d.h., dass der gemessene (eingelesene) Istwert möglichst genau mit dem Sollwert übereinstimmt. Dabei bietet sich der Einsatz eines Reglers an, der vorzugsweise in der Aktoreinheit integriert ist. Die Aktoreinheit hat also die Möglichkeit, ein Stimulationssignal an den Patienten abzugeben sowie das vorgegebene und aktuelle Zielgrößensignal über eine Schnittstelle einzulesen. Dabei kann für die Zielgröße des Reglers die stimulierte oder die/der gesamte (patientenseitige)Accordingly, in exemplary embodiments, the device 10 may be implemented with or in a ventilator. The control unit 14 can then be designed to communicate information about the degree of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces 12 . The measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation and the target respiratory muscle activation. The one or more interfaces can be designed for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit. Here, real-time communication means communication with a response time of <50ms. For example, the one or more interfaces are designed for sample-by-sample real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit. The one or more interfaces can also be designed to communicate a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit. For the purpose of time synchronization or coordination, the control unit 14 can be designed to specify a clock for a stimulator via the one or more interfaces or to receive such a clock. Embodiments are also conceivable in which a stimulator is integrated into a ventilator. The control unit 14 can be designed to specify the first and the second information to a stimulator via the one or more interfaces and/or to coordinate ventilation maneuvers with a stimulator via the one or more interfaces. In some exemplary embodiments, the device 10 is implemented in or with an actuator unit (stimulator) for stimulating (eg, electrically, by ultrasound or preferably magnetically) the respiratory muscles. The control unit 14 of the device 10 can then be designed to generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support and/or comprise a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of the respiratory support. The actuator is preferably used non-invasively on the body surface, for example by means of stimulation electrodes or coils. The actuator can either work independently, its stimulation can be adjusted by specifying (non-time-critical) parameters (e.g. maximum stimulation intensity) or it can be directly controlled by time-critical specification of a time-dependent stimulation intensity Istim(t) or a synchronization event (e.g. stimulation start/stop). . Preferably, the effect of the stimulation should be controlled. A measure of the activation of the muscles, the airway flow caused, or preferably the muscle pressure achieved by the contraction, can be used as a target variable. This requires sensory feedback of the target variable (e.g. the EMG, EIM or MMG envelope that has been read in as a measure of muscle activation, the flow signal, the esophagogastric, gastric or differential pressure or the calculated muscle pressure Pmus). After specifying this time-dependent target variable, the actuator then stimulates in such a way that the target value is reached, ie the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible. The use of a regulator, which is preferably integrated in the actuator unit, is a good idea here. The actuator unit is therefore able to emit a stimulation signal to the patient and to read in the specified and current target value signal via an interface. The target value of the controller can be the stimulated or the entire (patient-side)
Muskelaktivierung, Fluss oder Muskeldruck gewählt werden, wobei der Aktor in seiner direkten Wrkung nur Einfluss auf die/den stimulierte/nMuscle activation, flow or muscle pressure can be selected, whereby the direct effect of the actor only influences the stimulated
Muskelaktivierung/Fluss/Muskeldruck hat. Die erste und die zweite Information (Soll- Atemmuskelaktivierung, Ist-Atemmuskelaktivierung) können jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. Die/der durch spontane Atemaktivität verursachte Muskelaktivierung/Fluss/Muskeldruck wird dann als Fehlersignal interpretiert. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck zu bestimmen und bereitzustellen. Dieses Fehlersignal wird vorzugsweise von der Aktoreinheit bestimmt und ggf. auch an das angeschlossene Beatmungsgerät zur Visualisierung weitergereicht, da es therapeutischen oder/und diagnostischen Wert hat. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um das Maß für die Atem Unterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten zu bestimmen. Beispielsweise wird nur dann stimuliert, wenn der vorgegebene gesamte patientenseitige Muskeldruck größer als der aktuelle patientenseitige Muskeldruck ist. Im anderen Fall würde nicht stimuliert. Stattdessen könnte über das Beatmungsgerät die Sedierung erhöht werden, um das Fehlersignal (den spontanen Muskeldruck) zu reduzieren. Alternativ könnte ein Volumensignal als Maß für die Aktivierung der Atemmuskulatur verwendet werden, z.B. der Anteil des Volumens oder Flusses der durch die Muskelaktivierung verursacht wird (FlowMus oder VolMus) [E29] In allen diesen Fällen ist von der Aktoreinheit eine Schätzaufgabe in Verbindung mit einer Regelung zu lösen, da mit der Stimulation eine bestimmte Wirkung erzielt werden soll, die initial zum Zeitpunkt der Abgabe dermuscle activation/flow/muscle pressure. The first and second information (target respiratory muscle activation, actual respiratory muscle activation) can each include a measure of patient-stimulated or total respiratory muscle activation, patient-stimulated or total respiratory muscle flow, or patient-stimulated or total respiratory muscle pressure. The muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is then interpreted as an error signal. The control unit 14 is then designed to receive information about a respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, a respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or a respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity Determine and provide respiratory muscle pressure. This error signal is preferably determined by the actuator unit and possibly also forwarded to the connected ventilator for visualization, since it has therapeutic and/or diagnostic value. The control unit 14 is then designed to determine the measure of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity. For example, stimulation is only carried out if the specified total muscle pressure on the patient side is greater than the current muscle pressure on the patient side. Otherwise there would be no stimulation. Instead, sedation could be increased via the ventilator to reduce the error signal (spontaneous muscle pressure). Alternatively, a volume signal could be used as a measure of the activation of the respiratory muscles, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation (FlowMus or VolMus) [E29] In all of these cases, the actuator unit performs an estimation task in conjunction with a control system to be solved, since the stimulation is intended to achieve a certain effect that is initially at the time of delivery of the
Stimulationsintensität noch nicht bekannt ist. Durch Variation der Stimulationsintensität und „Korrelation“ mit dem Zielgrößensignal (bspw. der erfassten Muskelaktivierung oder dem stimulierten patientenseitigen Muskeldrucksignal) kann eine Stimulationsimpulsantwort bzw. ein linearer/nichtlinearer Kernel k(t) im Sinne einer Systemidentifikation bestimmt werden, der den Zeitverlauf der Stimulationsintensität in das Zielgrößensignal übersetzt. Die Kontrolleinheit 14 ist dann beispielsweise ausgebildet, um basierend auf der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung eine Schätzung für eine Stimulationsimpulsantwort des Patienten durchzuführen. Die Kontrolleinheit 14 kann auch ausgebildet sein, um die Schätzung auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers zu bestimmen. Während diestimulation intensity is not yet known. By varying the stimulation intensity and "correlation" with the target value signal (e.g. the recorded muscle activation or the stimulated patient-side muscle pressure signal), a stimulation impulse response or a linear/nonlinear kernel k(t) can be determined in the sense of a system identification, which shows the time course of the stimulation intensity in translates the target variable signal. The control unit 14 is then designed, for example, to estimate a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support. The control unit 14 can also be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver. while the
Impulsantwort üblicherweise parametrisierbar ist (z.B. ähnlich der Vorgabe des P-, I-, D-Anteils eines PID-Reglers oder durch Festlegung der Zeitkonstanten), werden beim Kernel die Abtastwerte vorgegeben. Die Variation der Stimulationsintensität kann mithilfe von Manövern, durch zufällige Änderungen (ähnlich Noisy PSV, von engl. „pressure support Ventilation“, druckunterstützender Beatmungsmode, bei dem die Unterstützung zufällig leicht variiert wird) oder durch andere Formen der Variabilität erfolgen. Die Schätzaufgabe erfolgt vorzugsweise wiederholt, ggf. regelmäßig oder sogar kontinuierlich (Abtastwert für Abtastwert). Bspw. für die Realisierung einer der Atemanstrengung proportionalen Stimulation wird die Schätzaufgabe und Regelung online mit hoher Echtzeitanforderung erfolgen (Reaktionszeit <50ms). Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um die Schätzung regelmäßig oder kontinuierlich zu wiederholen. Für die Anpassung der Stimulationsamplitude sind die Anforderungen zeitlich weniger kritisch (Reaktionszeit <5s, vorzugsweise innerhalb eines Atemzugs). Die Aktoreinheit soll bei der Schätzung der Stimulationswirkung die Signalqualität der für die Schätzung benötigten Signale berücksichtigen. Bei nicht hinreichender Signalqualität (z.B. des sEMG der Atemmuskulatur als Voraussetzung für die Berechnung des Muskeldrucks) kann das betreuende klinische Personal darauf aufmerksam gemacht werden (Hinweis oder Alarm). Der eigentlich vom Patienten zu leistende Muskeldruck könnte dann ggf. automatisch vom Beatmungsgerät im Rahmen einer Druckunterstützung übernommen werden (Fallback). Insofern ist die Kontrolleinheit 14 dann ausgebildet, um zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit zu bestimmen und anzuzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Entsprechend der obigen Beschreibung kann die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 14 von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät die erste und die zweite Information zu empfangen. Die Kontrolleinheit 14 kann dabei ferner ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einer Sensoreinheit zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einem Zeitverlauf der Soll-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, zu empfangen. Über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 kann ein Takt von einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät empfangen oder diesen Über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 kann zumindest in manchen Ausführungsbeispielen in Echtzeit kommuniziert werden in einigen Ausführungsbeispielen kann über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 auch ein Beatmungsmanöver mit einem Beatmungsgerät abgestimmt werden. Since the impulse response can usually be parameterized (e.g. similar to specifying the P, I, D component of a PID controller or by specifying the time constant), the sampling values are specified in the kernel. The stimulation intensity can be varied using maneuvers, random changes (similar to noisy PSV, pressure support ventilation mode in which the support is randomly slightly varied) or other forms of variability. The estimation task is preferably carried out repeatedly, if necessary regularly or even continuously (sampled value for sampled value). For example, for the realization of a stimulation proportional to the respiratory effort, the estimation task and control will take place online with high real-time requirements (reaction time <50ms). The control unit 14 is then designed to repeat the estimate regularly or continuously. To adjust the stimulation amplitude, the Requirements less time critical (reaction time <5s, preferably within one breath). When estimating the stimulation effect, the actuator unit should take into account the signal quality of the signals required for the estimation. If the signal quality is insufficient (e.g. the sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure), the attending clinical staff can be made aware of this (notification or alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback). In this respect, the control unit 14 is designed to determine and display a reliability for the first and the second information when the reliability falls below a predetermined threshold. In accordance with the above description, the control unit 14 can be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces 14 from a sensor unit or from a ventilator. The control unit 14 can also be designed to receive at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, a time profile of the target respiratory muscle activation, an airway flow via the one or more interfaces from a sensor unit , airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow. A clock from a sensor unit and/or a ventilator can be received via the one or more interfaces 12 or this can be communicated via the one or more interfaces 12 in real time, at least in some exemplary embodiments. In some exemplary embodiments, the one or more interfaces 12 can also be Ventilation maneuvers are coordinated with a ventilator.
Ausführungsbeispiele schaffen auch eine Sensoreinheit mit einer Vorrichtung 10. Die Sensoreinheit ist zur Erfassung des Muskelaktivierungssignals, vorzugsweise des Elektromyogramms des Zwerchfells mittels Oberflächenelektroden ausgebildet. Alternativ kommen das EIM (Elektro-impedance-myogram), MMG (Mechano-myogram) in Frage oder auch Signale, die mittels neuartiger optischer oder akustischer (z.B. Ultraschall-) Technologie erfasst werden. Vorzugsweise wird die Einhüllende (auch Hüllkurve genannt) des jeweiligen Originalsignals als Maß für die Muskelaktivierung verwendet. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, als Maß für die Atem Unterstützung bereitzustellen. In Anlehnung an die obige Beschreibung kann auch auf der Seite der Sensoreinheit die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator Information über ein Manöver zu erhalten. Darüber hinaus kann die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12, Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät zu empfangen und das Maß für die Atem Unterstützung ferner basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal zu bestimmen. DieEmbodiments also create a sensor unit with a device 10. The sensor unit is designed to detect the muscle activation signal, preferably the electromyogram of the diaphragm, using surface electrodes. Alternatively, the EIM (electro-impedance-myogram), MMG (mechano-myogram) or signals that are recorded using new optical or acoustic (eg ultrasound) technology can be used. The envelope (also known as the envelope curve) of the respective original signal is preferably used as a measure of the muscle activation. For example, the control unit 14 can be designed to send at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, actual respiratory muscle activation, airway flow, airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support. Based on the above description, the control unit 14 can also be designed on the side of the sensor unit in order to obtain information about a maneuver from a ventilator or a stimulator via the one or more interfaces 12 . In addition, the control unit 14 can be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces 12 and to also determine the measure of respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal. the
Kontrolleinheit kann beispielsweise die zweite Information (Ist-Atemmuskelaktivierung) basierend auf den Sensorsignalen ermitteln. Die Sensoreinheit soll gleichzeitig mit der Stimulation funktionieren. Daher besteht im Allgemeinen die Notwendigkeit, Stimulationsartefakte beim erfassten Stimulationssignal zu vermeiden (z.B. durch eine Art „Dunkeltastung“ oder Filterung) oder quasi in Echtzeit zu entfernen. DieThe control unit can, for example, determine the second piece of information (actual respiratory muscle activation) based on the sensor signals. The sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore, there is a general need to avoid stimulation artifacts in the captured stimulation signal (e.g. through a kind of "blanking" or filtering) or to remove them almost in real time. the
Sensoreinheit ist wie die Aktoreinheit vorzugsweise entsprechend der angestrebten Architektur mit einer eigenen Recheneinheit ausgestattet, um die erfassten Muskelaktivierungssignale zu verarbeiten, also bspw. Artefakte zu entfernen,Like the actuator unit, the sensor unit is preferably equipped with its own computing unit in accordance with the desired architecture in order to process the recorded muscle activation signals, i.e. to remove artefacts, for example,
Hüllkurven zu berechnen oder Trigger-/Cycling-Off-Zeitpunkte zu bestimmen. Bei Verfügbarkeit von gleichzeitig eingelesenen pneumatischen Signalen können ggf. modellbasiert weitere Maße berechnet werden, z.B. Atemarbeit, Muskeldruck, Asynchronie und Lungenmechanik sowie andere diagnostische Werte. Die Sensoreinheit verfügt daher vorzugsweise über eine leistungsfähige Recheneinheit, die für die Signalverarbeitung und dabei besonders für die Schätzaufgaben notwendig ist, sowie über eine bidirektionale Schnittstelle [E31] Wie bereits oben dargelegt, kann die Kontrolleinheit 14 ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 in Echtzeit zu kommunizieren. Weiterhin erfasst die Sensoreinheit die Qualität des erfassten Muskelaktivierungssignals, um gegen Fehler und Artefakteinflüsse (z.B. Körperbewegung, Störsignale) gewappnet zu sein. Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 von einemCalculate envelopes or determine trigger/cycling-off times. If pneumatic signals that are read in at the same time are available, further measures can be calculated based on the model, e.g. work of breathing, muscle pressure, asynchrony and lung mechanics as well as other diagnostic values. The sensor unit therefore preferably has a powerful computing unit, which is necessary for signal processing and in particular for the estimation tasks, as well as a bidirectional interface [E31] As already explained above, the control unit 14 can be designed to use the one or more interfaces 12 to communicate in real time. Furthermore, the sensor unit records the quality of the recorded muscle activation signal in order to be prepared for errors and artifacts (e.g. body movement, interference signals). The control unit 14 can be designed to use the one or more interfaces 12 from a
Beatmungsgerät oder einem Stimulator als erste Information zusätzlich Information über eine Dunkeltastung, auszublendende Messzeitpunkte, eine Filterung, oder eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten zu empfangen. Die Qualität der eingelesenen pneumatischen Signale kann zusätzlich berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine robuste Schätzung. Das klinische Personal kann bei mangelnder Qualität benachrichtigt oder das System in einen Fallback-Modus umgeschaltet werden. Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Beatmungssystem mit einer Vorrichtung 10. Dabei sind verschieden Implementierungen und Kombinationen der Komponenten des Beatmungssystems denkbar, von denen einige im Folgenden näher erläutert werden. Generell kann das Beatmungssystem in Ausführungsbeispielen ein Beatmungsgerät, einen Stimulator und/oder eine Sensoreinheit gemäß der vorliegenden Beschreibung umfassen. Respirator or a stimulator as the first piece of information to receive additional information about blanking, measurement times to be hidden, filtering, or suppression of stimulation artifacts. The quality of the pneumatic signals read in can also be taken into account. This allows for a robust estimation. Clinical staff can be notified of poor quality or the system can be switched to a fallback mode. Exemplary embodiments also create a ventilation system with a device 10. Various implementations and combinations of the components of the ventilation system are conceivable, some of which are explained in more detail below. In general, the ventilation system in exemplary embodiments can comprise a ventilation device, a stimulator and/or a sensor unit according to the present description.
In manchen Ausführungsbeispielen bilden mindestens zwei der drei Komponenten (Beatmungsgerät, Stimulator, Sensoreinheit) zusammen ein System. Im Rahmen dieser Beschreibung werden drei mögliche Kombinationen näher beschrieben: Beispielsweise werden ein Beatmungsgerät und Stimulator kombiniert. Der Stimulator kann im Beatmungsgerät integriert sein oder (insbesondere im Fall der Magnetstimulation) als externes Gerät vorliegen. Das GUI (von engl. Graphical User Interface, grafische Benutzeroberfläche) des Beatmungsgeräts dient der Eingabe und Nachverfolgung des primären Therapieziels (z.B. Sicherstellung eines minimalen Minutenvolumens und der Oxygenierung). Weiterhin wird dort ein sekundäres Therapieziel eingegeben (z.B. die vom Patienten zu leistende Atemarbeit oder der Muskeldruck). Der Stimulator benötigt nicht unbedingt ein GUI. In some exemplary embodiments, at least two of the three components (ventilator, stimulator, sensor unit) together form a system. Within the scope of this description, three possible combinations are described in more detail: For example, a ventilator and stimulator are combined. The stimulator can be integrated into the ventilator or (particularly in the case of magnetic stimulation) it can be an external device. The ventilator's Graphical User Interface (GUI) is used to enter and track the primary goal of therapy (e.g., ensuring minimal minute ventilation and oxygenation). A secondary therapy goal is also entered there (e.g. the patient's breathing effort or muscle pressure). The stimulator does not necessarily need a GUI.
Falls es jedoch verfügbar ist, kann das GUI die Stimulationsintensität und die Nachverfolgung des sekundären Therapieziels visualisieren. Das Beatmungsgerät liefert dem Stimulator die Amplitude (oder andere Parameter wie Rampensteilheit, Stimulationsdauer etc.), die Zeitpunkte (Events) für Start und Stop der Stimulation oder sogar den Zeitverlauf der Zielgröße, die der Stimulator durch Anpassung der zeitabhängigen Stimulationsintensität erzeugen soll. Wenn das Beatmungsgerät Taktgeber ist (Taktgeber für die Synchronisation der im Beatmungssystem beteiligten Komponenten), kann es erforderlich sein, dass die Kommunikation von Beatmungsgerät zu Stimulator in Echtzeit mit einer garantierten Reaktionszeit <50ms erfolgt. Dies ist beispielsweise nötig, wenn das Beatmungsgerät von derHowever, if available, the GUI can visualize stimulation intensity and tracking of the secondary therapy goal. The ventilator provides the stimulator with the amplitude (or other parameters such as ramp steepness, stimulation duration, etc.), the times (events) for the start and stop of stimulation, or even the time course of the target variable that the stimulator should generate by adjusting the time-dependent stimulation intensity. If the ventilator is the clock generator (clock generator for the synchronization of the components involved in the ventilator system), it may be necessary for the ventilator to stimulator communication to be real-time with a guaranteed response time <50ms. This is necessary, for example, if the ventilator is
Spontanatmung des Patienten getriggerte oder mandatorische Hübe verabreicht und der Stimulator während der Inspirationsphasen aktiv sein soll. Eine Stimulation proportional zur spontanen Atemanstrengung erfordert ebenfalls Echtzeitfähigkeit. Diese ist nicht erforderlich (oder nur mit einer langen garantierten Reaktionszeit <5 s), wenn der Stimulator Taktgeber ist und lediglich die Stimulationsamplitude (oder andere Parameter) nachgestellt werden müssen. Wenn der Stimulator nicht Taktgeber ist, wird dem Stimulator vorzugsweise für jeden durch Stimulation zu unterstützenden Atemzug in Echtzeit signalisiert, wann der Atemzug beginnt, wann er endet und welche Amplitude die Zielgröße hat. Weiterhin können zusätzliche Parameter, die die Form des Stimulationshubes (z.B. Rampensteilheit) beschreiben, übertragen werden. Die Amplitude kann ein skalarer Wert sein oder aber eine Zeitreihe, die den Verlauf der Zielgröße beschreibt, wie es bei proportionaler Stimulation in Echtzeit notwendig wäre. Der Stimulator ist dabei geeignet, in Echtzeit innerhalb von <50ms auf die Signale zu reagieren und die Stimulation entsprechend durchzuführen. Als Zielgröße kommen der Atemwegsfluss (bzw. mehr oder weniger gleichbedeutend, das Volumen) oder der vom Beatmungsgerät geschätzte Muskeldruck Pmus (oder FlowMus, WOB) in Frage. Der Stimulator erhält also für die Zielgröße vom Beatmungsgerät parallel einen Istwert und einen Sollwert und versucht im Rahmen einer Regelung, die innerhalb des Stimulators stattfindet, durch die Stimulation den Istwert so zu verändern, dass er möglichst nah am Sollwert liegt. Wenn die Zielgröße kein skalarer Wert sondern ein Zeitverlauf ist, dann kann die Regelung den Mittelwert oder andere statistische Maße des Istwerts erfassen und die Stimulation so regeln, dass der vorgegebene Sollwert möglichst gut erreicht wird. Zur Identifikation der Regelstrecke (also des Systems zwischen Stimulationsintensität und Aktivierungssignal) können Manöver nötig sein, z.B. das Auslassen von Unterstützungshüben oder mandatorischen Hüben des Beatmungsgeräts sowie eine Variation der Stimulation. Die Beatmungsmanöver werden beispielsweise durch den Stimulator vom Beatmungsgerät angefordert, welches dann - abhängig von der Therapiesituation - die Manöver durchführt. Ist- und Sollwert werden beispielsweise vom Beatmungsgerät bereitgestellt (z.B. Flow bzw. Volumen, ggf. Pmus). In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Stimulator und Sensoreinheit kombiniert. Der Stimulator kann auch ohne Beatmungsgerät eingesetzt werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass keine Beatmungspflicht besteht und folglich das primäre Therapieziel entfällt. Über das GUI des Stimulators kann das sekundäre Therapieziel eingestellt werden. Die Sensoreinheit liefert dem Stimulator als Zielgröße vorzugsweise das Aktivierungssignal, entweder als Amplitude, als Zeitpunkte (Events) für Start und Stop der Stimulation oder sogar den Zeitverlauf, die der Stimulator durch Anpassung der zeitabhängigen Stimulationsintensität erzeugen soll. Denkbar wäre auch, dass die Sensoreinheit die Signale Atemwegsfluss und -Druck und ggf. den berechneten Muskeldruck Pmus (oder WOB, FlowMus) bereitstellt. Dies würde ggf. zusätzliche Sensorik erfordern. Wenn die Sensoreinheit Taktgeber ist, ist es erforderlich, dass die Kommunikation von Sensoreinheit zu Stimulator in Echtzeit mit einer garantierten Reaktionszeit <50ms erfolgt. Dies ist beispielsweise nötig, wenn die Stimulation mit dem Zeitverlauf des Aktivierungssignals oder den Start-/Stop- Events synchronisiert werden soll, z.B. bei Stimulation proportional zur spontanen Atemanstrengung. Echtzeit ist nicht erforderlich (oder nur mit einer langen garantierten Reaktionszeit <5s), wenn der Stimulator Taktgeber ist und lediglich die Stimulationsamplitude (oder andere Parameter) nachgestellt werden müssen. Wenn der Stimulator nicht Taktgeber ist, wird dem Stimulator vorzugsweise für jeden durch Stimulation zu unterstützenden Atemzug in Echtzeit signalisiert, wann der Atemzug beginnt, wann er endet, welche Amplitude die Zielgröße hat und ggf. wird der Zeitverlauf übertragen (Details wie im obigen Ausführungsbeispiel mit der Kombination aus Beatmungsgerät und Stimulator). Der Stimulator erhält also für die Zielgröße von der Sensoreinheit einen Istwert. DerSpontaneous breathing of the patient administered triggered or mandatory breaths and the stimulator should be active during the inspiration phases. A stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort also requires real-time capability. This is not required (or only with a long guaranteed response time <5 s) if the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted. If the stimulator is not a pacemaker, the stimulator is preferentially used for each breath to be stimulated signals in real time when the breath starts, when it ends and what the amplitude is for the target size. Furthermore, additional parameters that describe the shape of the stimulation stroke (eg ramp gradient) can be transmitted. The amplitude can be a scalar value or a time series that describes the course of the target variable, as would be necessary with proportional real-time stimulation. The stimulator is capable of reacting to the signals in real time within <50ms and stimulating accordingly. The airway flow (or more or less equivalently, the volume) or the muscle pressure Pmus (or FlowMus, WOB) estimated by the ventilator can be used as a target variable. The stimulator thus receives an actual value and a target value from the ventilator for the target variable and tries to change the actual value through the stimulation as part of a control that takes place within the stimulator so that it is as close as possible to the target value. If the target variable is not a scalar value but a time profile, then the control can record the mean value or other statistical measures of the actual value and control the stimulation in such a way that the specified setpoint value is reached as well as possible. Maneuvers may be necessary to identify the controlled system (that is, the system between the stimulation intensity and the activation signal), eg the omission of support strokes or mandatory strokes of the ventilator as well as a variation of the stimulation. The ventilation maneuvers are requested, for example, by the stimulator from the ventilator, which then—depending on the therapy situation—carries out the maneuvers. Actual and target values are provided, for example, by the ventilator (e.g. flow or volume, possibly Pmus). In another embodiment, the stimulator and sensor unit are combined. The stimulator can also be used without a ventilator. It is assumed that ventilation is not mandatory and that the primary goal of therapy is therefore no longer applicable. The secondary therapy goal can be set via the GUI of the stimulator. The sensor unit preferably supplies the stimulator with the activation signal as a target variable, either as an amplitude, as times (events) for the start and stop of the stimulation, or even as a time course that the stimulator should generate by adjusting the time-dependent stimulation intensity. It would also be conceivable for the sensor unit to provide the airway flow and pressure signals and, if applicable, the calculated muscle pressure Pmus (or WOB, FlowMus). This would possibly require additional sensors. If the sensor unit is the clock generator, it is required that the communication from the sensor unit to the stimulator is real-time with a guaranteed response time <50ms. This is necessary, for example, if the stimulation is should be synchronized with the timing of the activation signal or the start/stop events, e.g. in the case of stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort. Real-time is not required (or only with a long guaranteed response time <5s) when the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted. If the stimulator is not the clock generator, the stimulator is preferably signaled in real time for each breath to be supported by stimulation, when the breath begins and when it ends, what amplitude the target size is and, if necessary, the time course is transmitted (details as in the above embodiment with the combination of ventilator and stimulator). The stimulator thus receives an actual value for the target variable from the sensor unit. Of the
Sollwert wird vom Stimulator als Konsequenz des sekundären Therapieziels festgelegt. Der Stimulator versucht im Rahmen einer Regelung, die innerhalb des Stimulators stattfindet, durch die Stimulation den Istwert so zu verändern, dass er möglichst nah am Sollwert liegt. Für die Regelung der Stimulationsintensität können in dieser Konfiguration keine Beatmungsmanöver eingesetzt werden. Stimulationsmanöver sind möglich, z.B. kann die Stimulation gleichzeitig mit oder zeitlich verschoben zur Spontanatemtätigkeit erfolgen. Die Auswertung des Aktivierungssignals erlaubt dann die Bestimmung des Anteils der Aktivierung, die durch die Stimulation erfolgt ist. Dies ist bei der Regelung zu berücksichtigen, denn der spontane Anteil der Aktivierung kann als Fehlersignal interpretiert werden. Der Istwert wird beispielsweise von der Sensoreinheit vorgegeben und der Sollwert vom Stimulator (Aktivierungssignal). Set point is set by the stimulator as a consequence of the secondary goal of therapy. As part of a regulation that takes place within the stimulator, the stimulator tries to change the actual value through the stimulation in such a way that it is as close as possible to the desired value. In this configuration, no ventilation maneuvers can be used to regulate the stimulation intensity. Stimulation maneuvers are possible, e.g. the stimulation can take place at the same time as or at a later time than the spontaneous breathing activity. The evaluation of the activation signal then makes it possible to determine the proportion of the activation that took place as a result of the stimulation. This must be taken into account when controlling, because the spontaneous part of the activation can be interpreted as an error signal. The actual value is specified, for example, by the sensor unit and the target value by the stimulator (activation signal).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Beatmungsgerät, Stimulator und Sensoreinheit kombiniert. Die Konfiguration entspricht der obigen Beschreibung. Allerdings kommt als Zielgröße maßgeblich der Muskeldruck (Pmus) oder ein ähnliches Maß (z.B. WOB, FlowMus) in Frage, das aus den pneumatischen Signalen und den von der Sensoreinheit bereitgestellten Signalen berechnet wird. Die dafür notwendige Berechnung findet vorzugsweise in der Sensoreinheit statt, die die erforderlichen pneumatischen Signale vom Beatmungsgerät empfängt. Die Zielgröße kann in ihrem Istwert durch Parameter (Amplitude, Steilheit usw.) oder als Zeitverlauf dargestellt werden. Der Stimulator erhält wie oben (Ausführungsbeispiel mit der Kombination aus Beatmungsgerät und Stimulator) für die Zielgröße vom Beatmungsgerät parallel einen Istwert (skalar oder als Zeitverlauf) und einen Sollwert und versucht im Rahmen einer Regelung, die innerhalb des Stimulators stattfindet, durch die Stimulation den Istwert so zu verändern, dass er möglichst nah am Sollwert liegt. Der Istwert kann alternativ auch direkt von der Sensoreinheit geliefert werden. Wenn das Beatmungsgerät bzw. die Sensoreinheit Taktgeber ist, ist es erforderlich, dass die Kommunikation von Beatmungsgerät bzw. Sensoreinheit zu Stimulator in Echtzeit mit einer garantierten Reaktionszeit <50ms erfolgt. Dies ist bspw. nötig, wenn das Beatmungsgerät von der Spontanatmung des Patienten getriggerte oder mandatorische Hübe verabreicht und der Stimulator während der Inspirationsphasen aktiv sein soll. Eine Stimulation proportional zur spontanen Atemanstrengung erfordert ebenfalls Echtzeitfähigkeit. Diese ist nicht erforderlich (oder nur mit einer langen garantierten Reaktionszeit <5s), wenn der Stimulator Taktgeber ist und lediglich die Stimulationsamplitude (oder andere Parameter) nachgestellt werden müssen. Für weitere Details, siehe obiges Ausführungsbeispiel mit der Kombination aus Beatmungsgerät und Stimulator. Als Zielgröße kommt vorzugsweise der von der Sensoreinheit geschätzte Muskeldruck Pmus (oder FlowMus, WOB) in Frage. Der Stimulator erhält also für die Zielgröße vom Beatmungsgerät bzw. der Sensoreinheit parallel einen Istwert und einen Sollwert und versucht im Rahmen einer Regelung, die innerhalb des Stimulators stattfindet, durch die Stimulation den Istwert so zu verändern, dass er möglichst nah am Sollwert liegt. Wenn die Zielgröße kein skalarer Wert sondern ein Zeitverlauf ist, dann kann die Regelung den Mittelwert oder andere statistische Maße des Istwerts erfassen und die Stimulation so regeln, dass der vorgegebene Sollwert möglichst gut erreicht wird. Zur Identifikation der Regelstrecke (also des Systems zwischen Stimulationsintensität und Aktivierungssignal) können Manöver nötig sein, z.B. das Auslassen von Unterstützungshüben oder mandatorischen Hüben des Beatmungsgeräts sowie eine Variation der Stimulation.In a further exemplary embodiment, the ventilator, stimulator and sensor unit are combined. The configuration corresponds to the description above. However, the muscle pressure (Pmus) or a similar measure (eg WOB, FlowMus), which is calculated from the pneumatic signals and the signals provided by the sensor unit, can be used as the target variable. The calculation required for this preferably takes place in the sensor unit, which receives the required pneumatic signals from the ventilator. The target variable can be represented in its actual value by parameters (amplitude, slope, etc.) or as a time curve. As above (example with the combination of ventilator and stimulator), the stimulator receives an actual value (scalar or as a time curve) and a target value for the target variable from the ventilator in parallel and tries to achieve the actual value through the stimulation as part of a regulation that takes place within the stimulator changed so that it is as close as possible to the setpoint. Alternatively, the actual value can also be supplied directly by the sensor unit. If the ventilator or sensor unit is the clock generator, it is necessary for the ventilator or sensor unit to communicate with the stimulator in real time with a guaranteed response time <50ms. This is necessary, for example, if the ventilator administers breaths that are triggered by the patient's spontaneous breathing or if the stimulator is to be active during the inspiration phases. A stimulation proportional to the spontaneous respiratory effort also requires real-time capability. This is not required (or only with a long guaranteed response time <5s) if the stimulator is the pacemaker and only the stimulation amplitude (or other parameters) need to be adjusted. For more details, see the combined ventilator and stimulator embodiment above. The muscle pressure Pmus (or FlowMus, WOB) estimated by the sensor unit preferably comes into consideration as a target variable. The stimulator thus receives an actual value and a target value for the target variable from the ventilator or the sensor unit in parallel and, within the framework of a control that takes place within the stimulator, tries to change the actual value through the stimulation so that it is as close as possible to the target value. If the target variable is not a scalar value but a time profile, then the control can record the mean value or other statistical measures of the actual value and control the stimulation in such a way that the specified setpoint value is reached as well as possible. Maneuvers may be necessary to identify the controlled system (that is, the system between the stimulation intensity and the activation signal), eg the omission of support strokes or mandatory strokes of the ventilator as well as a variation of the stimulation.
Die Beatmungsmanöver werden durch den Stimulator vom Beatmungsgerät angefordert, welches dann - abhängig von der Therapiesituation - die Manöver durchführt. In umgekehrter Richtung werden durch das Beatmungsgerät (bzw. die Sensoreinheit) vom Stimulator Stimulationsmanöver angefordert. Der Istwert wird vom Beatmungsgerät (ggf. Sensoreinheit) vorgegeben und der Sollwert vom Beatmungsgerät (Pmus). The ventilation maneuvers are requested by the stimulator from the ventilator, which then - depending on the therapy situation - carries out the manoeuvres. In the opposite direction, stimulation maneuvers are requested by the ventilator (or the sensor unit) from the stimulator. The actual value is specified by the ventilator (possibly sensor unit) and the target value by the ventilator (Pmus).
Ausführungsbeispiele können so ein Therapieverfahren ermöglichen. Das oben beschriebene System bestehend aus einer durch Schnittstellen verbundenen Kombination von mindestens zwei Geräten (Beatmungsgerät, Stimulator, Sensoreinheit) eignet sich für die Automatisierung eines Therapieverfahrens. Die Schnittstellen können - müssen aber nicht in jedem Fall - Echtzeitanforderungen erfüllen. Das Therapieverfahren erfolgt vorzugsweise nicht-invasiv. Dabei wird abhängig vom Therapiefortschritt (z.B. Effizienz der Atemmuskulatur, Belastbarkeit oder Erschöpfungsgrad) die vom Patienten zu leistende Atemarbeit (absolut oder relativ) vorgegeben. Als primäres Therapieziel wird vom Arzt das Minutenvolumen, die Oxygenierung und/oder ein anderer grundlegender Parameter der Beatmung vorgegeben. Zusätzlich kann nun auch der Anteil oder der absolute Wert (vorzugsweise im Sinne eines Korridors, also z.B. eine Trajektorie mit Margin) der vom Patienten zu leistenden Atemarbeit als sekundäres Ziel vorgegeben werden. Diese patientenseitige Atemarbeit teilt sich wiederum auf in einen spontanen Eigenanteil und einen Teil, der durch die Stimulation der Atemmuskulatur verursacht wird - vorzugsweise des Zwerchfells. Weiterhin erfolgt die Stimulation vorzugsweise magnetisch durch Aktivierung des Nervus Phrenicus am Hals. Der restliche Anteil der Arbeit, der notwendig ist, um das primäre Therapieziel zu erreichen, wird vomExemplary embodiments can enable such a therapy method. The system described above, consisting of a combination of at least two devices (ventilator, stimulator, sensor unit) connected by interfaces, is suitable for automating a therapy method. The interfaces can - but do not always have to - meet real-time requirements. The therapy method is preferably non-invasive. Depending on the progress of the therapy (e.g. efficiency of the respiratory muscles, resilience or degree of exhaustion), the work of breathing to be performed by the patient (absolute or relatively) specified. The physician specifies the minute volume, oxygenation and/or another fundamental parameter of ventilation as the primary therapy goal. In addition, the proportion or the absolute value (preferably in the sense of a corridor, for example a trajectory with a margin) of the work of breathing to be performed by the patient can now also be specified as a secondary goal. This breathing work on the part of the patient is in turn divided into a spontaneous part and a part that is caused by the stimulation of the respiratory muscles - preferably the diaphragm. Furthermore, the stimulation is preferably carried out magnetically by activating the phrenic nerve in the neck. The remainder of the work required to achieve the primary goal of therapy is
Beatmungsgerät geleistet. Wenn nun der Patient nicht in der Lage ist, im Rahmen einer so eingestellten Atemunterstützung sein Therapieziel zu erreichen, könnte mittels Stimulation der Inspirationsmuskulatur der Anteil der Eigenatmung erhöht werden. Auf der anderen Seite kann die Atemarbeit des Patienten aufgrund von Spontanatemtätigkeit größer werden als der vorgegebene Anteil. In diesem Fall wird die Stimulationsintensität reduziert oder ggf. der Grad der Sedierung bzw. die Rate der Sedativa oder Relaxantien erhöht. Das langfristige Ziel ist, dass der Patient möglichst seine Belastbarkeit erhält oder wenigstens schnell zurückgewinnt, um die komplette Atemarbeit selbst zu übernehmen. So ist eine Entwöhnung entweder gar nicht mehr nötig oder kurzfristig erreichbar. Praktisch wird wiederholt ein Maß für die Effizienz, Aktivierbarkeit, Belastbarkeit und dem Erschöpfungsgrad bestimmt und entsprechend der Anteil der gesamten vom Patienten zu erbringenden Atemarbeit (also die Summe mit und ohne Stimulation) angepasst. Die übrige Atemarbeit wird vom Beatmungsgerät übernommen. Dies kann automatisiert werden, z.B. kann hierfür ein Therapiesystem Anwendung finden. So kann beispielsweise eine Erschöpfung vermieden werden. Wenn das Zwerchfell nicht in der Lage ist, die geforderte Atemarbeit zu leisten (z.B. aufgrund von Fatigue, neuronaler Störung, Obstruktion, Restriktion oder anderer Pathologien), kann eine spezifisch eingestellte Kombination aus Muskelstimulation und pneumatischer Atemunterstützung weiterhelfen. Wenn der Patient muskulär, z.B. aufgrund von Fatigue, nicht in der Lage ist, spontan Atemhübe zu triggern und damit eine Unterstützung zu ermöglichen, wird als Fallback auf maschinelle Beatmung umgestellt. Der Atem rhythmus und die komplette Atemarbeit werden dann vom Beatmungsgerät geleistet. Gleichzeitig sollte eine leichte Stimulation zur Vermeidung von Muskelatrophie erfolgen, die mit der Beatmung synchronisiert ist. Die Synchronisation der Stimulation berücksichtigt sowohl Beginn als auch Ende der Atemhübe. Wenn aus dem Aktivierungssignal (oder pneumatischen Signalen) zu urteilen eine Eigenatmung einsetzt, soll wieder von maschineller Beatmung auf Atemunterstützung gewechselt werden. Wenn der Patient muskulär zwar in der Lage wäre, Atemhübe zu triggern oder sogar eigenständig spontan zu atmen, aber z.B. aufgrund einer neuronalen Schädigung keine Muskelaktivierung erzeugt, dann kann die fehlende Spontanatmung durch Stimulation kompensiert werden. Das Beatmungsgerät detektiert diese stimulierten Atemanstrengungen und kann sie unterstützen, falls der Patient die gesamte Atemarbeit nicht selbst leisten kann. ventilator performed. If the patient is now unable to achieve his/her therapy goal within the framework of respiratory support set in this way, the proportion of self-respiration could be increased by stimulating the inspiratory muscles. On the other hand, the patient's work of breathing can become greater than the specified proportion due to spontaneous breathing activity. In this case, the stimulation intensity is reduced or, if necessary, the degree of sedation or the rate of sedatives or relaxants is increased. The long-term goal is for the patient to maintain their resilience as far as possible or at least regain it quickly so that they can do all the work of breathing themselves. Weaning is either no longer necessary or attainable in the short term. In practice, a measure of the efficiency, activability, resilience and the degree of exhaustion is repeatedly determined and the proportion of the total work of breathing to be performed by the patient (i.e. the sum with and without stimulation) is adjusted accordingly. The ventilator does the rest of the work of breathing. This can be automated, for example a therapy system can be used for this purpose. For example, exhaustion can be avoided. When the diaphragm is unable to perform the required work of breathing (e.g. due to fatigue, neural dysfunction, obstruction, restriction or other pathology), a specifically adjusted combination of muscle stimulation and pneumatic respiratory support can help. If the patient's muscles, eg due to fatigue, are not able to spontaneously trigger respiratory strokes and thus enable support, the system switches to mechanical ventilation as a fallback. The breathing rhythm and the complete work of breathing are then performed by the ventilator. At the same time, there should be light stimulation to avoid muscle atrophy, synchronized with ventilation. The synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths. If, judging from the activation signal (or pneumatic signals), self-respiration sets in, the patient should switch back to mechanical ventilation change respiratory support. If the patient's muscles are able to trigger respiratory strokes or even to breathe spontaneously on their own, but the muscles are not activated due to neuronal damage, for example, then the lack of spontaneous breathing can be compensated for by stimulation. The ventilator detects these stimulated respiratory efforts and can support them if the patient is unable to do all the work of breathing on their own.
Ausführungsbeispiele stellen ein Beatmungssystem und dessen Komponenten bereit, beispielsweise ein Beatmungsgerät, einen Stimulator und/oder eine Sensoreinheit. In Ausführungsbeispielen kann dann eine Stimulation mit dem Ziel der Muskelaktivierung (Schätzer/Regler) erfolgen. Dabei können entsprechende Maße für die Muskelaktivierung bestimmt werden: EMG, Flow/Volumen, Pmus/FlowMus, WOB, usw. Ausführungsbeispiele können dabei die entsprechenden Schnittstellen definieren und bereitstellen sowie die dafür zu übertragenden Informationen und Signale. Embodiments provide a ventilation system and its components, for example a ventilator, a stimulator and/or a sensor unit. In exemplary embodiments, stimulation can then take place with the aim of muscle activation (estimator/controller). Corresponding measures for the muscle activation can be determined: EMG, flow/volume, Pmus/FlowMus, WOB, etc. Exemplary embodiments can define and provide the corresponding interfaces as well as the information and signals to be transmitted for this.
In Ausführungsbeispielen können dabei verschiedene Kombinationen von Komponenten eines Beatmungssystems Vorkommen, wie beispielsweise Kombinationen von Beatmungsgerät und Stimulator, wobei Ist- und Sollwert vom Beatmungsgerät vorgegeben werden (Flow/Volumen, ggf. Pmus/FlowMus). Eine weitere Kombinationsmöglichkeit ist Stimulator und Sensoreinheit. Hier wird der Istwert von der Sensoreinheit und der Sollwert vom Stimulator (Aktivierungssignal) vorgegeben. Bei einer Kombination aus Beatmungsgerät, Stimulator und Sensoreinheit wird der Istwert vom Beatmungsgerät (ggf. Sensoreinheit) und der Sollwert vom Beatmungsgerät (Pmus/FlowMus) vorgegeben. In exemplary embodiments, various combinations of components of a ventilation system can occur, such as combinations of ventilation device and stimulator, with the actual and setpoint values being specified by the ventilation device (flow/volume, possibly Pmus/FlowMus). Another possible combination is the stimulator and sensor unit. Here the actual value is specified by the sensor unit and the target value by the stimulator (activation signal). In the case of a combination of ventilator, stimulator and sensor unit, the actual value is specified by the ventilator (possibly sensor unit) and the setpoint value by the ventilator (Pmus/FlowMus).
In der obigen Beschreibung wurden die verschiedenen Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele hauptsächlich anhand der Vorrichtung eschrieben. Das Verfahren kann der Vorrichtung entsprechend ausgestaltet sein. So kann das Verfahren ein Ermitteln der ersten Information und der zweiten Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung umfassen. Das Maß für die Atemunterstützung kann ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. Es kann zumindest in manchen Ausführungsbeispielen auch ein Sedieren des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung erfolgen. Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten können erhalten werden, das Maß für die Atemunterstützung kann ferner basierend auf der Messinformation bestimmt werden. Das Verfahren kann ferner ein sensorisches Erfassen eines Signals umfassen, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, und ein Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal. Das sensorisch erfasste Signal kann ein Elektro-Myogramm, ein Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm umfassen. Darüber hinaus kann ein Erfassen des sensorischen Signals mit einem Dehnungssensor, einem Ultraschallsensor oder einem Ösophagusdrucksensor erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atem Unterstützung stimuliert werden. Insofern kann auch ein Reduzieren einer Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information durch Regeln über das Maß für die Atemunterstützung erfolgen. In the above description, the various configurations of the exemplary embodiments have been described mainly in terms of the device. The method can be designed according to the device. The method can thus include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement. The measure of respiratory support may include a measure of pneumatic respiratory support. In at least some embodiments, the patient may also be sedated based on the level of respiratory support. Measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient can be obtained, the amount of respiratory support can also be determined based on the measurement information. The method may further include sensing a signal that is dependent on actual respiratory muscle activation and determining the amount of respiratory support based on the sensed signal. The sensored signal may include an electro-myogram, a mechano-myogram, or an electro-impedance myogram. In addition, the sensory signal can be detected using a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor. Additionally or alternatively, the patient's respiratory muscles may be stimulated based on the level of respiratory support. In this respect, a difference between the first piece of information and the second piece of information can also be reduced by rules relating to the degree of respiratory support.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Generieren eines Stimulationssignals für den Patienten als Maß für die Atemunterstützung umfassen. Die erste und die zweite Information können jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. Darüber hinaus kann ein Bestimmen und Bereitstellen von Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck erfolgen. Das Maß für die Atemunterstützung kann basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten bestimmt werden. Das Maß für die Atemunterstützung kann ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll- Atemmuskelaktivierung anzeigt. Ferner kann ein Schätzen einer Stimulationsimpulsantwort des Patienten aus der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung erfolgen. Das Schätzen kann beispielsweise auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers, möglicherweise auch regelmäßig oder kontinuierlich, erfolgen. Darüber hinaus kann in manchen Ausführungsbeispielen zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit bestimmt werden und es kann angezeigt werden, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. In some embodiments, the method may include generating a stimulation signal to the patient as a measure of respiratory support. The first and second pieces of information may each include a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure. In addition, information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous breathing activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous breathing activity can be determined and provided. The level of respiratory support can be determined based on information about the patient's spontaneous respiratory activity. The respiratory support measure may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the patient's spontaneous respiratory activity information indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation. A stimulation impulse response of the patient may also be estimated from the second information in response to the measure of respiratory support. For example, the estimation can be based on a stimulation maneuver, possibly also regularly or continuously. Furthermore, in some exemplary embodiments, a reliability can be determined for the first and the second information and it can be indicated if the reliability falls below a predetermined threshold.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für ein Beatmungsgerät, das eines der Verfahren umfasst. Dabei kann dann ein Kommunizieren von Information über das Maß für die Atem Unterstützung an einen Stimulator erfolgen. Das Maß für die Atemunterstützung kann zumindest einen Parameter der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, eines Startzeitpunktes, einer Ist- Atemmuskelaktivierung, eines Endzeitpunktes und der Soll-Atemmuskelaktivierung, umfassen. Das Kommunizieren kann in Echtzeit mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit erfolgen. Beispielsweise erfolgt das Kommunizieren sampleweise in Echtzeit mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit. Das Kommunizieren kann ein Kommunizieren eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atemunterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit umfassen. Zumindest in manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren auch ein Vorgeben eines Taktes an einen Stimulator umfassen. Sampleweise besagt, dass die Kommunikation orientiert an der Folge von Abtastwerten, also Abtastwert-für- Abtastwert erfolgt. Die erste und die zweite Information kann einem Stimulator vorgegeben werden und/oder es kann ein Abstimmen eines Beatmungsmanövers mit einem Stimulator erfolgen. Embodiments also provide a method for a ventilator comprising one of the methods. In this way, communication of information about the Measure of respiratory support can be done using a stimulator. The measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation. Communicating can be done in real time with a stimulator and/or with a sensor unit. For example, the communication takes place sample-by-sample in real time with a stimulator and/or with a sensor unit. The communication can include communicating a time profile of the measure of the respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit. At least in some exemplary embodiments, the method can also include specifying a pace to a stimulator. By sample means that the communication is based on the sequence of samples, i.e. sample-by-sample. The first and the second information can be given to a stimulator and/or a ventilation maneuver can be coordinated with a stimulator.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für einen Stimulator, das eines der Verfahren umfasst. Dabei kann ein Empfangen der ersten oder der zweiten Information von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät erfolgen. Darüber hinaus kann von einer Sensoreinheit zumindest eine Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, der Soll-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss empfangen werden. In manchen Ausführungsbeispielen kann auch ein Takt von einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät empfangen werden. Ergänzend oder alternativ kann der Takt an eine Sensoreinheit und/oder ein Beatmungsgerät vorgegeben werden. Ein Kommunizieren kann dabei in Echtzeit erfolgen. Beatmungsmanöver können mit einem Beatmungsgerät abgestimmt werden. Embodiments also provide a method for a stimulator comprising any of the methods. In this case, the first or the second information can be received by a sensor unit or by a ventilator. In addition, at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, the target respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a respiratory muscle work and a respiratory muscle flow can be received. In some embodiments, a clock can also be received from a sensor unit and/or a ventilator. In addition or as an alternative, the cycle can be specified to a sensor unit and/or a ventilator. Communication can take place in real time. Ventilation maneuvers can be coordinated with a ventilator.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für eine Sensoreinheit mit einem Verfahren. Das Verfahren kann ein Empfangen von Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät umfassen und ein Bestimmen des Maßes für die Atem Unterstützung ferner basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal. Die zweite Information kann beispielsweise basierend auf Sensorsignalen ermittelt werden. Auch hier kann zumindest in manchen Ausführungsbeispielen ein Kommunizieren in Echtzeit erfolgen. Darüber hinaus kann ein Bereitstellen von Information an ein Beatmungsgerät oder an einen Stimulator erfolgen, beispielsweise zumindest einer Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, einen Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einer Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss, als Maß für die Atemunterstützung. Dabei kann auch Information über ein Manöver erhalten werden. Das Verfahren kann ferner ein Empfangen von Information über eine Dunkeltastung, auszublendende Messzeitpunkte, eine Filterung, oder eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator als oder mit der erste(n) Information umfassen. Embodiments also provide a method for a sensor unit with a method. The method may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the level of respiratory support further based on the information about the at least one pneumatic signal. The second piece of information can, for example be determined based on sensor signals. Here too, at least in some exemplary embodiments, communication can take place in real time. In addition, information can be provided to a ventilator or to a stimulator, for example at least one piece of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, respiratory muscle pressure, respiratory muscle work and respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support. In this way, information about a maneuver can also be obtained. The method can also include receiving information about blanking, measurement times to be masked out, filtering, or suppression of stimulation artifacts from a ventilator or a stimulator as or with the first piece of information.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren für ein Beatmungssystem mit einem Verfahren wie hierin beschrieben. Dabei kann ein Verfahren für ein Beatmungsgerät, ein Verfahren für einen Stimulator und/oder ein Verfahren für eine Sensoreinheit umfasst sein. Embodiments also provide a method for a ventilation system with a method as described herein. A method for a ventilator, a method for a stimulator and/or a method for a sensor unit can be included.
Ausführungsbeispiele können eine Muskelstimulation proportional zur Atemanstrengung erlauben. In Analogie zu einer Proportionalbeatmung kann auch eine Stimulation der Atemmuskulatur proportional zur Spontanatmung des Patienten erfolgen. Gemäß Ausführungsbeispielen erfolgt ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten. Zumindest in einigen Ausführungsbeispielen kann mit dieser Information und einem Faktor alpha bzw. k^-1, stimuliert werden. Der vom Patienten geleistete Anteil ist beispielsweise auch dann wichtig, wenn eine übergreifende Regelung des Grades der Mitkopplung alpha erfolgt. Zumindest in manchen Ausführungsbeispielen kann alpha auch einfach gewählt werden, z.B. 0.5. Dann würde zur spontanen Patientenaktivität nochmal die Hälfte durch Stimulation dazukommen. Die Kontrolleinheit 14 kann zum Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des AktivierungssignalsEmbodiments may allow for muscle stimulation proportional to respiratory effort. In analogy to proportional ventilation, the respiratory muscles can also be stimulated proportionally to the patient's spontaneous breathing. According to exemplary embodiments, information about a time course of an activation signal of the respiratory muscles of the patient is recorded. At least in some exemplary embodiments, this information and a factor alpha or k ^ −1 can be used for stimulation. The contribution made by the patient is also important, for example, when there is an overarching regulation of the degree of positive feedback alpha. At least in some exemplary embodiments, alpha can also be selected simply, for example 0.5. Then, in addition to spontaneous patient activity, another half would come from stimulation. The control unit 14 can record the information about the time course of the activation signal
Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit erfassen. Basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit kann ein Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten durchgeführt werden. Die Kontrolleinheit 14 kann dabei ausgebildet sein, um eine untereRecord information about a time course of a proportion of the work of breathing performed by the patient himself. The activation signal for the patient's respiratory muscles can be determined on the basis of the information about the time course of the portion of the work of breathing performed by the patient himself. The control unit 14 can be designed to a lower
Aktivierungsschwelle (Istimoffs) für das Stimulieren zu bestimmen und zu berücksichtigen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. Dies wird im Folgenden noch näher weiterer Figuren erläutert. Beispielsweise ist die Kontrolleinheit ferner ausgebildet, um das Stimulieren 24 in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal durchzuführen. Bei dieser besonders physiologischen Art der Stimulation wird eine Mitkopplung verwendet, d.h., die spontan geleistete Atemanstrengung wird synchron durch Stimulation unterstützt. Die Unterstützung erfolgt nicht dadurch, dass die Maschine dem Patienten Atemarbeit abnimmt (wie es bei der Atemunterstützung durch ein Beatmungsgerät der Fall ist), sondern dass eine zusätzliche Muskelaktivierung erwirkt wird, die zu einer verstärkten Kontraktion der Atemmuskulatur des Patienten führt.To determine activation threshold (Istimoffs) for stimulating and to take into account, with a stimulation of the respiratory muscles above the Activation threshold activation of the respiratory muscles takes place and activation is at least reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold. This is explained in more detail below in further figures. For example, the control unit is also designed to carry out the stimulation 24 in positive feedback with the activation signal. With this particularly physiological type of stimulation, positive feedback is used, ie the spontaneous effort to breathe is synchronously supported by stimulation. The support is not provided by the machine relieving the patient of the work of breathing (as is the case with respiratory support from a ventilator), but by inducing additional muscle activation, which leads to an increased contraction of the patient's respiratory muscles.
Auch wenn der Begriff „Atemarbeit“ gebraucht wird, ist damit hier nicht ausschließlich die physikalische Arbeit gemeint, sondern - je nach Kontext - der aufgebrachte Druck oder das erzielte Volumen. Immer wenn ein Druck aufgebracht und dadurch ein Volumen erzielt wird, wird auch Atemarbeit geleistet. Nur bei isometrischer Kontraktion (d.h., wenn sich das Volumen nicht ändert) wird keine physikalische Arbeit geleistet. Dieser Fall kommt bei Okklusionen vor, die hier nicht betrachtet werden. Even if the term "work of breathing" is used, it does not only mean the physical work here, but - depending on the context - the pressure applied or the volume achieved. Whenever pressure is applied and volume is thereby achieved, work of breathing is also done. Only with isometric contraction (i.e., when the volume does not change) is no physical work done. This case occurs with occlusions that are not considered here.
Die folgenden Ausführungen sind in Ausführungsbeispielen möglich: - Die Einstellung des Grades der Mitkopplung erfolgt absolut durch einen Einsteller, der die Intensität der Stimulation mit der Amplitude der Aktivierung oder einem Maß der Atemanstrengung verknüpft. Die Stimulationswirkung ist nicht vorhersagbar, von daher ist eine Titrierung bei der Einstellung notwendig. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um eine Stimulationswirkung zu bestimmen. Die Kontrolleinheit 14 kann ferner ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Stimulationswirkung eine Titrierung durchzuführen. - Die Einstellung des Grades der Mitkopplung erfolgt relativ, z.B. durch eine Prozentangabe. Dies bedeutet, dass die Stimulationswirkung auf eine Referenz (Aktivierungssignal oder Atemanstrengung) bezogen und dadurch vorhersagbar ist. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um das Stimulieren proportional zu dem Aktivierungssignal durchzuführen. - Die Muskelstimulation wird parallel zur Atemunterstützung durchgeführt, bei der es sich vorzugsweise um eine Proportionalbeatmung handelt. Während die Proportionalbeatmung eine maschinelle Unterstützung bei der Atemarbeit leistet, führt die Muskelstimulation zu einer Verstärkung der Aktivierung. The following versions are possible in exemplary embodiments: The level of positive feedback is set absolutely by an adjuster that links the intensity of the stimulation to the amplitude of the activation or a measure of the respiratory effort. The stimulation effect is unpredictable, so titration is necessary when setting. The control unit 14 is then designed to determine a stimulation effect. The control unit 14 can also be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect. - The level of positive feedback is set relatively, e.g. by specifying a percentage. This means that the stimulation effect is related to a reference (activation signal or respiratory effort) and can therefore be predicted. The control unit 14 is then designed to carry out the stimulation in proportion to the activation signal. - Muscle stimulation is performed in parallel with respiratory support, which is preferably proportional ventilation. While proportional ventilation provides mechanical support for the work of breathing, muscle stimulation leads to increased activation.
Dadurch erhöht sich der patientenseitige muskulär geleistete Anteil an der Atemarbeit. Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um den Patienten parallel pneumatisch zu beatmen. Das parallele pneumatische Beatmen wird als Proportionalbeatmung durchgeführt. - Die Einstellung des Grades der Mitkopplung erfolgt mit Berücksichtigung eines übergreifenden Ziels. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die Festlegung der patienten- und maschinenseitigen Anteile der Atemarbeit. DieThis increases the patient's muscular contribution to the work of breathing. The control unit 14 is then designed to monitor the patient be ventilated pneumatically in parallel. Parallel pneumatic ventilation is carried out as proportional ventilation. - The level of positive feedback is set taking into account an overarching goal. This is preferably the determination of the patient and machine parts of the work of breathing. the
Kontrolleinheit 14 ist dann beispielsweise ausgebildet, um eine Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad einzustellen. Control unit 14 is then designed, for example, to set an intensity of the stimulation based on a predetermined level.
Die Stimulation der Atemmuskulatur kann proportional zu einem Maß der Atemanstrengung erfolgen. Dabei sind mehrere Varianten denkbar. Die Kontrolleinheit 14 kann ausgebildet sein, um als Information über den zeitlichen Verlauf desThe stimulation of the respiratory muscles can be proportional to a measure of respiratory effort. Several variants are conceivable. The control unit 14 can be designed to provide information about the time course of the
Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von - einem Muskeldruck, Pmus, - einem spontanen Muskeldruck, Pspon, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, - einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss, Flowspon, - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit, WOB, und einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit, WOBspon, zu bestimmen. Diese Größen sind insofern äquivalent, als dass aus alles diesen eine Information über die Eigenaktivität des Patienten gewonnen werden kann. Activation signal of the patient's respiratory muscles Information about at least one element from the group of - a muscle pressure, Pmus, - a spontaneous muscle pressure, Pspon, - a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus, - a respiratory gas flow caused spontaneously by the patient's muscles, Flowspon, - a work of breathing performed by the patient himself, WOB, and a spontaneous work of breathing performed by the patient himself, WOBspon. These quantities are equivalent insofar as information about the patient's own activity can be obtained from all of them.
Im Rahmen der neurologischen Rehabilitation ist die von einem Aktivierungssignal abhängige elektrische Stimulation der Skelettmuskulatur bekannt, auch die dazu proportionale Stimulation [E35, E36] Eine Magnetstimulation ist schwieriger zu steuern als die Elektrostimulation, da in den Stimulationsspulen sehr hohe Ströme (> 1000A) fließen, die mit einer hohen Frequenz (Impulsabstand 20 bis 100ms, vorzugsweise 40 bis 50ms) gespeist werden müssen. Sowohl die Erfassung der Aktivierung der Atemmuskulatur als auch die Stimulation ist aufgrund der Anatomie, der unbewussten Steuerung und der zentralen Funktion der Atmung schwieriger als bei der Skelettmuskulatur. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Kontrolleinheit 14 ausgebildet, um das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz- Myographie, eines Signals eines Dehnungssensors, eines Signals eines Ultraschallsensors oder eines mechanomyographischen Signals durchzuführen. Der Zusammenhang zwischen den pneumatischen Beatmungssignalen, der muskulären Aktivierung (EMG) und der Muskelstimulation kann durch die folgende Bewegungsgleichung beschrieben werden: In the context of neurological rehabilitation, the electrical stimulation of the skeletal muscles that is dependent on an activation signal is known, as well as the stimulation that is proportional to it [E35, E36]. Magnetic stimulation is more difficult to control than electrical stimulation because very high currents (> 1000A) flow in the stimulation coils. which have to be fed with a high frequency (pulse spacing 20 to 100ms, preferably 40 to 50ms). Both sensing respiratory muscle activation and stimulation is more difficult than skeletal muscle because of anatomy, unconscious control, and the central function of breathing. In some exemplary embodiments, the control unit 14 is designed to record the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of an electromyographic signal, a signal from an electro-impedance myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal. The connection between the pneumatic ventilation signals, the muscular activation (EMG) and the muscle stimulation can be described by the following equation of motion:
Pvent(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const - NME · ( EMGspon(t) + EMGstim(t) ) wobei für den Muskeldruck angenommen wird Pvent(t) = R Flow(t) + E Vol(t) + const - NME ( EMGspon(t) + EMGstim(t) ) where is assumed for the muscle pressure
Pmus(t) = NME · ( EMGspon(t) + EMGstim(t) ) und für das durch die Stimulation hervorgerufene Aktivierungssignal EMGstim(t) = k(t) * Istim(t) Pmus(t) = NME ( EMGspon(t) + EMGstim(t) ) and for the stimulation-induced activation signal EMGstim(t) = k(t) * Istim(t)
(das Zeichen ist ein Faltungssymbol). (the character is a folding symbol).
Variante A option A
In einigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Einstellung des Grades der Mitkopplung absolut durch einen Einsteller (über einen Parameter a bzw. b), der die Intensität der Stimulation mit der Amplitude der Aktivierung In some exemplary embodiments, the degree of positive feedback is set in absolute terms by an adjuster (via a parameter a or b, respectively) that adjusts the intensity of the stimulation with the amplitude of the activation
Istim(t) = a · EMG(t) oder einem Maß der Atemanstrengung verknüpft, Istim(t) = a EMG(t) or a measure of respiratory effort,
Istim(t) = b · Pmus(t). Istim(t) = b * Pmus(t).
Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um den vorbestimmten Grad über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung, Pmus, zu bestimmen. The control unit 14 is then designed to determine the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus.
Die Stimulationswirkung, d.h. welche Aktivierung oder welchen Muskeldruck sie erzeugt, ist so nicht vorhersagbar. Von daher ist eine Titrierung für die passende Einstellung des Faktors notwendig. Damit ist gemeint, dass anfangs mit kleinen Stimulationsintensitäten und danach mit angepassten eher kleinschrittigen Änderungen „ausprobiert“ wird, mit welcher Stimulationsintensität sich die/der gewünschte Aktivierung bzw. Muskeldruck erreichen lässt. Das Aktivierungssignal EMG(t) wird gemessen, der Muskeldruck Pmus(t) wird geschätzt [E16] The stimulation effect, i.e. which activation or which muscle pressure it generates, is not predictable in this way. A titration is therefore necessary for the appropriate setting of the factor. This means that initially with small stimulation intensities and then with adjusted rather small incremental changes, the stimulation intensity with which the desired activation or muscle pressure can be achieved is "tried out". The activation signal EMG(t) is measured, the muscle pressure Pmus(t) is estimated [E16]
Variante B Variant B
In manchen Ausführungsbeispielen der Atemanstrengung proportionalen Stimulation wird eine relative Einstellung vorgenommen, denn sie bezieht sich auf das Aktivierungssignal. Dabei lautet die Mitkopplung: In some embodiments of respiratory effort proportional stimulation, a relative adjustment is made because it is related to the activation signal. The coupling is:
EMGstim(t) = α · EMGspon(t). Diese Forderung bedeutet, dass die durch Stimulation hervorgerufene Aktivierung Faktor a mal so groß sein soll, wie die Aktivierung durch Spontanatmung. Der Grad entspricht dann einem Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten. Wegen: EMGstim(t) = α * EMGspon(t). This requirement means that the activation factor a caused by stimulation should be times as large as the activation by spontaneous breathing. The degree then corresponds to a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient. Because:
EMG(t) = EMGspon(t) + EMGstim(t) ergibt sich: EMG(t) = EMGspon(t) + EMGstim(t) results in:
EMGstim(t) = α / (1 + α) · EMG(t), wobei der Einfachheit halber α / (1 + α) = β gesetzt werden kann. EMGstim(t) = β · EMG(t). EMGstim(t) = α / (1 + α) EMG(t), where for the sake of simplicity α / (1 + α) = β can be set. EMGstim(t) = β * EMG(t).
Die Mitkopplung kann also über den Faktor a bezogen auf die Spontanaktivität oder über den Faktor β bezogen auf die gesamte Aktivität festgelegt werden. Letzteres ist einfacher zu realisieren, da nicht erst der spontane Anteil der Aktivierung bestimmt werden muss. Um den Verlauf der Stimulationsintensität zu erhalten, ist eine Entfaltung nötig, die z.B. in Matrixschreibweise durch Inversion der Toeplitzmatrix K gelöst werden kann [E 29] Die Darstellung des Zeitverlaufs der Stimulationsintensität als Vektor Tstim ist gleichbedeutend mit der Abtastung des Zeitsignals Istim(t) zu diskreten Zeitpunkten: t = tk = k · Δt. The positive feedback can therefore be determined via the factor a based on the spontaneous activity or via the factor β based on the overall activity. The latter is easier to implement since the spontaneous part of the activation does not have to be determined first. In order to obtain the curve of the stimulation intensity, an expansion is necessary, which can be solved, for example, in matrix notation by inverting the Toeplitz matrix K [E 29] The representation of the time curve of the stimulation intensity as a vector T stim is equivalent to the sampling of the time signal Istim(t) at discrete points in time: t = t k = k · Δt.
Im Ergebnis wird das EMG-Signal gewichtet und mit K-1 gefiltert zur Stimulation genutzt. Für die Stimulation sind also das Aktivierungssignal EMG(t) und die (invertierte) Aktivierbarkeit k(t) notwendig. Letztere beschreibt im Sinne einer Gewichtsfunktion die Aktivierungsantwort des Muskels auf einen Stimulationsimpuls. Die Kontrolleinheit 14 kann demnach ausgebildet sein, um die spontane Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten zu ermitteln. DasAs a result, the EMG signal is weighted and filtered with K -1 and used for stimulation. The activation signal EMG(t) and the (inverted) activatability k(t) are therefore necessary for the stimulation. The latter describes the activation response of the muscle to a stimulation impulse in the sense of a weight function. The control unit 14 can accordingly be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles. That
Stimulationssignal kann dabei basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten ermittelt werden. Die Kontrolleinheit 14 kann ferner ausgebildet sein, um das Stimulationssignal durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenenThe stimulation signal can be determined based on the relationship between the stimulated breathing activity and the patient's spontaneous breathing activity and an activation impulse response of the patient's muscles. The control unit 14 can also be designed to generate the stimulation signal by inverse convolution of a desired one caused by the stimulation
Aktivierungssignals, EMGstim, mit der Aktivierungsimpulsantwort zu ermitteln. Variante C Activation signal, EMGstim, to be determined with the activation impulse response. Variant C
Diese dritte Variante in Ausführungsbeispielen ist ähnlich der Variante B, sie bezieht sich aber auf das Muskeldrucksignal. Dabei lautet die Mitkopplung Pstim(t) = α · Pspon(t). This third variant in exemplary embodiments is similar to variant B, but relates to the muscle pressure signal. The positive feedback is Pstim(t) = α · Pspon(t).
Diese Forderung bedeutet, dass der durch Stimulation hervorgerufene Muskeldruck Faktor a mal so groß sein soll, wie der Muskeldruck durch Spontanatmung. Die Kontrolleinheit 14 ist hier ausgebildet, um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck, Pspon, und die stimulierteThis requirement means that the muscle pressure caused by stimulation, factor a, should be times as great as the muscle pressure caused by spontaneous breathing. The control unit 14 is designed here to monitor the spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pspon, spontaneously generated by the patient and the stimulated
Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemmuskeldruck, Pstim, zu ermitteln. Wegen: determine respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pstim, produced by stimulation. Because:
Pmus(t) = Pspon(t) + Pstim(t), ergibt sich: Pmus(t) = Pspon(t) + Pstim(t), we get:
Pstim(t) = β · Pmus(t) und unter Berücksichtigung der Wirksamkeitsmaße NMEstim · EMGstim(t) = β · NME · EMG(t). Pstim(t) = β Pmus(t) and taking into account the effectiveness measures NMEstim EMGstim(t) = β NME EMG(t).
Wenn sich das Wirksamkeitsmaß unter Stimulation nicht von dem unter Spontanatmung unterscheidet, ist das Ergebnis identisch wie bei Variante B. Ansonsten gilt: Für die Stimulation sind neben dem Aktivierungssignal EMG(t) die (invertierte) Aktivierbarkeit k(t) notwendig und die Wirksamkeitsmaße NME und NMEstim. If the measure of effectiveness under stimulation does not differ from that under spontaneous breathing, the result is identical to variant B. Otherwise, the following applies: In addition to the activation signal EMG(t), the (inverted) activability k(t) and the effectiveness measures NME and NMEstim are required for the stimulation.
Variante D Variant D
Diese Variante bezieht sich auf das von der Muskelanstrengung erbrachte Volumen. Die Kontrolleinheit 14 ist hier ausgebildet, um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss, Flowspon, und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss, Flowstim, zu ermitteln. Dabei lautet die Mitkopplung: This variant refers to the volume produced by the muscular effort. The control unit 14 is designed here to determine the spontaneous breathing activity as a breathing gas flow, Flowspon, generated spontaneously by the patient, and the stimulated breathing activity as a breathing gas flow, Flowstim, generated by stimulation. The coupling is:
FlowStim(t) = α · FlowSpon(t). Hier werden keine integralen Größen wie Volumen, sondern dessen Ableitung (der Flow) verwendet, da die Proportionalunterstützung in Echtzeit - und nicht Atemzug für Atemzug - durchgeführt wird. Nun lässt sich der muskulär verursachte Fluss aus dem Muskeldruck berechnen: FlowStim(t) = α x FlowSpon(t). Here, no integral quantities such as volume are used, but rather its derivative (the flow), since the proportional support is carried out in real time - and not breath by breath. Now the flow caused by the muscles can be calculated from the muscle pressure:
FlowStim(t) = Pstim(t) * DT1 (t) und FlowStim(t) = Pstim(t) * DT1(t) and
FlowSpon(t) = Pspon(t) * DT1(t), wobei DT1(t) das in [E29] beschriebene DT1 -Übertragungsglied (Verzögerungsglied erster Ordnung) darstellt, welches durch die lungenmechanischen Eigenschaften des Patienten charakterisiert ist. Damit ergibt sich: FlowSpon(t) = Pspon(t) * DT1(t), where DT1(t) represents the DT1 transmission element (first-order delay element) described in [E29], which is characterized by the lung mechanical properties of the patient. This results in:
Pstim(t) = α · Pspon(t), sodass sich diese Variante im Ergebnis nicht von Variante C unterscheidet. Pstim(t) = α · Pspon(t), so that the result of this variant does not differ from variant C.
Variante E Variant E
Diese Variante bezieht sich auf die muskuläre Atemarbeit. Die Kontrolleinheit 14 ist hier ausgebildet, um die spontane Atemaktivität als eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit, WOBspon, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBspon/dt, und die stimulierte Atemaktivität als eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit, WOBstim, oder deren zeitliche Ableitung, dWOBstim/dt, zu ermitteln. Dabei lautet die Mitkopplung: dWOBStim(t)/dt α · dWOBSpon(t)/dt. Wie bei Variante D wird hier wg. der Echtzeitanforderung die Ableitung verwendet. Dies ist gleichbedeutend mit: This variant refers to the muscular work of breathing. The control unit 14 is designed here to record the spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon, or its time derivative, dWOBspon/dt, and the stimulated breathing activity as work of breathing produced by stimulation, WOBstim, or its time derivative, dWOBstim/ dt, to determine. The positive feedback is: dWOBStim(t)/dt α · dWOBSpon(t)/dt. As with variant D is here wg. the real-time requirement uses the derivative. This is equivalent to:
Pstim (t)Flow(t) = α · Pspon(t) Flow(t) und da der Flow(t) auf beiden Seiten der Gleichung vorkommt, unterscheidet sich das Ergebnis nicht von Variante C. P stim (t)Flow(t) = α P spon (t) Flow(t) and since Flow(t) occurs on both sides of the equation, the result does not differ from variant C.
Variante F Variant F
Bei dieser Variante, die auf einer der vorherigen Varianten (A bis E) aufbaut, wird der Grad der Mitkopplung auf eine gröberen Zeitebene so geregelt, dass ein übergreifendes Ziel erreicht wird (beispielsweise nicht auf Sample-Ebene, sondern eher von Atemzug zu Atemzug oder sogar über eine Minute oder länger). Die Kontrolleinheit 14 ist dann ausgebildet, um den vorbestimmten Grad auf einer Zeitebene, die größer oder gleich einem Atemzyklus des Patienten ist, nachzuführen. In this variant, which builds on one of the previous variants (A to E), the degree of feed-forward to a coarser time level is regulated in such a way that an overarching goal is achieved (e.g. not at the sample level, but rather breath-by-breath or even over a minute or more). the Control unit 14 is then configured to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a breathing cycle of the patient.
Die Fig. 5 zeigt eine Regelung in einem Ausführungsbeispiel über ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Variante. Die gezeigte Variante wird in Anlehnung an die Variante F (Figur 4) beschrieben. Gleiche Elemente in den Figuren 4, 5 und 11 sind in den Figuren 4, 5 und 11 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Dem Patienten 300, bzw. dem Patientenmodell 400 wird ein Stimulationssignal Istim(t) zugeführt, was über die Aktivierbarkeit k(t) 502 zum einem auf der Stimulation basierenden EMG- Signal EMGstim(t) führt. Diesem überlagert sich ein von dem respiratorischen System 504 spontan erzeugtes EMG-Signal EMGspon(t) und führt zum EMG-Gesamtsignal EMG (t). Dieses wird wiederum über die NME in Block 506 in einen Muskeldruck Pmus(t) und/oder einen Muskel-Volumenfluss Fmus(t) überführt. Dabei gibt es zwei Rückkopplungsschleifen. Das EMG-Zeitsignal EMG(t) wird Sample-für-Sample als Mitkopplung zurückgeführt, um proportional dazu das Stimulationssignal Istim(t) mit dem Block 510 zu erzeugen. Dabei ist zu beachten, dass es sich dabei um eine amplitudenmodulierte Impulssequenz mit festem Impulsabstand handelt. Der Grad der Mitkopplung wird maßgeblich durch β determiniert. Dieses wird durch eine zweite Rückkopplung abhängig von der Abweichung des Muskeldrucks Pmus vom Sollwert PmuSsoll auf gröberer Zeitebene in Block 512 (Multiplikation der Regeldifferenz mit 1/Pmus) bestimmt. Dazu erfolgt in Block 514 eine Mittelwertbildung von Pmus(t). FIG. 5 shows regulation in an exemplary embodiment using a schematic diagram to illustrate a variant. The variant shown is described based on variant F (FIG. 4). Identical elements in FIGS. 4, 5 and 11 are denoted in FIGS. 4, 5 and 11 with the same reference numbers. A stimulation signal Istim(t) is supplied to the patient 300 or the patient model 400, which via the activability k(t) 502 leads to an EMG signal EMGstim(t) based on the stimulation. An EMG signal EMGspon(t) spontaneously generated by the respiratory system 504 is superimposed on this and leads to the EMG overall signal EMG(t). This is in turn converted into a muscle pressure Pmus(t) and/or a muscle volume flow Fmus(t) via the NME in block 506 . There are two feedback loops. The EMG timing signal EMG(t) is fed back sample-by-sample to generate the stimulation signal Istim(t) at block 510 proportionally thereto. It should be noted that this is an amplitude-modulated pulse sequence with a fixed pulse interval. The degree of positive feedback is largely determined by β. This is determined by a second feedback depending on the deviation of the muscle pressure Pmus from the desired value PmuS set at a coarser time level in block 512 (multiplication of the control difference by 1/Pmus). For this purpose, in block 514 an averaging of Pmus(t) takes place.
Zwei andere Ausführungsbeispiele sind alternativ gezeigt, wobei die Rückkopplung abhängig von der Abweichung des muskulär geleisteten Volumens Vmus(t) bzw. der Atemarbeit WOBmus(t) bestimmt wird. Das muskulär geleistete Volumen Vmus(t) kann auch direkt aus dem EMG multipliziert mit NVE berechnet werden. Wie in dieser Figur gezeigt, kann aus Pmus(t) über das DT 1 Glied 522 (Verzögerungsglied erster Ordnung) das Signal Fmus(t)/Flow(t) erzeugt werden, aus dem durch Integration in Block 524 das Volumen Vmus bestimmt werden kann. Aus der Differenz zwischen Vmus und Vmussoll kann dann in Block 526 (Multiplikation der Regeldifferenz mit 1/Vmus) wiederum β bestimmt werden. Alternativ kann über Block 532 auch das Produkt aus Pmus(t) und Flow(t) zu WOBmus (t) integriert werden. Aus der Differenz zwischen WOBmus und WOBmussoll kann dann in Block 534 (Multiplikation der Regeldifferenz mit 1/WOBmus) wiederum β bestimmt werden. In der Variante F wird der Grad der Mitkopplung auf eine gröberen Zeitebene so geregelt, dass ein übergreifendes Ziel erreicht wird. Abgesehen von der Amplitude (die vom Grad der Mitkopplung direkt bestimmt wird) verändert sich der Zeitverlauf der Stimulation jedoch nicht, die Proportionalität zu bleibt bestehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zu verfolgenden Ziel um die Festlegung des patientenseitigen Anteils am treibenden Druck (1), an dem erreichten Volumen (2) und/oder an der Atemarbeit (3), und zwar auf einer gröberen Zeitebene. Die Kontrolleinheit 14 ist beispielsweise ausgebildet, um das Stimulieren zur Erreichung eines Zielwertes, der einen patientenseitigen Anteil an einem treibenden Druck,Two other exemplary embodiments are shown as alternatives, with the feedback being determined as a function of the deviation in the volume Vmus(t) performed by the muscles or the work of breathing WOBmus(t). The muscular volume Vmus(t) can also be calculated directly from the EMG multiplied by NVE. As shown in this figure, the signal Fmus(t)/Flow(t) can be generated from Pmus(t) via the DT 1 element 522 (first-order delay element), from which the volume Vmus can be determined by integration in block 524 . In block 526 (multiplication of the control difference by 1/Vmus), β can then in turn be determined from the difference between Vmus and Vmus setpoint. Alternatively, the product of Pmus(t) and Flow(t) can also be integrated via block 532 to form WOBmus(t). From the difference between WOBmus and WOBmus target β can then be determined in block 534 (multiplication of the control difference by 1/WOBmus). In variant F, the degree of positive feedback is regulated at a coarser time level in such a way that an overarching goal is achieved. Apart from the amplitude (which depends on the degree of the positive feedback is determined directly), the time course of the stimulation does not change, however, the proportionality remains the same. The goal to be pursued is preferably the determination of the patient's share of the driving pressure (1), of the volume achieved (2) and/or of the work of breathing (3), specifically at a coarser time level. The control unit 14 is designed, for example, to stimulate the achievement of a target value, which includes a proportion of the driving pressure on the part of the patient,
ΔPmus, einen patientenseitigen Anteil an einem Volumen, ΔVolmus, oder einen patientenseitigen Anteil an einer Atemarbeit, AWOBmus, umfasst, zu regeln. Das Verfahren könnte in einer Schrittabfolge (1) bis (3) ähnlich realisiert werden wie für die automatische Einstellung des Proportionalitätsfaktors bei der Proportionalbeatmung [E37], ΔPmus, a patient portion of a volume, ΔVolmus, or a patient portion of a work of breathing, AWOBmus. The procedure could be implemented in a sequence of steps (1) to (3) similar to the automatic setting of the proportionality factor in proportional ventilation [E37],
(1) Um die Mitkopplung zu regeln, ist eine Rückkopplung der Abweichung der Zielgröße vom Sollwert nötig, wie es in [E29] beschrieben ist. Für die Regelabweichung bei Betrachtung des Muskeldrucks gilt: (1) In order to regulate the positive feedback, feedback of the deviation of the target variable from the setpoint is necessary, as described in [E29]. The following applies to the control deviation when considering the muscle pressure:
Dabei ist die Regelabweichung als integrale Größe (d.h. nicht auf Sample-Ebene) zu betrachten, die über einen oder mehrere Atemzüge hinweg, z.B. durch Mittelwert-, Medianbildung oder Flächenberechnung, bestimmt wird. Alternativ führt der von der Regelabweichung gespeiste Regler diese Berechnung durch. Der Regler übersetzt die Regelabweichung in die Stellgröße, nämlich den einzustellenden Grad der Mitkopplung. Da die Regelabweichung durch die Stimulation zu Null gebracht werden soll, gilt für die Betrachtung des Muskeldrucks: The control deviation is to be considered as an integral variable (i.e. not at sample level) that is determined over one or more breaths, e.g. by averaging, median formation or area calculation. Alternatively, the controller fed by the control deviation carries out this calculation. The controller translates the control deviation into the manipulated variable, namely the degree of positive feedback to be set. Since the control deviation should be brought to zero by the stimulation, the following applies to the consideration of the muscle pressure:
ΔPmus = Pstim und daher mit der Gleichung aus Variante C (die auch integral - also auf gröberer Zeitebene - gilt) ΔP mus = P stim and therefore with the equation from variant C (which also applies integrally - i.e. on a coarser time level)
Pstim = β · Pmus = ΔPmus. Pstim = β Pmus = ΔPmus .
Nach β aufgelöst ergibt sich Solving for β gives
(2) Bei der Betrachtung des muskulär erbrachten Volumens lautet die Regelabweichung: ΔVolmus — VolmuSsoN Volmus. (2) When considering the muscular volume generated, the deviation is: ΔVol mus — Vol muSsoN Vol mus .
Sie ist gleichzusetzen mit der Stimulationswirkung: It can be equated with the stimulation effect:
ΔVolmus = /stim K NVE = EMGstim · NVE. ΔVol mus = / stim K NVE = EMG stim NVE.
Wegen der Proportionalität: Because of the proportionality:
EMGstim = β · EMG, ergibt sich: EMGstim = β EMG, the result is:
(3) Entsprechend gilt für die Regelabweichung der Atemarbeit: Sie ist gleichzusetzen mit der Stimulationswirkung: (3) The following applies to the control deviation of the work of breathing: It can be equated with the stimulation effect:
AWOBmus = /stim - K - NME · Vol = Pstim · Vol AWOB mus = / stim - K - NME Vol = P stim Vol
Wegen der Proportionalität: Pstim = β · Pmus und wegen: WOBmus = Pmus · Vol ergibt sich: Because of the proportionality: Pstim = β Pmus and because of: WOB mus = P mus Vol the result is:
In allen drei Fällen lässt sich die Mitkopplung basierend auf Regelabweichung und Sollwert einstellen. Ein Vergleich der Gleichungen aus Variante A und B liefert die Korrespondenzen: a = K-1 β, und wegen P us(t) = NME · EMG(t), sodass die Einstellung der Mitkopplung für alle Varianten A bis E, F (Figur 4) möglich ist. Die Fig. 6 zeigt EMG-Signalverläufe auf Basis von Probanden-Aufnahmen. In all three cases, the positive feedback can be set based on the control deviation and setpoint. A comparison of the equations from variant A and B gives the correspondences: a = K -1 β, and because P us(t) = NME · EMG(t), so that the adjustment of the positive feedback for all variants A to E, F (Figure 4) is possible. 6 shows EMG signal curves based on test person recordings.
Es sind Abszissen (x- Achsen) 1 als Zeitachsen mit einer Skalierung in [ms] in einer oberen Darstellung 600 und einer unteren Darstellung 601 aufgetragen. In der oberen Darstellung 600 ist linksseitig als Ordinate (y-Achse) 2 das Signal "intercost.stm" dargestellt und rechtsseitig als Ordinate (y-Achse) 3 das Signal "Costmar.org" dargestellt. In der unteren Darstellung 601 ist linksseitig als Ordinate (y-Achse) 4 das Signal "Costmar.ecgr" dargestellt und rechtsseitig als Ordinate (y-Achse) 5 das Signal "Costmar.em" dargestellt. Die rechteckförmigen Bereiche 602 („intercost.stim“) in der oberen Darstellung 600 bezeichnen die Zeitbereiche, in denen stimuliert wurde (jeweils etwa 4,5 Sekunden, allerdings nicht proportional zur Atemanstrengung). In der unteren Darstellung 601 ist ein Signal „costmar.org“ 604 in μV gezeigt. Das Signal „costmar.org“ 604 ist ein am Rippenbogen (von engl, „costal margin“) mittels zweier Elektroden abgeleitetes Original-EMG-Signal. Das Signal „costmar.ecgr“ 606 unterscheidet sich vom Original-EMG-Signal 604 dadurch, dass die EKG- und Stimulationsartefakte sowie der Offset entfernt wurden. Das Signal „costmar.env“ 608 ist die Einhüllende des Signals „costmar.ecgr“ 606 , gebildet als Mittelwert (Root-Mean- Square) über ein Zeitintervall von 250ms und ist ein Maß für die Zwerchfellaktivierung. The abscissas (x-axes) 1 are plotted as time axes with a scaling in [ms] in an upper representation 600 and a lower representation 601 . In the upper illustration 600, the signal "intercost.stm" is shown on the left as ordinate (y-axis) 2 and the signal "Costmar.org" is shown on the right as ordinate (y-axis) 3. shown. In the lower illustration 601, the signal "Costmar.ecgr" is shown on the left as the ordinate (y-axis) 4 and the signal "Costmar.em" is shown on the right as the ordinate (y-axis) 5. The rectangular areas 602 (“intercost.stim”) in the upper illustration 600 designate the time ranges in which stimulation took place (each approximately 4.5 seconds, but not proportional to the respiratory effort). A signal “costmar.org” 604 in μV is shown in the lower representation 601 . The signal “costmar.org” 604 is an original EMG signal derived from the costal margin using two electrodes. The signal "costmar.ecgr" 606 differs from the original EMG signal 604 in that the ECG and stimulation artifacts and the offset have been removed. The signal "costmar.env" 608 is the envelope of the signal "costmar.ecgr" 606, formed as a mean (root mean square) over a time interval of 250 ms and is a measure of diaphragm activation.
Die Fig. 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt 666 aus der Aufnahme aus Fig. 6, wobei ein einzelner stimulierter Atemzug mittels einer oberen Darstellung 700 und einer unteren Darstellung 701 dargestellt ist. Es sind Abszissen (x- Achsen) 1 als Zeitachsen mit einer Skalierung in [ms] in einer oberen Darstellung 700 und einer unteren Darstellung 701 aufgetragen. In der oberen Darstellung 700 ist linksseitig als Ordinate (y-Achse) 2 das Signal "intercost.stm" dargestellt und rechtsseitig als Ordinate (y- Achse) 3 das Signal "Costmar.org" dargestellt. In der unteren Darstellung 701 ist linksseitig als Ordinate (y-Achse) 4 das Signal "Costmar.ecgr" dargestellt und rechtsseitig als Ordinate (y-Achse) 5 das Signal "Costmar.em" dargestellt. Gleiche Elemente in den Figuren 6 und 7 sind in den Figuren 6 und 7 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die senkrechten grauen Linien 702 in der oberen Darstellung 700 sind die Zeitpunkte der Stimulationsimpulse. Wie man an der Form des Hüllkurvensignals 608 (costmar.env) erkennen kann, wurde mit einem rampenförmigen Intensitätsverlauf stimuliert. Das Signal 606 zeigt wieder den um Artefakte und Offset bereinigten Verlauf (costmar.ecgr) und das Signal 608 die zugehörige Einhüllende (costmar.env). FIG. 7 shows an enlarged detail 666 from the recording from FIG. The abscissas (x-axes) 1 are plotted as time axes with a scaling in [ms] in an upper representation 700 and a lower representation 701 . In the upper representation 700 the signal "intercost.stm" is shown on the left as ordinate (y axis) 2 and the signal "Costmar.org" is shown on the right as ordinate (y axis) 3 . In the lower illustration 701, the signal “Costmar.ecgr” is shown on the left as the ordinate (y axis) 4 and the signal “Costmar.em” is shown on the right as the ordinate (y axis) 5. Identical elements in FIGS. 6 and 7 are identified in FIGS. 6 and 7 with the same reference numbers. The vertical gray lines 702 in the top plot 700 are the timing of the pacing pulses. As can be seen from the shape of the envelope signal 608 (costmar.env), stimulation was carried out with a ramped intensity profile. The signal 606 again shows the profile (costmar.ecgr) which has been cleaned of artefacts and offset, and the signal 608 shows the associated envelope (costmar.env).
Die Fig. 8 zeigt einen noch weiter vergrößerten Ausschnitt 777 aus den Figuren 6 und 7, der eine Anzahl Stimulationsimpulsen 802 umfasst. Die Abszisse (x- Achse) 1 ist als eine Zeitachse mit einer Skalierung in [ms] in einer Darstellung 800 dargestellt. Gleiche Elemente in den Figuren 6, 7 und 8 sind in den Figuren 6, 7 und 8 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In der Darstellung 800 ist linksseitig als Ordinate (y-Achse) 2 das Signal "intercost.stm" dargestellt und rechtsseitig als Ordinate (y-Achse) 3 das Signal "Costmar.org" dargestellt. Es sind in der Darstellung 800 das Original-EMG- Signal 604 und die Zeitpunkte der Stimulationsimpulse 802 in analoger Weise wie in der oberen Darstellung 700 nach der Figur 7 gezeigt. Etwa 20-30ms nach jedem Stimulationsimpuls 802, weist das Original-Signal 604 costmar.org Aktivitätsmuster (Stimulationsantworten) auf. FIG. 8 shows an even further enlarged section 777 from FIGS. 6 and 7, which includes a number of stimulation pulses 802. FIG. The abscissa (x-axis) 1 is shown in a representation 800 as a time axis with a scaling in [ms]. Like elements in Figures 6, 7 and 8 are given the same reference numerals in Figures 6, 7 and 8. In the representation 800 the signal “intercost.stm” is shown on the left as ordinate (y axis) 2 and the signal “Costmar.org” is shown on the right as ordinate (y axis) 3 . In the representation 800 are the original EMG Signal 604 and the times of the stimulation pulses 802 in a manner analogous to that shown in the upper illustration 700 according to FIG. Approximately 20-30ms after each stimulation pulse 802, the original signal 604 costmar.org shows patterns of activity (stimulation responses).
Die Fig. 9 zeigt eine gemittelte Stimulationsimpulsantwort im Zeitverlauf. Die Abszisse (x- Achse) 1 ist als eine Zeitachse dargestellt. Gleiche Elemente in den Figuren 6, 7, 8 und 9 sind in den Figuren 6, 7, 8 und 9 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Dabei sind auf der Ordinate (y-Achse) 6 über einen großen Zeitbereich gemittelte Stimulationsantworten "costmar.avg" 904 (mittleres Original-Signal costmar in pV nach der Stimulation) des Original-EMG-Signals 604 „costmar.org“ (Figuren 6, 7, 8) dargestellt. Die Mittelung wurde auf den Stimuluszeitpunkt bezogen durchgeführt und beinhaltet zwei Stimulationsimpulsabstände. Die Zeitpunkte der Stimulationsimpulse sind durch die senkrechten gestrichelten Linien 902 angedeutet. Diese Linien sind koinzident mit entsprechenden Stimulationsartefakten. Im Folgenden werden einige Wirksamkeitsmaße und Manöver, wie sie in Ausführungsbeispielen zur Anwendung kommen, erläutert. Für die Mitkopplung und ihre Regelung werden Wirksamkeitsmaße benötigt, die wie in [E29] beschrieben mittels Manövern bestimmt werden können. Maßgeblich handelt es sich dabei um eine Twitch-Stimulation und eine ggf. gleichzeitig durchzuführende end-exspiratorische Okklusion zur Bestimmung der Aktivierbarkeit k(t) und der neuromechanical efficiency NME. Dabei kann eine Offsetbestimmung wie folgt durchgeführt werden. Für die Stimulation ist die maximale Stimulationsintensität zu bestimmen, die gerade noch nicht zu einer Muskelaktivierung führt. Dieser Offset ist von dem Original-Stimulationssignal abzuziehen: Figure 9 shows an average stimulation impulse response over time. The abscissa (x-axis) 1 is shown as a time axis. Like elements in Figures 6, 7, 8 and 9 are given the same reference numerals in Figures 6, 7, 8 and 9. The ordinate (y-axis) shows 6 stimulation responses "costmar.avg" 904 (mean original signal costmar in pV after stimulation) of the original EMG signal 604 "costmar.org" (Figures 6 , 7, 8). The averaging was carried out in relation to the stimulus time and includes two stimulation pulse intervals. The times of the stimulation pulses are indicated by the vertical dashed lines 902 . These lines are coincident with corresponding stimulation artifacts. A number of effectiveness measures and maneuvers, as used in exemplary embodiments, are explained below. Measures of effectiveness are required for the positive feedback and its regulation, which can be determined using maneuvers as described in [E29]. Essentially, this is a twitch stimulation and, if necessary, an end-expiratory occlusion to be carried out simultaneously to determine the activability k(t) and the neuromechanical efficiency NME. An offset determination can be carried out as follows. For stimulation is the maximum stimulation intensity to be determined, which just does not lead to muscle activation. This offset is to be subtracted from the original stimulation signal:
Das Original-Stimulationssignal kann man auch als "Rohes Stimulationssignal" bezeichnen. Erst dadurch ist eine der Atemanstrengung proportionale Stimulation bei Vermeidung einer starken nichtlinearen Verzerrung möglich. Die Offsetbestimmung kann automatisch erfolgen. Dazu wird eine Stimulation mit variierten Stimulationsintensitäten durchgeführt, z.B. eine Stimulationssequenz in der Form einer Rampe oder mit zufällig verteilten Amplituden. Danach wird die erzeugte Aktivierung, z.B. als ein Peak der Stimulationsantwort gegen die zugehörige Stimulationsintensität aufgetragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Artefakteentfernung/- unterdrückung erfolgen. Die Entfernung oder zumindest die Reduktion der Stimulationsartefakte in Echtzeit kann notwendig sein, da die Mitkopplung sonst sog. Runaways (Ausreißer, unkontrolliertes Aufschwingen der Signale wegen der Mitkopplung der Stimulationsartefakte) verursachen könnte. Weitere Details zur Artefakteentfernung finden sich in [E36, E38] Häufig wird eine Art Dunkeltastung („Gating“) durchgeführt, bei der die Stimulationsartefakte vor den nachfolgenden Filterstufen ausgeschnitten werden, um störende Impulsantworten zu vermeiden und möglichst wenig Signalleistung zu verlieren. Auch auf Signalverarbeitungsebene ist eine Artefaktreduktion möglich, z.B. durch ICA (von engl independent component analysis (unabhänige Komponentenanalyse)) oder Wavelet-Transformation. Ausführungsbeispiele können eine Stimulationsintensität proportional zur Atemanstrengung des Patienten schaffen. Dabei kann eine automatische Titrierung des Offsets (max. Stimulationsintensität ohne Aktivierung) und/oder eine Durchführung von Manövern erfolgen, beispielsweise zur Bestimmung von Wirksamkeitsmaßen und der Aktivierbarkeit. Dabei kann von einer Mitkopplung Gebrauch gemacht werden. Eine gleichzeitige Stimulation und Erfassung der Muskelaktivierung kann erfolgen, wobei eine Entfernung der Stimulationsartefakte in Echtzeit durchgeführt werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen kann eine absolute Einstellung der Stimulationsintensität erfolgen. In einigen Ausführungsbeispielen kann auch eine relative Einstellung erfolgen, sodass das klinische Personal nur den Grad der Mitkopplung angeben muss. In Ausführungsbeispielen kann eine Vorgabe eines übergreifenden Ziels (patientenseitiger Anteil am treibenden Druck, am Volumen oder der Atemarbeit) gemacht werden und damit eine automatische Einstellung der Mitkopplung erreicht werden. Normalerweise wird der Nervus Phrenicus mit dem Ziel der Zwerchfellaktivierung stimuliert. Für die Bestimmung der Aktivierbarkeit wird dann der Zeitverlauf k(t) des Aktivierungssignals (per EMG) erfasst. Um eine verlässliche Gewichtsfunktion (Kernel, Impulsantwort) zu erhalten, ist eine Wiederholung des Manövers und eine entsprechende Mittelung des Zeitverlaufs (Peri-Stimulus-Time- Histogramm, PSTH) ratsam. Die zeitliche Antwort der Muskelaktivierung (EMG) auf eine Sequenz von Stimulationsimpulsen ist nun mittels Faltung mit k(t) vorhersagbar. Dabei ist die ggf. variierte Intensität der Stimulationsimpulse zu berücksichtigen. Grundsätzlich muss von der Stimulationsintensität der Anteil (Offset) abgezogen werden, der zu keiner Aktivierung führt. Eine Aktivierung erfolgt erst, wenn die minimale Aktivierungsschwelle überschritten ist. Danach kann (aber muss nicht zwingend) Linearität und die Geltung des Superpositionsprinzips angenommen werden. Generell kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um einen durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck, Pstim, ein durch Stimulation erzeugbaresThe original stimulation signal can also be referred to as a "raw stimulation signal". Only then is stimulation proportional to the respiratory effort possible while avoiding strong non-linear distortion. The offset determination can take place automatically. For this purpose, a stimulation with varied stimulation intensities is carried out, for example a stimulation sequence in the form of a ramp or with randomly distributed amplitudes. The activation generated is then plotted against the associated stimulation intensity, for example as a peak of the stimulation response. In some embodiments, artifact removal/suppression may occur. The removal or at least the reduction of the stimulation artifacts in real time may be necessary, since otherwise the positive feedback Runaways (outliers, uncontrolled oscillating of the signals due to the positive feedback of the stimulation artifacts). Further details on removing artefacts can be found in [E36, E38] A kind of blanking ("gating") is often carried out in which the stimulation artefacts are cut out before the subsequent filter stages in order to avoid disruptive impulse responses and to lose as little signal power as possible. Artifact reduction is also possible at the signal processing level, for example by means of ICA (independent component analysis) or wavelet transformation. Embodiments may provide stimulation intensity proportional to the patient's respiratory effort. The offset (maximum stimulation intensity without activation) can be automatically titrated and/or maneuvers can be carried out, for example to determine effectiveness measures and the ability to be activated. In this case, use can be made of positive feedback. Simultaneous stimulation and detection of muscle activation can occur, with real-time removal of stimulation artifacts. In some exemplary embodiments, the stimulation intensity can be set absolutely. In some embodiments, a relative adjustment can also be made, so that the clinical staff only has to indicate the degree of feedforward. In exemplary embodiments, an overarching goal can be specified (patient-side proportion of the driving pressure, the volume or the work of breathing) and thus an automatic setting of the positive feedback can be achieved. Normally, the phrenic nerve is stimulated with the aim of activating the diaphragm. To determine the ability to be activated, the time course k(t) of the activation signal is recorded (by EMG). In order to obtain a reliable weight function (kernel, impulse response), it is advisable to repeat the maneuver and average the time course accordingly (Peri-Stimulus-Time-Histogram, PSTH). The temporal response of muscle activation (EMG) to a sequence of stimulation pulses can now be predicted by convolution with k(t). The possibly varied intensity of the stimulation pulses must be taken into account. In principle, the portion (offset) that does not lead to activation must be subtracted from the stimulation intensity. Activation only takes place when the minimum activation threshold is exceeded. According to this, linearity and the validity of the superposition principle can (but need not necessarily) be assumed. In general, the control unit can be designed to generate a respiratory muscle pressure, Pstim, that can be generated by stimulation
Atemvolumen, Volstim, und/oder eine durch Stimulation erzeugbare Atemarbeit des Patienten zu bestimmen. Manöver zur Bestimmung der neuromechanical efficiencv NME bei Stimulation: - Dieses Manöver kann analog zur Bestimmung der neuromechanical efficiency (NME) bei Spontanatmung durchgeführt werden, wobei statt der Spontanatmung komplette Atemzüge stimuliert werden. Es handelt sich also um eine Manöver-Kombination: eine Breath Stimulation und gleichzeitig eine end-exspiratorische Okklusion. - Breath Stimulation: To determine tidal volume, Volstim, and/or a work of breathing of the patient that can be generated by stimulation. Maneuver for determining the neuromechanical efficiency (NME) with stimulation: This maneuver can be carried out analogously to determining the neuromechanical efficiency (NME) with spontaneous breathing, with complete breaths being stimulated instead of spontaneous breathing. It is therefore a maneuver combination: a breath stimulation and at the same time an end-expiratory occlusion. - Breath stimulation:
Dabei wird eine Folge in ihrer Intensität gewichteter Twitch-Manöver durchgeführt, sodass eine Sequenz von Stimulationsimpulsen entsteht, die eine ähnliche Wirkung hat, wie ein spontaner Atemzug. D.h. die Dauer der Sequenz und ggf. die Form wird einem spontanen Atemzug angepasst [D18] Die Intensität der einzelnen Impulse ist normalerweise deutlich geringer als die 100%-lntensität eines Twitch-Impulses. - End-exspiratorisches Okklusionsmanöver, Bestimmung der neuromechanical efficiency (NME) bei Spontanatmung A sequence of intensity-weighted twitch maneuvers is performed, resulting in a sequence of stimulation pulses that has an effect similar to that of a spontaneous breath. I.e. the duration of the sequence and, if necessary, the form is adapted to a spontaneous breath [D18] The intensity of the individual pulses is usually significantly lower than the 100% intensity of a twitch pulse. - End-expiratory occlusion maneuver, determination of the neuromechanical efficiency (NME) in spontaneous breathing
- Auf diese (eher invasiven) Manöver kann verzichtet werden, wenn die Breath Stimulation eine deutliche Aktivierung erzeugt, die von der Spontanatmung trennbar ist. Mittels Schätzverfahren ist es wie bei Spontanatmung dann möglich, NMEstim zu berechnen [E15] - These (rather invasive) maneuvers can be dispensed with if the breath stimulation produces a clear activation that is separable from spontaneous breathing. As with spontaneous breathing, it is then possible to use estimation methods to calculate NMEstim [E15].
Manöver zur Bestimmung der neuroventilatorv efficiencv NVE bei Stimulation: - Dabei wird für einen oder mehrere stimulierte Atemzüge die Unterstützung weggelassen und das erbrachte (ggf. über mehrere Atemzüge gemittelte) Tidalvolumen VolStim erfasst und zu einem Maß (Mittelwert, Fläche o.ä.) des Aktivierungssignals (EMGstim) ins Verhältnis gesetzt. - Dafür ist eine Kombination aus zwei Manövern nötig, die Breath Stimulation (s.o.) und das Weglassen der Unterstützung in einem Szenario, bei dem normalerweise eine Atemunterstützung erfolgt. - Wie bei der Bestimmung der neuroventilator efficiency bei Spontanatmung lässt sich ein Surrogat für das NVE auch ohne Weglassen der Unterstützung als Quotient von VolStim zu EMGstim berechnen und nutzen. Maneuver to determine the neuroventilatorv efficiencv NVE with stimulation: - The support is omitted for one or more stimulated breaths and the generated tidal volume VolStim (possibly averaged over several breaths) is recorded and converted to a measure (mean value, area or similar) of the Activation signal (EMGstim) set in relation. - This requires a combination of two maneuvers, Breath Stimulation (see above) and the omission of support in a scenario where breath support is normally provided. - As with the determination of the neuroventilator efficiency in spontaneous breathing, a surrogate for the NVE can also be calculated and used without omitting the support as the quotient of VolStim to EMGstim.
Manöver zur Bestimmung der stimulative mechanical efficiencv SME(t) - Dabei erfolgt eine Twitch Stimulation wie für die Bestimmung von k(t) oder SVE(t) und gleichzeitig eine Okklusion [E21] Der Zeitverlauf des Mundverschlussdrucks (mouth pressure) wird erfasst und ggf. über mehrere Wiederholungen des Doppelmanövers gemittelt. - Die zeitliche Antwort des Mundverschlussdrucks (der bei offenen Atemwegen dem Pmus entspricht) auf eine Sequenz von Stimulationsimpulsen ist nun mittels Faltung mit SME(t) vorhersagbar. Maneuver to determine the stimulative mechanical efficiencv SME(t) - There is a twitch stimulation as for the determination of k(t) or SVE(t) and at the same time an occlusion [E21] The time course of the mouth closure pressure (mouth pressure) is recorded and averaged over several repetitions of the double maneuver, if necessary. - The temporal response of mouth closure pressure (corresponding to Pmus in open airways) to a sequence of stimulation pulses is now predictable by convolution with SME(t).
- Alternativ können k(t) und NMEstim statt mit einem Doppelmanöver nacheinander bestimmt und die stimulative mechanical efficiency berechnet werden zu - Alternatively, instead of using a double maneuver, k(t) and NMEstim can be determined one after the other and the stimulative mechanical efficiency can be calculated
SME(t) = k(t) · NMEstim - Bei maximaler Stimulationsintensität entspricht die Amplitude des Mundverschlussdrucks dem PmusMax, das ein Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung darstellt [E11, E23] SME(t) = k(t) NMEstim - At maximum stimulation intensity, the amplitude of the mouth closure pressure corresponds to PmusMax, which is a measure of the maximum respiratory effort that can be achieved [E11, E23]
Manöver zur Bestimmung der stimulative ventilatorv efficiency SVE(t) - Dabei erfolgt eine Twitch Stimulation wie für die Bestimmung von k(t) oder SME(t) und gleichzeitig eine Erfassung des erbrachten Volumens ohne Unterstützung durch ein Beatmungsgerät. In der Literatur wird bei Twitch- Stimulation normalerweise nur der Druck, nicht das Volumen erfasst. Das Volumen wird ggf. über mehrere Wiederholungen des Manövers gemittelt. - Die zeitliche Antwort des erbrachten Volumens auf eine Sequenz von Stimulationsimpulsen ist nun mittels Faltung mit SVE(t) vorhersagbar. Maneuver to determine the stimulative ventilatory efficiency SVE(t) - This involves twitch stimulation as for the determination of k(t) or SME(t) and at the same time the volume produced is recorded without the support of a ventilator. In the literature, only pressure, not volume, is usually recorded for twitch stimulation. If necessary, the volume is averaged over several repetitions of the maneuver. - The temporal response of the delivered volume to a sequence of stimulation pulses can now be predicted by convolution with SVE(t).
- Alternativ können k(t) und NVEstim nacheinander bestimmt und die stimulative Ventilator efficiency berechnet werden zu - Alternatively, k(t) and NVestim can be determined one after the other and the stimulative fan efficiency can be calculated
SVE(t) = k(t) · NVEstim SVE(t) = k(t) * NVEstim
Manöver zur Bestimmung der Belastbarkeit LBC: - Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, um ferner ein Maß für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. Beispielsweise kann das Maß für die Belastbarkeit auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basieren. - Die Belastbarkeit setzt die Grundlast (d.h. die aufgrund der ggf. eingeschränkten Atemmechanik notwendige Muskelanstrengung) mit der maximal erbringbaren Atemanstrengung in Beziehung. Sie wird im Rahmen dieser Beschreibung berechnet zu LBC = 1 - PmusBase / PmusMax wobei PmusBase einem Maß (Mittelwert, Amplitude, Fläche, o.ä.) des Muskeldrucks entspricht, der nötig ist, um mit optimalem Atemmuster genügend Volumen zu erzielen (siehe primäres Therapieziel). Dieser Wert lässt sich bei bekannten Parametern der Atemmechanik berechnen [E30] - Ein Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung ist der Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung, was dem Manöver zur Bestimmung von SME(t) entspricht. PmusMax ist demnach ein Maß (Mittelwert, Amplitude, Fläche, o.ä.) dieses Zeitsignals SME(t). Maneuvers for determining the load capacity LBC: The control unit can be designed to also determine a measure of the load capacity of the patient's respiratory muscles. For example, the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a baseline load, PmusBase, and a patient's maximum attainable respiratory effort, PmusMax. - The resilience relates the basic load (ie the muscular effort required due to the possibly restricted respiratory mechanics) to the maximum possible respiratory effort. It is calculated in the context of this description LBC = 1 - PmusBase / PmusMax where PmusBase corresponds to a measure (mean value, amplitude, area, etc.) of the muscle pressure that is necessary to achieve sufficient volume with an optimal breathing pattern (see primary therapy goal). This value can be calculated with known respiratory mechanics parameters [E30] - A measure of the maximum respiratory effort that can be achieved is the mouth closure pressure at maximum activation, which corresponds to the maneuver used to determine SME(t). Accordingly, PmusMax is a measure (mean value, amplitude, area, etc.) of this time signal SME(t).
Anders als bisherige verfügbare Therapiegeräte hat das System in Ausführungsbeispielen gleichzeitig den Schutz der Lunge als auch der Atemmuskulatur, insbes. des Zwerchfells, im Fokus. Es ist damit zu rechnen, dass durch dessen Anwendung die Zahl der durch VI LI oder VI DD betroffenen Patienten reduziert wird. Ein wichtiger physiologischer Grund für die Verbesserung der Therapie liegt, darin, dass das Zwerchfell - je nach Belastbarkeit - während der Inspiration möglichst immer aktiv mitziehen soll, ohne dass dadurch eine Lungenschädigung (durch zu hohen treibenden Druck) entsteht. Der durch das Zwerchfell verursachte negative Druck hat, was die Schädigung des Gewebes angeht, einen großen Vorteil vor der Positiv-Druckbeatmung [E25] Für die Realisierung eines Systems und eines Verfahrens, das es erlaubt, Beatmung und Stimulation z.B. mit Blick auf den zu leistenden Atemmuskeldruck adäquat zu adjustieren und zu koordinieren, werden vorzugsweise verschiedene Komponenten miteinander kombiniert: ein Beatmungsgerät 470, ein Stimulator 460 (Aktoreinheit) (Figur 4) und eine Sensoreinheit 200 (Figuren 1a, 1b, 1c, 1d). Dabei soll die Sensoreinheit (bspw. sEMG- Amplifier) das Aktivierungssignal erfassen und mithilfe pneumatischer Information den Atemmuskeldruck berechnen. Der Stimulator 460 (Figur 4) (Aktoreinheit) hingegen soll aus Ist- und Sollwert einer Zielgröße (z.B. Muskelaktivierung, Atemwegsfluss, Ösophagus- oder Muskeldruck) ein Stimulationssignal erzeugen und dafür ggf. den Kernel oder Parameter der Systemimpulsantwort identifizieren. Die Komponenten sind über entsprechende Schnittstellen miteinander verbunden. Die Kontrolleinheit kann demnach ferner ausgebildet sein, um Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter über die ein oder mehreren Schnittstellen 12 auszugeben. Das Beatmungsgerät 470 verfügt beispielsweise über eine Möglichkeit einer maschinellen druck- oder volumenkontrollierten Beatmung, einer getriggerten Druckunterstützung und ggf. Proportional Unterstützung der Patientenanstrengung. Das Beatmungsgerät 470 verfügt über eine Möglichkeit der Atemwegsfluss- und -druckmessung. Wenn keine Sensoreinheit verfügbar ist, kann das Muskeldrucksignal berechnet werden. Allerdings ist die Berechnung weniger genau, wenn sie allein auf den pneumatischen Signalen der Sensoren des Beatmungsgerätes beruht. Das Beatmungsgerät 470 kann über die Möglichkeit verfügen, den Sedierungsgrad des Patienten zu verändern. Eine tiefere Sedierung reduziert bspw. die Spontanatemtätigkeit. Normalerweise wird versucht, Patienten mit möglichst wenig Sedativa oder Relaxantien zu beatmen. Falls der Atemmuskeldruck zu groß ist und daher Lunge und Zwerchfell geschädigt werden können, kann er durch Gabe einer geeigneten Menge von Sedativa oder Relaxantien reduziert werden. Die Aktoreinheit 460 (Stimulator) (Figur 4) dient der Stimulation (z.B., elektrisch, per Ultraschall oder vorzugsweise magnetisch) der Atemmuskulatur. Die Anwendung des Aktors erfolgt vorzugsweise nicht-invasiv an der Körperoberfläche, z.B., mittels Stimulationselektroden oder -spulen. Der Aktor kann durch Vorgabe einer zeitabhängigen Stimulationsintensität Istim(t) direkt angesteuert werden. Allerdings ist es wünschenswert, die Wirkung der Stimulation feingranularzu steuern. Als Zielgröße kommt z.B. ein Maß für die Aktivierung der Muskulatur, der verursachte Atemwegsfluss oder vorzugsweise der durch die Kontraktion erzielte Muskeldruck in Frage. In contrast to previously available therapy devices, in exemplary embodiments the system simultaneously focuses on protecting the lungs and the respiratory muscles, in particular the diaphragm. It can be expected that its use will reduce the number of patients affected by VI LI or VI DD. An important physiological reason for improving the therapy is that the diaphragm - depending on its resilience - should always be actively involved during inspiration without causing damage to the lungs (due to excessive driving pressure). In terms of tissue damage, the negative pressure caused by the diaphragm has a major advantage over positive pressure ventilation [E25] for the realization of a system and a procedure that allows ventilation and stimulation, for example, with a view to the to be performed To adjust and coordinate respiratory muscle pressure adequately, various components are preferably combined with one another: a ventilator 470, a stimulator 460 (actuator unit) (FIG. 4) and a sensor unit 200 (FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d). The sensor unit (e.g. sEMG amplifier) should record the activation signal and calculate the respiratory muscle pressure using pneumatic information. The stimulator 460 (FIG. 4) (actuator unit), on the other hand, should generate a stimulation signal from the actual and desired value of a target variable (eg muscle activation, airway flow, esophagus or muscle pressure) and identify the kernel or parameters of the system impulse response for this. The components are connected to each other via appropriate interfaces. Accordingly, the control unit can also be designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces 12 . For example, the ventilator 470 has the option of mechanical pressure or volume-controlled ventilation, triggered pressure support and, if necessary, proportional support of the patient's effort. The 470 ventilator has the ability to measure airway flow and pressure. if If no sensor unit is available, the muscle pressure signal can be calculated. However, the calculation is less accurate when based solely on the pneumatic signals from the ventilator's sensors. The ventilator 470 may have the ability to change the patient's level of sedation. For example, deeper sedation reduces spontaneous breathing activity. Normally, attempts are made to ventilate patients with as few sedatives or relaxants as possible. If the respiratory muscle pressure is too great and therefore the lungs and diaphragm can be damaged, it can be reduced by administering an appropriate amount of sedatives or relaxants. The actuator unit 460 (stimulator) (FIG. 4) is used to stimulate (eg electrically, by ultrasound or preferably magnetically) the respiratory muscles. The actuator is preferably used non-invasively on the body surface, for example by means of stimulation electrodes or coils. The actuator can be controlled directly by specifying a time-dependent stimulation intensity Istim(t). However, it is desirable to be able to control the effect of the stimulation with fine granularity. A measure of the activation of the muscles, the airway flow caused, or preferably the muscle pressure achieved by the contraction, can be used as a target variable.
Hierfür ist eine sensorische Rückkopplung der Zielgröße notwendig (z.B. die eingelesene EMG-, EIM-, oder MMG-Hüllkurve als Maß für die Muskelaktivierung, das Flusssignal oder der berechnete Muskeldruck Pmus). Nach Vorgabe dieser zeitabhängigen Zielgröße stimuliert der Aktor 460 (Figur 4) dann so, dass der Sollwert erreicht wird, d.h., dass der gemessene (eingelesene) Istwert möglichst genau mit dem Sollwert übereinstimmt. D.h., die Stimulation erfolgt in einer Weise, dass sie eine bestimmte Wrkung erzielt. Stimulationsintensität wird entsprechend (ggf. kontinuierlich) angepasst. Die/der durch spontane Atemaktivität verursachte Muskelaktivierung/Fluss/Muskeldruck wird als Fehlersignal interpretiert. Dieses Fehlersignal soll auf einem GUI darstellbar sein, da es therapeutischen oder/und diagnostischen Wert hat. Bspw. würde nur dann stimuliert, wenn der vorgegebene gesamte patientenseitige Muskeldruck größer als der aktuelle patientenseitige Muskeldruck ist. Im anderen Fall würde nicht stimuliert, ggf. könnte man die Sedierung erhöhen, um das Fehlersignal (den spontanen Muskeldruck) zu reduzieren. This requires sensory feedback of the target variable (e.g. the read EMG, EIM, or MMG envelope curve as a measure of muscle activation, the flow signal or the calculated muscle pressure Pmus). After specifying this time-dependent target variable, the actuator 460 (FIG. 4) then stimulates in such a way that the target value is reached, i.e. that the measured (read-in) actual value matches the target value as precisely as possible. That is, the stimulation is done in a way that achieves a specific effect. The stimulation intensity is adjusted accordingly (continuously if necessary). The muscle activation/flow/muscle pressure caused by spontaneous breathing activity is interpreted as an error signal. This error signal should be able to be displayed on a GUI since it has therapeutic and/or diagnostic value. For example, stimulation would only take place if the specified total patient-side muscle pressure is greater than the current patient-side muscle pressure. In the other case, there would be no stimulation; if necessary, the sedation could be increased in order to reduce the error signal (the spontaneous muscle pressure).
Alternativ könnte ein Volumensignal als Maß für die Aktivierung der Atemmuskulatur verwendet werden, z.B. der Anteil des Volumens oder Flusses der durch die Muskelaktivierung verursacht wird [E29] Alternatively, a volume signal could be used as a measure of respiratory muscle activation, e.g. the proportion of volume or flow caused by muscle activation [E29]
Die Aktoreinheit 460 (Figur 4) berücksichtigt die Signalqualität der Signale, die für die Stimulationswirkung notwendig sind. Bei nicht hinreichender Signalqualität (z.B. des sEMG der Atemmuskulatur als Voraussetzung für die Berechnung des Muskeldrucks) kann das betreuende klinische Personal darauf aufmerksam gemacht werden (Alarm). Der eigentlich vom Patienten zu leistende Muskeldruck könnte dann ggf. automatisch vom Beatmungsgerät im Rahmen einer Druckunterstützung übernommen werden (Fallback). The actuator unit 460 (FIG. 4) takes into account the signal quality of the signals that are necessary for the stimulation effect. If the signal quality is insufficient (e.g. des sEMG of the respiratory muscles as a prerequisite for calculating the muscle pressure) the attending clinical staff can be made aware of this (alarm). The muscle pressure actually to be provided by the patient could then, if necessary, be automatically taken over by the ventilator as part of pressure support (fallback).
Eine Sensoreinheit kann zur Erfassung eines Muskelaktivierungssignals dienen, vorzugsweise eines Elektromyogramms des Zwerchfells mittels Oberflächenelektroden. Die Sensoreinheit soll gleichzeitig mit der Stimulation funktionieren. Daher besteht i. Allg. die Notwendigkeit, Stimulationsartefakte beim erfassten Stimulationssignal zu vermeiden oder quasi in Echtzeit zu entfernen. Weiterhin erfasst die Sensoreinheit die Qualität des erfassten Muskelaktivierungssignals oder des berechneten Muskeldrucksignals, um gegen Fehler und Artefakteinflüsse (z.B. Körperbewegung, Störsignale) gewappnet zu sein. Das klinische Personal kann bei mangelnder Qualität benachrichtigt oder das System in einen Fallback-Modus umgeschaltet werden. A sensor unit can be used to detect a muscle activation signal, preferably an electromyogram of the diaphragm using surface electrodes. The sensor unit is intended to function simultaneously with the stimulation. Therefore i. In general, the need to avoid stimulation artifacts in the captured stimulation signal or to remove them in real time. Furthermore, the sensor unit records the quality of the recorded muscle activation signal or the calculated muscle pressure signal in order to be prepared for errors and artefact influences (e.g. body movement, interference signals). Clinical staff can be notified of poor quality or the system can be switched to a fallback mode.
Beispielsweise können folgende Definitionen der Wirksamkeitsmaße verwendet werden: For example, the following definitions of effectiveness measures can be used:
Für die auf einem Aktivitätssignal (wie EMG) basierende wirkungsgesteuerte Beatmung wird ein entsprechendes Wirksamkeitsmaß benötigt, z.B. dieFor effect-controlled ventilation based on an activity signal (such as EMG), a corresponding measure of effectiveness is required, e.g
„neuromechanical efficiency“ (NME), die den erbrachten Muskeldruck [E18] oder die „neuroventilatory efficiency“ (NVE), die das erbrachte Volumen zum EMG in Beziehung setzt [E27] Wenn ein Aktivitätssignal verfügbar ist, kann daraus mittels der Wirksamkeitsmaße der dem Aktivitätssignal entsprechende Muskeldruck (Pmus) oder das Volumen (VolMus) bestimmt (abgeschätzt) werden. Dadurch entsteht andersherum auch eine Maßgabe für die Zuordnung von Anteilen der Atemarbeit, des Muskeldrucks oder des muskulär verursachten Volumens. Neben den muskulären Anteilen können auch die Anteile des Beatmungsgeräts festgelegt werden, also z.B. die Höhe des Unterstützungsdrucks. Mit Blick auf die Zuordnung von Anteilen können sowohl Muskeldruck als auch Volumen durch Spontanaktivität (welche durch Gabe von Sedativa/Relaxantien gedämpft werden kann) oder durch stimulierte Aktivität der Atemmuskulatur erbracht werden. Vorzugsweise sind die Wirksamkeitsmaße in beiden Fällen identisch. Abhängig von der Anatomie und Pathologie können die Wirksamkeitsmaße jedoch unterschiedlich sein, sodass dann jeweils zwei getrennte Maße ermittelt werden müssen, z.B. NMEspon und NMEstim oder NVEspon und NVEstim. Um auch eine Maßgabe für die Stimulation analog zur Beatmung zu ermöglichen, ist zusätzlich ein Maß für die neuronale Aktivierbarkeit der Muskulatur durch die Stimulation nötig. Die Aktivierbarkeit k beschreibt die Muskelaktivierung abhängig von der Stimulation, z.B. deren Zeitverlauf, sodass das Aktivierungssignal (vorzugsweise EMG) aus dem Stimulationssignal berechnet werden kann: "neuromechanical efficiency" (NME), which relates the produced muscle pressure [E18] or the "neuroventilatory efficiency" (NVE), which relates the produced volume to the EMG [E27] If an activity signal is available, it can be determined using the effectiveness measures of the dem Muscle pressure (Pmus) or volume (VolMus) corresponding to the activity signal can be determined (estimated). Conversely, this also creates a standard for the allocation of parts of the work of breathing, the muscle pressure or the volume caused by the muscles. In addition to the muscular proportions, the proportions of the ventilator can also be specified, for example the level of support pressure. With regard to the assignment of proportions, both muscle pressure and volume can be produced by spontaneous activity (which can be dampened by the administration of sedatives/relaxants) or by stimulated activity of the respiratory muscles. The measures of effectiveness are preferably identical in both cases. However, depending on the anatomy and pathology, the measures of effectiveness may differ, so that two separate measures must then be determined, eg NMEspon and NMEstim or NVespon and NVestim. In order to enable a measure for the stimulation analogous to ventilation, there is also a measure for the neuronal activation of the musculature required by the stimulation. The activatability k describes the muscle activation depending on the stimulation, e.g. its time course, so that the activation signal (preferably EMG) can be calculated from the stimulation signal:
EMGstim(t) = Istim(t) * k(t). EMGstim(t) = Istim(t) * k(t).
Damit kann durch Zuhilfenahme z.B. der NME der Zeitverlauf des durch die Stimulation erbrachten Muskeldrucks vorhergesagt werden: With the help of e.g. the NME, the time course of the muscle pressure caused by the stimulation can be predicted:
Pstim(t) = EMGstim(t) · NMEstim = Istim(t) * k(t) · NMEstim. Pstim(t) = EMGstim(t) * NMEstim = Istim(t) * k(t) * NMEstim.
Genauso kann mittels NVE der Zeitverlauf des durch die Stimulation erbrachten Volumens vorhergesagt werden: In the same way, the time course of the volume produced by the stimulation can be predicted using NVE:
VolStim(t) = EMGstim(t) · NVEstim = Istim(t) * k(t) · NVEstim. VolStim(t) = EMGstim(t) * NVestim = Istim(t) * k(t) * NVestim.
Die Aktivierbarkeit und das Wirksamkeitsmaß können zusammengefasst werden: SME(t) = k(t) · NMEstim, und The activatability and the measure of effectiveness can be summarized: SME(t) = k(t) * NMEstim, and
SVE(t) = k(t) · NVEstim. SVE(t) = k(t) * NVEstim.
Die Maße „stimulative mechanic efficiency“ (SME) und „stimulative ventilatory efficiency“ (SVE) sind ebenfalls Wirksamkeitsmaße. Sie verwenden aber nicht das EMG als neuronales Aktivierungssignal, sondern den/das durch die Stimulation erzielte/n Muskeldruck oder Volumen. Anders als das NME oder NVE sind SME(t) und SVE(t) potentiell zeitabhängige Signale (z.B. Kernels), die mit dem Zeitverlauf der Stimulationsintensität zu falten sind. Die Bestimmung der Wirksamkeitsmaße kann für eine auf ihre Wirkung bezogene Beatmung und Stimulation in manchen Ausführungsbeispielen notwendig sein und stellt eine Charakterisierung derThe measures "stimulative mechanical efficiency" (SME) and "stimulative ventilatory efficiency" (SVE) are also measures of effectiveness. However, they do not use the EMG as a neuronal activation signal, but rather the muscle pressure or volume achieved by the stimulation. Unlike the NME or NVE, SME(t) and SVE(t) are potentially time-dependent signals (e.g. kernels) to be convolved with the time course of stimulation intensity. The determination of the effectiveness measures can be necessary for ventilation and stimulation related to their effect in some exemplary embodiments and represents a characterization of the
Regelstrecke dar. Sie setzt das jeweilige Steuersignal mit der beabsichtigen Wirkung in Beziehung, sodass die Abweichung vom erwarteten Sollwert geringer ist, als wenn ohne Kenntnis der Regelstrecke mit einem einfachen Algorithmus oder Regler versucht wird, den Sollwert durch eine irgendwie geartete Veränderung des Steuersignals zu erreichen (siehe z.B. [E13]). Bei der Stimulation ist normalerweise nicht nur ein skalarer Faktor oder eine Kennlinie zu berücksichtigen, sondern ein zeitabhängiger Kernel, der der Impulsantwort der Regelstrecke entspricht. Zudem erfolgt die Stimulation typischerweise als Sequenz von gewichteten Impulsen mit einem Abstand von 20 bis 100ms (vorzugsweise 40 bis 50 ms). Jeder Impuls löst eine einzelne Aktivierung (Twitch) aus, aber erst nach der gesamten Impuls-Sequenz ergibt sich die atemzugähnliche Form des Aktivierungssignals. Die in der folgenden Tabelle 2 aufgeführten Manöver können für die Bestimmung der entsprechenden Wirksamkeitsmaße verwendet werden (siehe auch oben): It relates the respective control signal to the intended effect, so that the deviation from the expected setpoint is less than if, without knowing the controlled system, a simple algorithm or controller is used to reach the setpoint by changing the control signal in some way (see e.g. [E13]). In the stimulation, normally not only a scalar factor or a characteristic has to be considered, but a time-dependent kernel, which corresponds to the impulse response of the controlled system. In addition, the stimulation is typically delivered as a sequence of weighted pulses spaced 20 to 100 ms apart (preferably 40 to 50 ms). Each impulse triggers a single activation (twitch), but only after the entire impulse sequence does the breath-like form of the activation signal result. The maneuvers listed in Table 2 below can be used to determine the appropriate measures of effectiveness (see also above):
Die Tabelle 2 zeigt eine Übersicht der Manöver und ihrer Kombination sowie die jeweils daraus bestimmbaren Größen. Das "^"-Zeichen deutet an, dass die Größen durch Schätzung, z.B. mittels Regression oder Kalman-Filter ermittelt werden. Die Suffixe „stim“ und „spon“ bezeichnen den Bezug zu Stimulation bzw. Spontanatmung. Wenn ein Suffix fehlt, dann ist der Bezug die Kombination aus beiden Szenarien bzw. nicht eindeutig zuzuordnen. Wenn zu erwarten ist, dass sich die Maße nicht unterscheiden, kann auf die Suffixe verzichtet werden. Die Invasivität der Manöver, also der Grad der Belastung für den Patienten, ist unterschiedlich. Dem Grad der Belastung entsprechend dürfen Manöver mehr oder weniger häufig durchgeführt werden. Im Folgenden ist der Grad der Belastung und die akzeptable Häufigkeit beispielhaft dargestellt: - Twitch Stimulation: hoch, 1/d - End-exspiratorische Okklusion: mittel, 24/d - Breath Stimulation: mittel, 24/d - Weglassen der Atemunterstützung: gering, 240/d - Variabilität der Atemunterstützung: kein, unbegrenzt Table 2 shows an overview of the maneuvers and their combination as well as the values that can be determined from them. The "^" sign indicates that the sizes are determined by estimation, eg using regression or a Kalman filter. The suffixes "stim" and "spon" denote the reference to stimulation and spontaneous breathing, respectively. If a suffix is missing, then the reference is the combination of both scenarios or cannot be clearly assigned. If it is to be expected that the dimensions will not differ, the suffixes can be omitted. The invasiveness of the maneuvers, i.e. the degree of stress for the patient, varies. Depending on the degree of stress, maneuvers may be carried out more or less frequently. The following is an example of the level of exertion and acceptable frequency: - Twitch stimulation: high, 1/d - End-expiratory occlusion: medium, 24/d - Breath stimulation: medium, 24/d - Omission of respiratory support: low, 240/d - Variability of respiratory support: none, unlimited
Je nach Gerätekonfiguration werden die Manöver vom Beatmungsgerät 470 oder vom Stimulator 460 (Figur 4) durchgeführt. Sie können aber vom jeweils anderen Gerät angefordert werden. Wenn bspw. der Stimulator 460 (Figur 4) die SME(t) bestimmen will, fordert er vom Beatmungsgerät 470 ein end-exspiratorisches Okklusionsmanöver an. Wenn auf der anderen Seite das Beatmungsgerät 470 (Figur 4), bzw. die angeschlossene Sensoreinheit 200 (Figuren 1a, 1b, 1c, 1d) Pmus und/oder NME bestimmen will, fordert es vom Stimulator 460 (Figur 4) ggf. eine Breath Stimulation an, um die Variabilität der Signale zu erhöhen und die Parameterschätzung (z.B. mittels Regression oder Kalman-Filter) verlässlicher zu machen. Für jedes der erfassten Maße ist vorzugsweise ein Maß der Signalqualität zu bestimmen. Die Häufigkeit der Manöver soll vorzugsweise automatisch an die Signalqualität der Messwerte der erfassten Maße angepasst werden [E15] Wenn bspw. das VolSpon während Weglassen der Unterstützung unzuverlässig ist, kann dieses Manöver wiederholt und die Messwerte können gemittelt werden - solange bis eine hinreichende Zuverlässigkeit erreicht ist. Auf der anderen Seite sind die Grenzen der Häufigkeit abhängig vom Grad derDepending on the device configuration, the maneuvers are performed by the ventilator 470 or the stimulator 460 (FIG. 4). However, they can be requested by the other device. For example, when the stimulator 460 (Figure 4) wants to determine the SME(t), it requests the ventilator 470 to perform an end-expiratory occlusion maneuver. On the other hand, if the ventilator 470 (FIG. 4) or the connected sensor unit 200 (FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d) wants to determine Pmus and/or NME, it may request a breath from the stimulator 460 (FIG. 4). stimulation to increase the variability of the signals and to make the parameter estimation (e.g. using regression or Kalman filter) more reliable. A measure of the signal quality is preferably to be determined for each of the measured measures. The frequency of the maneuvers should preferably be automatically adapted to the signal quality of the measured values of the recorded dimensions [E15] If, for example, the VolSpon is unreliable while the support is omitted, this maneuver can be repeated and the measured values can be averaged - until sufficient reliability is achieved . On the other hand, the limits of frequency depend on the degree of
Belastung zu berücksichtigen. Wenn also ein Manöver wegen dieser Grenzen vorerst nicht mehr wiederholt werden darf, erhält das ermittelte Maß das Attribut einer niedrigen Signalqualität und kann für bestimmte Zwecke (z.B. Darstellung diagnostischer Information) nicht mehr oder nur eingeschränkt benutzt werden. Für die Anwendung der Wirksamkeitsmaße werden diese zumindest in manchenload to be taken into account. So if a maneuver cannot be repeated for the time being because of these limits, the measure determined is given the attribute of a low signal quality and can no longer be used for certain purposes (e.g. displaying diagnostic information) or can only be used to a limited extent. For the application of the effectiveness measures, these are used at least in some
Ausführungsbeispielen invertiert, denn die Maßgabe der Anteile der zu erbringenden Atemarbeit/Muskeldruck/Volumen setzt die Zielgröße voraus (z.B. bei Vorgabe des Sollwerts). Skalare Wirksamkeitsmaße können auch als Faktoren betrachtet werden. Wenn beispielsweise die Zielgröße vorgegeben wird, kann das Steuersignal durch den Kehrwert des Faktors sehr einfach berechnet werden, z.B. folgt aus: inverted in the exemplary embodiments, because the specification of the proportions of the respiratory work to be performed/muscle pressure/volume requires the target variable (e.g. when specifying the target value). Scalar measures of effectiveness can also be viewed as factors. For example, if the target variable is specified, the control signal can be calculated very easily using the reciprocal of the factor, e.g. as follows:
Pmus = NME · EMG die Möglichkeit einer Vorgabe des Pmus für das damit verbundene EMG: Pmus = NME x EMG the possibility of specifying the Pmus for the associated EMG:
EMG = Pmus / NME, das durch Spontanatmung oder durch Stimulation erzeugt werden soll. Pmus und EMG können abgetastete Zeitsignale darstellen, oder aber (integrale) Werte pro Atemzug. EMG = Pmus / NME to be generated by spontaneous breathing or by stimulation. Pmus and EMG can represent sampled time signals, or (integral) values per breath.
Die Vorgabe des Unterstützungsdrucks des Beatmungsgeräts ist wegen : ʃ Pmus(t) dt = ʃ Pvent(t) dt · a2 / b2 mit: ʃPmus dt = a2 ʃPdrv dt, ʃPvent dt = b2 ʃPdrv dt, einfach möglich, wenn die Berechnung nicht auf Sample-Ebene durchgeführt wird, sondern integrale Maße angewendet werden. Dies kann als eine bevorzugte Vorgehensweise angesehen werden. ʃ EMG(t) dt =ʃ Pvent(t) dt · a2 / b2 / NME. The specification of the support pressure of the ventilator is easily possible because of : ʃ Pmus(t) dt = ʃ Pvent(t) dt a2 / b2 with: ʃPmus dt = a2 ʃPdrv dt, ʃPvent dt = b2 ʃPdrv dt, if the calculation is not based on Sample level is performed, but integral measures are applied. This can be considered a preferred approach. ʃ EMG(t) dt =ʃ Pvent(t) dt · a2 / b2 / NME.
Damit leitet sich aus der Vorgabe des Unterstützungsdrucks und den geforderten Anteilen am treibenden Druck (a2 und b2) die vom Patienten abzufordernde Muskelaktivierung (d.h. das EMG-Signal) ab. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist die Vorgabe des muskulär zu leistenden Volumens: The muscle activation to be requested from the patient (i.e. the EMG signal) is thus derived from the specification of the support pressure and the required proportions of the driving pressure (a2 and b2). Another embodiment is the specification of the muscular volume to be achieved:
VolMus = NVE · EMG. VolMus = NVE * EMG.
Nach Kehrwertbildung ergibt sich das mit der VolMus-Vorgabe verbundene EMG zu: After forming the reciprocal value, the EMG associated with the VolMus specification results in:
EMG = VolMus / NVE. EMG = VolMus / NVE.
Wenn es sich bei dem Volumen um ein Tidalvolumen handelt, muss eine Integration des Flows und des EMG über den Atemzug erfolgen. Ist es ein Minutenvolumen, dann erfolgt die Integration beispielsweise über eine Minute. Etwas schwieriger ist die Anwendung der Wirksamkeitsmaße auf die Stimulation, wenn nicht nur integrale Werte pro Atemzug verwendet werden, sondern eine hohe Zeitauflösung gefordert wird. Aus dem abzufordernden EMG-Signal soll nun auf den Zeitverlauf der Stimulationsintensität geschlossen werden. Wie oben beschrieben ergibt sich eine Schätzung des durch Stimulation erzeugten EMG-Signals, falls der Kernel k(t) bekannt ist zu: If the volume is a tidal volume, the flow and EMG must be integrated over the breath. If it is a minute volume, then the integration takes place over a minute, for example. The application of the effectiveness measures to the stimulation is somewhat more difficult if not only integral values per breath are used, but a high time resolution is required. The timing of the stimulation intensity should now be inferred from the EMG signal to be requested. As described above, if the kernel k(t) is known, an estimate of the EMG signal generated by stimulation results in:
EMGstim(t) = Istim(t) * k(t), aber die Gleichung lässt sich nicht durch Kehrwertbildung nach Istim(t) auflösen (Das Zeichen "*" ist das Faltungssymbol). Hierfür ist eine Entfaltung (inverse Faltung, Entfaltung, Dekonvolution) nötig, z.B. die Anwendung eines Wiener-Filters. Die Faltungsoperation lässt sich auch in Matrix-Schreibweise darstellen: wobei die Komponenten der Vektoren Samples der jeweiligen Zeitreihen darstellen. K ist die dem Kernel k(t) zugehörige Toeplitzmatrix. Durch Inversion der Matrix K lässt sich die Gleichung nach Istim auflösen: und man erhält mit Istim(t) eine Schätzung des Zeitverlaufs der Stimulation als Ursache für das als bekannt vorausgesetzte (oder geforderte) EMG-Signal. Wenn allerdings nur integrale Werte pro Atemzug verwendet werden (d.h. Istim beschreibt die skalare Stimulationsamplitude für den Atemzug und EMGstim ein ähnliches Maß wie Amplitude, Fläche o.ä. des Aktivierungssignals), dann vereinfachen sich die Gleichungen zu: EMGstim(t) = Istim(t) * k(t), but the equation cannot be solved by reciprocal Istim(t) (The "*" character is the convolution symbol). This requires deconvolution (inverse convolution, deconvolution, deconvolution), for example the use of a Wiener filter. The convolution operation can also be represented in matrix notation: where the components of the vectors represent samples of the respective time series. K is the Toeplitz matrix associated with kernel k(t). The equation according to Istim can be solved by inverting the matrix K: and with Istim(t) one obtains an estimate of the time course of the stimulation as the cause of the EMG signal assumed (or required) to be known. However, if only integral values per breath are used (ie Istim describes the scalar stimulation amplitude for the breath and EMGstim describes a similar measure like amplitude, area or similar of the activation signal), then the equations simplify to:
EMGstim = Istim · k und Istim = EMGstim / k, sodass statt einer Matrixinversion eine Kehrwertbildung ausreicht. EMGstim = Istim · k and Istim = EMGstim / k, so that a reciprocal value formation is sufficient instead of a matrix inversion.
In Ausführungsbeispielen können Zielgrößen entsprechend vorgegeben werden. Vorliegend wird der erbrachte Muskeldruck mit Pmus und das Volumen bzw. der Flow mit VolMus bzw. FlowMus bezeichnet. Diese Größen hängen mit der Atemarbeit wie folgt zusammen: Target variables can be specified accordingly in exemplary embodiments. In the present case, the muscle pressure produced is referred to as Pmus and the volume or flow as VolMus or FlowMus. These quantities are related to the work of breathing as follows:
WOB = WOBvent + WOBmus , WOB = WOBvent + WOBmus ,
WOBmus = ʃ P mus(t) · Flow(t) dt = ʃ P (t) · FlowMus(t) dt , WOBvent = ʃ P vent(t) · Flow(t) dt = ʃ P (t) · FlowVent(t) dt , Pdrv = Pvent + Pmus , WOBmus = ʃ P mus(t) Flow(t) dt = ʃ P (t) FlowMus(t) dt , WOBvent = ʃ P vent(t) Flow(t) dt = ʃ P (t) FlowVent( t) dt , Pdrv = Pvent + Pmus ,
Flow = FlowVent + FlowMus , Flow = FlowVent + FlowMus ,
Vol = VolVent + VolMus . Vol = VolVent + VolMus .
Wenn beispielsweise der Patient einen Anteil der gesamten Atemarbeit leistet: For example, if the patient is doing a fraction of the total work of breathing:
WOBmus = a1 · WOB und entsprechend das Beatmungsgerät: WOBmus = a1 * WOB and accordingly the ventilator:
WOBvent = b1 · WOB, dann teilen sich Patient und Beatmungsgerät die gesamte Atemarbeit im Verhältnis a1:b1 auf. Diese Aufteilung ist ähnlich (aber normalerweise nicht identisch) zu den Anteilen am treibenden Druck Pdrv oder am Flow - wobei ein integrales Maß zu verwenden ist, z.B. das Flächen-Integral für den Druck: ʃ P mus dt = a2 ʃ P drv dt, ʃ Pvent dt = b2 · ʃ P drv dt, und entsprechend für den Flow: ʃ FlowMus dt = a3 j Flow dt, ʃ FlowVent dt = b3 · J Flow dt, sodass vereinfachend geschrieben werden kann: WOBvent = b1 · WOB, then the patient and the ventilator share the entire work of breathing in the ratio a1:b1. This division is similar (but usually not identical) to the contributions to the driving pressure Pdrv or to the flow - using an integral measure, e.g. the area integral for the pressure: ʃ P mus dt = a2 ʃ P drv dt, ʃ Pvent dt = b2 ʃ P drv dt, and accordingly for the flow: ʃ FlowMus dt = a3 j Flow dt, ʃ FlowVent dt = b3 J Flow dt, so that it can be written in a simplified way:
VolMus = a3 · Vol, VolMus = a3 Vol,
VolVent = b3 Vol. VolVent = b3 Vol.
Vorzugsweise ergibt die jeweilige Summe der Gewichte ai + bi = 1 , also z.B. a1 + b1 = 1. In dem Sinne stellen die ai*100 und bi*100 prozentuale Anteile dar. Statt des Flächen-Integral könnte z.B. auch eine quadratische Norm oder ein ähnliches integrales Maß verwendet werden. Die Anteile vonseiten Patienten und Beatmungsgerät beziehen sich nicht auf einzelne Abtastwerte, sondern auf Intervalle, wie Atemphasen (Inspiration oder Exspiration) oder ganze oder mehrere Atemzüge. Wie bereits angemerkt können sich die Gewichte ai und bi jeweils unterscheiden. So kann ein Patient, der rechnerisch einen größeren Teil der Atemarbeit (WOBmus) übernimmt, evtl einen nur kleineren Teil des Flows (FlowMus) übernehmen, wenn der Druck im Zeitfenster des muskulär geleisteten Flows groß, im Zeitfenster des vom Beatmungsgerät geleisteten Flows klein ist. Diese Fälle sind jedoch eher nur von theoretischer Natur. Die Anteile des Flows bzw. Volumens oder auch der Drücke sind möglicherweise intuitiver zu verstehen, als anteilige Maße der Atemarbeit, da die Überwachung und Festlegung des Volumens (z.B. Minutenvolumen MV oder Tidalvolumen VT) oder des Unterstützungsdrucks von großer klinischer Bedeutung ist. The respective sum of the weights preferably results in ai + bi = 1, e.g. a1 + b1 = 1. In this sense, the ai*100 and bi*100 represent percentages. Instead of the area integral, for example, a quadratic norm or a similar integral measure can be used. The patient and ventilator contributions do not relate to individual samples, but to intervals, such as respiratory phases (inspiration or expiration) or whole or multiple breaths. As already noted, the weights ai and bi can differ in each case. For example, a patient who mathematically takes on a larger part of the work of breathing (WOBmus) may only take on a smaller part of the flow (FlowMus) if the pressure in the time window of the muscular flow is high but in the time window of the flow provided by the ventilator is low. However, these cases are only of a theoretical nature. The proportions of the flow or volume or the pressures may be more intuitive to understand than proportionate measures of the work of breathing, since the monitoring and determination of the volume (e.g. minute volume MV or tidal volume VT) or the support pressure is of great clinical importance.
Zumindest manche Ausführungsbeispiele können eine wirkungsgesteuerte Beatmung und Stimulation ermöglichen. Für die wirkungsgesteuerte Therapie muss im Zusammenhang mit dem sekundären Therapieziel das Maß der Atemanstrengung bestimmt und eingestellt (im Sinne einer Steuerung oder Regelung) werden können. Die vom Patienten geleistete Atemanstrengung (als Atemarbeit, Muskeldruck oder von der Atemmuskulatur verursachter Fluss bzw. Volumen), ob durch Spontanaktivität, Stimulation oder beidem hervorgerufen, wird wie folgt bestimmt: At least some embodiments may enable effect-controlled ventilation and stimulation. For the effect-controlled therapy must im The degree of respiratory effort can be determined and adjusted (in the sense of a control or regulation) in connection with the secondary therapy goal. The patient's respiratory effort (as work of breathing, muscle pressure, or flow or volume induced by the respiratory muscles), whether induced by spontaneous activity, stimulation, or both, is determined as follows:
In der Bewegungsgleichung: In the equation of motion:
Pvent(t) + Pmus(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const wird der Muskeldruck Pmus(t) ersetzt durch die Annahme: Pmus(t) = NME · EMG(t), sodass in der Schätzgleichung: Pvent(t) + Pmus(t) = R Flow(t) + E Vol(t) + const the muscle pressure Pmus(t) is replaced by the assumption: Pmus(t) = NME EMG(t), so that in the estimation equation:
Pvent(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const - NME · EMG(t) + epsilon z.B. mittels Regression oder Kalman-Filterung durch Minimierung des Fehlers epsilon die Faktoren R, E und NME bestimmt werden können. Die Konstante kann bei der Betrachtung vernachlässigt werden. Da NME nun bekannt ist, kann der Muskeldruck berechnet werden zu: Pmus(t) = NME · EMG(t), aber auch zu: Pvent(t) = R Flow(t) + E Vol(t) + const - NME EMG(t) + epsilon e.g. by means of regression or Kalman filtering by minimizing the error epsilon the factors R, E and NME can be determined can. The constant can be neglected in the consideration. Since NME is now known, the muscle pressure can be calculated as: Pmus(t) = NME EMG(t), but also as:
Pmus1(t) = R · Flow(t) + E · Vol(t) + const - Pvent(t), oder als gewichtete Kombination, wobei der Unterschied nur in der Zuteilung des Schätzfehlers epsilon liegt. Im Folgenden wird die erste Variante verwendet, ohne dass dies als Einschränkung verstanden werden soll. Die Anteile bezogen auf Spontanatmung und Stimulation ergeben sich zu: Pmus1(t) = R Flow(t) + E Vol(t) + const - Pvent(t), or as a weighted combination, where the difference lies only in the allocation of the estimation error epsilon. The first variant is used below, without this being understood as a restriction. The proportions based on spontaneous breathing and stimulation result in:
Pstim(t) = k(t) * Istim(t) und Pspon(t) = Pmus(t) - Pstim(t) = Pmus(t) - k(t) * Istim(t). Pstim(t) = k(t) * Istim(t) and Pspon(t) = Pmus(t) - Pstim(t) = Pmus(t) - k(t) * Istim(t).
Die dem Muskeldruck Pmus(t) entsprechende Atemarbeit ergibt sich zu: und entsprechend für die Anteile: und The work of breathing corresponding to the muscle pressure Pmus(t) results in: and accordingly for the shares: and
Der durch den Muskeldruck ausgelöste Atemwegsfluss berechnet sich nach [E29] im Frequenzbereich zu: The airway flow triggered by muscle pressure is calculated according to [E29] in the frequency range as follows:
FlowMus = s/E · Pmus / (1 + R/E · s) , was der Anwendung eines DT1 -Übertragungsgliedes auf Pmus(t) entspricht. Die Filterung von Pmus(t) kann im Zeitbereich leicht durch entsprechende Differential- oder (für die Implementierung besser geeigneter) Differenzengleichungen beschrieben und realisiert werden. Das durch den Muskeldruck erbrachte Volumen ist identisch mit dem Zeit-Integral des Flusses: normalerweise über einen oder ggf. mehrere Atemzüge. Die Anteile bezogen auf Spontanatmung und Stimulation erfordern die Berechnung von FlowSpon(t) und FlowStim(t) als Ergebnis der DT1 -Filterung der entsprechenden bekannten Drucksignale Pspon(t) und Pstim(t), also: und FlowMus = s/E * Pmus / (1 + R/E * s) , which corresponds to applying a DT1 transfer element to Pmus(t). The filtering of Pmus(t) can easily be described and implemented in the time domain by appropriate differential or (more suitable for the implementation) difference equations. The volume produced by the muscle pressure is identical to the time integral of the flow: usually over one or more breaths if necessary. The proportions related to spontaneous breathing and stimulation require the calculation of FlowSpon(t) and FlowStim(t) as a result of DT1 filtering of the corresponding known pressure signals Pspon(t) and Pstim(t), i.e.: and
Um die Atemanstrengung des Patienten einstellen (regeln) zu können, wird die Regelabweichung bestimmt, es erfolgt - entweder direkt durch den klinischen Anwender oder durch ein automatisches Therapiesystem - eine Vorgabe des Anteils des Muskeldrucks WOBmus, der Atemarbeit WOBmus oder des erbrachten Volumens VolMus. Die Abweichung des Istwerts (s.o.) vom vorgegebenen Sollwert wird bestimmt. Der Sollwert und der Istwert sind jeweils entweder ein skalarer Wert (vorzugsweise ein Wert pro Atemzug) oder ein zeitlich hochaufgelöstes Signal (häufig als Vektor dargestellt), wie es für eine Echtzeitsteuerung z.B. bei der Proportionalunterstützung oder -Stimulation nötig ist. Im Folgenden wird von skalaren Größen ausgegangen, ohne dass dies einer Einschränkung gleichkommen soll. Für die Abweichung des Muskeldrucks gilt: wobei mit EMG ein Parameter des EMG-Signals (z.B. Amplitude o. Fläche) gemeint ist. Entsprechend gilt für die Atemarbeit: Dabei ist WOBmus der Wert des Integrals ʃ Pmus(t)Flow(t)dt vorzugsweise über einen Atemzug.Analog gilt für das muskulär erbrachte Volumen: In order to be able to adjust (regulate) the patient's respiratory effort, the control deviation is determined, and the proportion of the muscle pressure WOBmus, the work of breathing WOBmus or the volume VolMus is specified - either directly by the clinical user or by an automatic therapy system. The deviation of the actual value (see above) from the specified target value is determined. The setpoint and the actual value are each either a scalar value (preferably a value per breath) or a high temporal resolution signal (often represented as a vector), as is necessary for real-time control, for example in proportional support or stimulation. In the following, scalar quantities are assumed, without this being the same as a restriction. The following applies to the deviation in muscle pressure: EMG being a parameter of the EMG signal (eg amplitude or area). The same applies to breathing work: WOBmus is the value of the integral ʃ P mus (t)Flow(t)dt, preferably over one breath. The same applies to the muscular volume:
Im nächsten Schritt wird aus der Regelabweichung ein Steuersignal generiert. Wenn die Regelabweichung positiv ist (Patient leistet zu wenig), erfolgt eine Stimulation der Atemmuskulatur. Bei Vorgabe des Muskeldrucks erfolgt die Stimulation mit der Intensität: In the next step, a control signal is generated from the control deviation. If the control deviation is positive (patient is not doing enough), the respiratory muscles are stimulated. If the muscle pressure is specified, the stimulation takes place with the intensity:
Istim — ΔPmus · SME-1 Wird das muskulär zu erbringende Volumen vorgegeben, gilt: I stim — ΔP mus SME -1 If the volume to be achieved by muscles is specified, the following applies:
Istim — ΔVolmus ' SVE-1 und bei Vorgabe der muskulären Atemarbeit: für den Fall, dass die Stimulationsintensität im betrachteten Atemzug hinreichend konstant ist. Die durch Stimulation geleistete Atemarbeit kann dargestellt werden als: I stim — ΔVol mus ' SVE -1 and given the muscular work of breathing: in the event that the stimulation intensity is sufficiently constant in the breath under consideration. The work of breathing done by stimulation can be represented as:
Bei konstanter Stimulationsamplitude über einen Atemzug gilt: sodass nach lstim umgestellt werden kann zu: Wenn die Stimulationsamplitude in dem Atemzug nicht konstant ist, weicht dasWith constant stimulation amplitude over one breath: so that after l stim one can switch to: If the pacing amplitude is not constant in the breath, it will soften
Ergebnis etwas von dem wahren Wert ab. Dies spielt bei der Regelung allerdings kaum eine Rolle. Wenn die Regelabweichung negativ ist (Patient leistet zu viel), erfolgt eine Δtemunterstützung. Der Unterstützungsdruck („above PEEP“) beträgt bei Vorgabe des Muskeldrucks: Result slightly different from the true value. However, this hardly plays a role in the regulation. If the control deviation is negative (patient is doing too much), a Δbreath support. The support pressure (“above PEEP”) when the muscle pressure is specified is:
Event = — Δ Pmus Event = — ΔP mus
Wenn das muskulär zu erbringende Volumen vorgegeben wird, gilt ungefähr: If the muscular volume to be achieved is specified, the following applies:
Event = — Δ Volmus E. Event = — Δ Volmus E
Wenn man den Zeitpunkt des maximalen muskulär erbrachten Volumens betrachtet, entspricht die von dem Volumen verursachte Rückstellkraft (Recoil) diesem Wert. Betrachtet man jedoch integrale Größen (z.B. Mittelwerte über die Inspirationsdauer), dann weicht das Ergebnis von dem Wert ab, was aber bei der Regelung kaum eine Rolle spielt. Um ein genaueres Ergebnis zu erhalten, müsste die Bewegungsgleichung: Pmus(t) = R · FlowMus(t) + E · VolMus(t) + const über den Zeitbereich (vorzugsweise die Inspirationsdauer) integriert werden. Das Ergebnis zeigt dann Abhängigkeiten vom Verlauf des Volumenzuwachses VolMus(t) und der Zeitkonstante tau=R/E. Bei Vorgabe der muskulären Atemarbeit ergibt sich: solange Pmus(t) während der Inspiration hinreichend konstant ist. Wenn der Verlauf des Signals Pmus(t) stark von einem konstanten Wert abweicht, müsste für eine genauere Berechnung das Integral: If you look at the time of the maximum muscular volume produced, the restoring force (recoil) caused by the volume corresponds to this value. However, if one considers integral variables (eg mean values over the inspiration duration), then the result deviates from the value, but this hardly plays a role in the control. To get a more accurate result, the equation of motion: Pmus(t) = R FlowMus(t) + E VolMus(t) + const would have to be integrated over the time domain (preferably the inspiration duration). The result then shows dependencies on the course of the volume increase VolMus(t) and the time constant tau=R/E. If the muscular work of breathing is specified, this results in: as long as Pmus(t) is sufficiently constant during inspiration. If the course of the signal Pmus(t) deviates significantly from a constant value, the integral would have to be used for a more precise calculation:
WOBmus = ʃ Pmus(t)Flow(t)dt ausgerechnet und nach einem Maß (z.B. Mittelwert) von Pmus(t) aufgelöst werden. Diese Rechnung ist nicht trivial und normalerweise nicht nötig, da die o.g. Näherung im Rahmen der Regelung hinreichend ist. Wenn die Regelabweichung dauerhaft sehr groß ist (Patient leistet erheblich zu viel), muss die Eigenatmung zum Schutz des Patienten durch Gabe von Sedativa oder Relaxantien gedämpft werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Intervention des klinischen Personals. Eine Automatisierung wäre möglich, würde aber eine Abschätzung der Sedierungswirkung erfordern. Falls sich die Aktivierbarkeit k(t) dadurch ändert, müssten entsprechende Manöver durchgeführt werden, um sie neu zu bestimmen. Die automatische Beatmung und die Stimulation erfordern folgende Schritte in einem Ausführungsbeispiel: WOB mus = ʃ P mus (t)Flow(t)dt can be calculated and resolved according to a measure (e.g. mean value) of Pmus(t). This calculation is not trivial and normally not necessary, since the above approximation is sufficient within the framework of the control. If the control deviation is permanently very large (the patient is doing far too much), self-respiration must be dampened by administering sedatives or relaxants to protect the patient. This is preferably done through the intervention of the clinical staff. Automation would be possible, but would require an assessment of the sedation effect. If the activatability k(t) changes as a result, appropriate maneuvers would have to be carried out in order to redetermine it. Automatic ventilation and pacing require the following steps in one embodiment:
Vorgabe des primären Therapieziels: o vorzugsweise Minutenvolumen (MV) oder Tidalvolumen (VT) und Atemfrequenz (f); - Bestimmung der atemmechanischen Parameter: o vordringlich Resistance (R) und Elastance (E); o mandatorische Beatmung bei sedierten Patienten oder o Sicherstellung einer hinreichenden Variabilität der Unterstützung bei Spontanatmung (z.B. durch Noisy PSV (von engl „pressure support Ventilation“, druckunterstützender Beatmungsmode, bei dem die Unterstützung zufällig leicht variiert wird)) und Schätzung der Parameter bspw. mittels Regression oder Kalman-Filter; - Berechnung der optimalen Atemfrequenz [E30]; - Bestimmung der Atemgrundlast (PmusBase) abhängig vom primärenSpecification of the primary therapy goal: o preferably minute volume (MV) or tidal volume (VT) and respiratory rate (f); - Determination of the respiratory-mechanical parameters: o primarily Resistance (R) and Elastance (E); o Mandatory ventilation in sedated patients or o Ensuring sufficient variability in the support during spontaneous breathing (e.g. through Noisy PSV (from “pressure support ventilation”, pressure-supporting ventilation mode in which the support is randomly slightly varied)) and estimation of the parameters, e.g regression or Kalman filter; - Calculation of the optimal respiratory rate [E30]; - Determination of the respiratory base load (PmusBase) depending on the primary
Therapieziel; - Bestimmung der Aktivierbarkeit und der maximal erbringbaren Atemmuskelanstrengung PmusMax durch Twitch Stimulation und end- exspiratorische Okklusion; - Bestimmung der Wirksamkeitsmaße; - Bestimmung der Belastbarkeit LBC; - Vorgabe des sekundären Therapieziels: o manuell durch den klinischen Anwender. Die Atemgrundlast,therapy goal; - Determination of the ability to be activated and the maximum respiratory muscle effort PmusMax that can be achieved by twitch stimulation and end-expiratory occlusion; - Determination of effectiveness measures; - Determination of the load capacity LBC; - Specification of the secondary therapy goal: o manually by the clinical user. the basic respiratory load,
Belastbarkeit, vom Patienten geleistete Atemanstrengung usw. werden auf dem GUI (Grafische Nutzerschnittstelle, von engl graphical user interface) des Beatmungsgerätes dargestellt. Darauf basierend kann der klinische Anwender einschätzen, welche Belastung er dem Patienten zumuten kann. Entsprechend ist über das GUI der vom Patienten zu leistende Anteil (Atemarbeit, Muskeldruck oder muskulär zu erbringendes Volumen) vorzugeben; o automatisch durch ein Therapiesystem. Der Anteil der vom Patienten zu leistenden Atemanstrengung wird auf einen Prozentsatz X (z.B. 50%) der maximalen vom Patienten erbringbaren Atemanstrengung (z.B.Exercise capacity, patient effort, etc. are displayed on the ventilator's GUI (Graphical User Interface). Based on this, the clinical user can assess what burden he can expect from the patient. Accordingly, the part to be performed by the patient (breathing work, muscle pressure or muscular volume) must be specified via the GUI; o automatically by a therapy system. The proportion of the patient's respiratory effort is reduced to a percentage X (e.g. 50%) of the patient's maximum respiratory effort (e.g.
WOBmusMax, VolMusMax oder PmusMax) eingestellt. Das Therapiesystem versucht dem Patienten die entsprechende Atemarbeit abzufordern; - Die Regelabweichung wird bestimmt; - Basierend auf der Regelabweichung wird eine Verstellung derWOBmusMax, VolMusMax or PmusMax). The therapy system tries to demand the corresponding work of breathing from the patient; - The control deviation is determined; - Based on the control deviation, an adjustment of the
Atemunterstützung oder der Stimulationsintensität vorgeschlagen oder Automatisch durchgeführt. Die Gabe von Sedativa oder Relaxantien erfolgt vorzugsweise durch Intervention des klinischen Personals. suggested respiratory support or stimulation intensity or Done automatically. Sedatives or relaxants are preferably administered through the intervention of clinical staff.
Ausführungsbeispiele können dabei insbesondere die Diagnostik unterstützen. Die bestimmten Werte oder Charakteristiken der - Aktivierbarkeit, - Wirksamkeitsmaße, - Belastbarkeit, - maximal erbringbare Atemanstrengung, - spontane Atemanstrengung, - durch Stimulation hervorgerufene Atemanstrengung haben diagnostische Relevanz und helfen dem klinischen Personal bei der Einschätzung der Patientensituation und des Therapiefortschritts. Die Maße können grafisch auf dem GUI des Beatmungsgerätes und ggf. des Stimulators bspw. im Zeitverlauf, als Balkendiagramm, Trenddiagramm oder 2- dimensionaler Plot (z.B. Pmus vs. Vol) dargestellt werden. Dabei sollten - falls verfügbar - entsprechende Signalqualitätsmaße berücksichtigt werden. Beispielsweise würde ein unzuverlässiges Signal nur schwach kontrastiert oder gar nicht angezeigt. Skalare Maße können z.B. in Tabellen oder in sogenannten P-Boxen angezeigt werden. Abhängig von der Relevanz für den Patienten und das klinische Personal lassen sich Hinweise, Alarme oder Handlungsanweisungen ausgeben. Exemplary embodiments can support the diagnostics in particular. The specific values or characteristics of - activatability, - measures of effectiveness, - resilience, - maximum possible respiratory effort, - spontaneous respiratory effort, - respiratory effort induced by stimulation have diagnostic relevance and help the clinical staff to assess the patient situation and the progress of therapy. The measurements can be displayed graphically on the GUI of the ventilator and, if applicable, the stimulator, e.g. over time, as a bar chart, trend chart or 2-dimensional plot (e.g. Pmus vs. Vol). Appropriate signal quality measures should be taken into account - if available. For example, an unreliable signal would be poorly contrasted or not displayed at all. Scalar dimensions can, for example, be displayed in tables or in so-called P-boxes. Depending on the relevance for the patient and the clinical staff, information, alarms or instructions can be issued.
Ausführungsbeispiele können demnach gewisse Manöver für die Bestimmung von - Aktivierbarkeit (Charakteristik, die die Fähigkeit zur Aktivierung der Muskulatur durch Stimulation beschreibt), - Effizienz (Zielgröße, die durch muskuläre Aktivierung erreicht wird, z.B. NME oder NVE), und/oder - Belastbarkeit (abhängig vom Verhältnis aus Atemgrundlast zur maximal erbringbaren Atemanstrengung). Accordingly, exemplary embodiments can include certain maneuvers for determining - activatability (characteristic that describes the ability to activate the muscles through stimulation), - efficiency (target variable that is achieved through muscular activation, e.g. NME or NVE), and/or - resilience ( depending on the ratio of the basic respiratory load to the maximum respiratory effort that can be achieved).
Verschieden Typen an Manövern, die in Ausführungsbeispielen Vorkommen sind beispielsweise - Twitch Stimulation, - Breath Stimulation, - End-exspiratorische Okklusion, Various types of maneuvers that occur in exemplary embodiments are, for example - twitch stimulation, - breath stimulation, - end-expiratory occlusion,
- Auslassen der ventilatorischen Unterstützung für einzelne Atemzyklen, - andere Formen der Variabilität von ventilatorischer Unterstützung und ggf. der Stimulation. - omission of ventilatory support for individual breathing cycles, - other forms of variability of ventilatory support and possibly stimulation.
Die Kontrolleinheit kann zur Durchführen dieser Manöver ausgebildet sein. The control unit can be designed to carry out these maneuvers.
Grafische Darstellung der Charakteristiken (Aktivierbarkeit, Effizienz, Belastbarkeit) für die Diagnostik können in Ausführungsbeispiel Vorkommen. Eine Nutzung der Charakteristiken für die Automatisierung der Beatmung und Stimulation kann in Ausführungsbeispielen erfolgen. Graphic representation of the characteristics (activatability, efficiency, resilience) for the diagnostics can occur in the exemplary embodiment. In exemplary embodiments, the characteristics can be used to automate ventilation and stimulation.
Die Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung 1000 einer Muskelaktivierung (y- Achse, Ordinate) in Abhängigkeit von der Stimulationsintensität lstimra (x-Achse, Abszisse) in einem Ausführungsbeispiel mit Aktivierungsschwelle. Dabei sind verschiedene Messpunkte 1001 der erzeugten Aktivierung gegen die zugehörige Stimulationsintensität aufgetragen. Mittels Regression oder anderer Verfahren kann die Abhängigkeit der Aktivierung von der Stimulationsintensität quantifiziert werden. Mittels Regression oder anderer Verfahren kann die Abhängigkeit der Aktivierung von der Stimulationsintensität quantifiziert werden. Insbesondere lässt sich die Intensität lstimoffs 500 (Aktivierungsschwelle) bestimmen, bei der die Kennlinie abknickt. Bei der Intensität lstimoffs 500 knickt die Kennlinie nach oben ab, d.h. ab dieser Intensität 500 kommt es zu einer Aktivierung der Atemmuskulatur. FIG. 10 shows a schematic representation 1000 of muscle activation (y-axis, ordinate) as a function of the stimulation intensity lstimr a (x-axis, abscissa) in an exemplary embodiment with an activation threshold. Various measuring points 1001 of the generated activation are plotted against the associated stimulation intensity. The dependency of the activation on the stimulation intensity can be quantified by means of regression or other methods. The dependency of the activation on the stimulation intensity can be quantified by means of regression or other methods. In particular, the intensity lstim offs 500 (activation threshold) can be determined at which the characteristic bends. At the intensity lstim offs 500, the characteristic bends upwards, ie from this intensity 500 the respiratory muscles are activated.
Die Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines Muskeldrucks 331, 540, Pmus 330. Die Abszisse (x- Achse) 1 ist als eine Zeitachse ausgestaltet. Gleiche Elemente in den Figuren 5 und 11 sind in den Figuren 5 und 11 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der Verlauf 510 zeigt den maximal erbringbaren Muskeldruck PmusMax und der gestrichelte Verlauf 520 zeigt 50% dieses maximalen Muskeldrucks PmusMax. Der Verlauf 530 zeigt die Atemgrundlast PmusBase und der Verlauf 540 den Muskeldruck Pmus, der sich aus einem spontanen Anteil 550 und einem stimulierten Anteil 560 zusammensetzt. PmusBase 530 ist die Grundlast, d.h. der Muskeldruck, der nötig ist, bei optimalem Atemrhythmus ein hinreichendes Minutenvolumen zu erzielen. PmusMax 510 ist der maximale Muskeldruck, den der Patient aufbringen kann. 50% PmusMax 520 ist der vorgegebene Wert der Atemanstrengung, die vom Patienten abgefordert werden soll. Pmus 540 ist die wirkliche vom Patienten geleistete Atemanstrengung. Diese überschreitet zeitweise die 50% PmusMax-Linie 520, was in dem Beispiel nach kurzer Zeit zur Erschöpfung (Punkt 570) und Notwendigkeit der Atemunterstützung (Bereich 580) führt. Die Belastbarkeit 590 LBC = 1 - PmusBase / PmuxMax ist der (relative) Abstand zwischen der Grundlast 530 und der max. erbringbaren Atemanstrengung 510. Sie ist sehr klein in dem mit gestrichelten Linien gekennzeichneten Intervall (600, Grundlast höher als 50%-Marke 520, Erschöpfung droht) und erklärt die Ermüdung.FIG. 11 shows a schematic representation of a time profile of a muscle pressure 331, 540, Pmus 330. The abscissa (x-axis) 1 is designed as a time axis. Identical elements in FIGS. 5 and 11 are denoted in FIGS. 5 and 11 with the same reference numbers. The curve 510 shows the maximum muscle pressure PmusMax that can be produced and the dashed curve 520 shows 50% of this maximum muscle pressure PmusMax. The curve 530 shows the basic respiratory load PmusBase and the curve 540 the muscle pressure Pmus, which is made up of a spontaneous component 550 and a stimulated component 560 . PmusBase 530 is the base load, ie the muscle pressure that is necessary to achieve a sufficient minute volume with an optimal breathing rhythm. PmusMax 510 is the maximum muscle pressure that the patient can apply. 50% PmusMax 520 is the default value of respiratory effort to be demanded from the patient. Pmus 540 is the actual respiratory effort made by the patient. This temporarily exceeds the 50% PmusMax line 520, which in the example leads to exhaustion (point 570) and the need for respiratory support (area 580) after a short time. The load capacity 590 LBC = 1 - PmusBase / PmuxMax is the (relative) distance between the base load 530 and the maximum respiratory effort that can be achieved 510. It is very small in the interval marked with dashed lines (600, base load higher than 50% mark 520, imminent exhaustion) and explains the fatigue.
Für die Automatisierung wird versucht, das Pmus 540 in der Nähe der 50% PmusMax- Linie 520 zu halten. Ist Pmus kleiner, dann wird stimuliert (560). Ist Pmus größer (insbesondere, wenn die Grundlast ansteigt), erfolgt Atemunterstützung, in diesem Beispiel mit dem Unterstützungsdruck 610. Zwischen dem tatsächlichen Pmus und dem maximal erbringbaren Muskeldruck PmusMax ergibt sich eine Reserve 620. The attempt is made to keep the Pmus 540 near the 50% PmusMax line 520 for automation. If Pmus is smaller, then it is stimulated (560). If Pmus is greater (especially if the basic load increases), respiratory support is provided, in this example with the support pressure 610. There is a reserve 620 between the actual Pmus and the maximum muscle pressure PmusMax that can be achieved.
Eine Überbeatmung - entweder durch zu hohen Unterstützungsdruck oder durch zu große Stimulationsintensität - kann sich durch periodische Atmung äußern. Dabei zeigt das sEMG der Atemmuskulatur eine periodische Modulation mit einer Zeitkonstante in der Größenordnung von einer Minute oder mehr. Die periodische Atmung spiegelt sich auch im Fluss- und Atemmuskeldrucksignal. Beispielsweise sinkt nach Erhöhung des Unterstützungsdrucks Paw das EMG-Signal auf einen niedrigen Wert, um dann periodisch immer wieder kurzzeitig anzuwachsen und abzufallen (Apnoe). Wenn eine periodische Atmung erkannt wird, sollte der Unterstützungsdruck und/oder dieOverventilation - either due to excessive support pressure or excessive stimulation intensity - can manifest itself as periodic breathing. The sEMG of the respiratory muscles shows a periodic modulation with a time constant of the order of one minute or more. The periodic respiration is also reflected in the flow and respiratory muscle pressure signal. For example, after increasing the support pressure Paw, the EMG signal drops to a low value, only to periodically rise and fall again and again (apnea). If periodic breathing is detected, support pressure and/or
Stimulationsintensität probehalber reduziert werden. Nimmt die Periodische Atmung in ihrer Intensität ab, lag offensichtlich eine Überbeatmung vor. Falls nicht, wird der Unterstützungsdruck/die Stimulationsintensität auf den vorherigen Wert zurückgestellt. Die Synchronisation der Stimulation berücksichtigt sowohl Beginn als auch Ende der Atemhübe. So könnte beispielsweise ein protektives oder energieoptimiertes Timing des Beatmungsmusters direkt auf das Stimulationssignal übertragen werden [E30,stimulation intensity can be reduced as a test. If the intensity of the periodic breathing decreases, overventilation was obviously present. If not, the support pressure/stimulation intensity will be reset to the previous value. The synchronization of the stimulation takes into account both the beginning and the end of the breaths. For example, a protective or energy-optimized timing of the ventilation pattern could be transferred directly to the stimulation signal [E30,
E33, E34] Dies erscheint auch dann sinnvoll, wenn keine maschinelle Beatmung, sondern nur eine Unterstützung erfolgt. Das Muster der Stimulationsintensität wird lungenprotektiv und energieoptimiert gewählt, solange eine mögliche Spontanaktivität damit synchronisiert ist. Es ist möglich und auch wahrscheinlich, dass sich der Patient auf ein lungenprotektives und energieoptimiertes Stimulationsmuster einlässt und seine Spontanaktivität damit synchronisiert. Falls dies innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nicht geschieht, wird das Spontanaktivitätsmuster des Patienten als Grundlage für die Stimulation übernommen. E33, E34] This also makes sense when there is no mechanical ventilation but only support. The pattern of the stimulation intensity is chosen in a way that protects the lungs and is energy-optimized, as long as possible spontaneous activity is synchronized with it. It is possible and also probable that the patient agrees to a lung-protective and energy-optimized stimulation pattern and synchronizes his spontaneous activity with it. If this does not happen within a specified period of time, the patient's spontaneous activity pattern is used as the basis for the stimulation.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen. Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einemThe aspects and features described together with one or more of the previously detailed examples and figures can also be combined with one or more of the other examples to replace a same feature of the other example or to add the feature to the other example to introduce Examples can still be a computer program with a
Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auchbe or relate to program code for performing one or more of the above methods if the computer program runs on a computer or processor is running. Steps, operations, or processes of various methods described above may be performed by programmed computers or processors. Examples can also
Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, Prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder,program storage devices, e.g. digital data storage media that is machine, processor, or computer readable and that encodes machine, processor, or computer executable programs of instructions. The instructions perform or cause performance of some or all of the steps of the methods described above. The program storage devices may e.g. B. digital memory, magnetic storage media such as magnetic disks and magnetic tapes,
Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-) programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken. Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur illustrativen Zwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen. Ein als „Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion.include or be hard disk drives or optically readable digital data storage media. Other examples may also include computers, processors, or controllers programmed to perform the steps of the methods described above, or (Field) Programmable Logic Arrays ((F)PLAs) or (Field) Programmable Gate Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays) programmed to perform the steps of the methods described above. The description and drawings represent only the principles of the disclosure. Furthermore, all examples provided herein are generally expressly intended to be for illustrative purposes only to aid the reader in understanding the principles of the disclosure and the concepts contributed by the inventor(s) to advance the art. All statements herein regarding principles, aspects, and examples of disclosure, and specific examples thereof, include their equivalents. A functional block referred to as "means for..." performing a particular function may refer to circuitry configured to perform a particular function.
Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder geeignet für die jeweilige Aufgabe. Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein. Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist. Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -Operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind. Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist. Thus, a "means for something" can be implemented as a "means designed for or suitable for something", e.g. B. a component or a circuit designed for or suitable for the respective task. Functions of various elements shown in the figures, including each functional block labeled "means", "means for providing a signal", "means for generating a signal", etc., may take the form of dedicated hardware, e.g. B "a signal provider", "a signal processing unit", "a processor", "a controller", etc., and implemented as hardware capable of executing software in conjunction with associated software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, by a single shared processor, or by a plurality of individual processors, some or all of which may be shared. However is The term "processor" or "controller" is far from limited to hardware capable of running only software, but may include digital signal processor (DSP) hardware, network processor, application specific integrated circuit (ASIC). circuit), Field Programmable Gate Array (FPGA), Read Only Memory (ROM) for storing software, Random Access Memory (RAM) and non-volatile memory devices (storage). Other hardware, conventional and/or custom, may also be included. For example, a block diagram may represent a high level circuit diagram that implements the principles of the disclosure. Similarly, a flowchart, flowchart, state transition diagram, pseudocode, and the like may represent various processes, operations, or steps, embodied, for example, substantially on a computer-readable medium and so executed by a computer or processor, whether or not one Computer or processor is explicitly shown. Methods disclosed in the specification or claims may be implemented by a device having means for performing each of the respective steps of those methods. It should be understood that the disclosure of a plurality of steps, processes, operations or functions disclosed in the specification or claims should not be construed as being in the particular order unless otherwise expressly or implicitly stated, e.g. B. for technical reasons. Therefore, the disclosure of multiple steps or functions is not limited to a specific order, unless those steps or functions are not interchangeable for technical reasons. Further, in some examples, a single step, function, process, or operation may include and/or be broken into multiple sub-steps, functions, processes, or operations. Such sub-steps may be included and form part of the disclosure of that sub-step unless explicitly excluded. Furthermore, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, where each claim may stand on its own as a separate example. While each claim may stand on its own as a separate example, it should be noted that although a dependent claim in the claims may relate to a particular combination with one or more other claims, other examples also include a combination of the dependent claim and the subject-matter of each other dependent or independent claim. Such combinations are explicitly suggested here, provided that no indication is given that a particular combination is not intended. Furthermore, features of a claim are also intended to be included for any other independent claim, even if that claim is not made directly dependent on the independent claim.
Nachfolgend ist eine Vielzahl der vorstehend in diesem Dokument beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und deren möglichen Kombinationen in einer Übersicht zusammengestellt. Diese verschiedenen Ausführungsformen und deren möglichen Kombinationen stellen eine Basis für weitere erfindungsgemäße, bevorzugte und auch besonders bevorzugte Ausführungsformen und auf diesen Ausführungsformen basierende unabhängige und/oder nebengeordnete Patentansprüche, wie auch auf vorteilhaften Ausführungsformen basierende Unteransprüche. Nachfolgend werden weitere und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffend ein Konzept zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten, insbesondere ein Konzept zur Bestimmung zumindest eines Zustandsparameters der Atemmuskulatur eines Patienten anhand einer Auswertung eines Aktivierungssignals als Reaktion auf eine Stimulation der Atemmuskulatur näher beschrieben. Eine grundlegende Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten mit ein oder mehreren Schnittstellen, die zur Erfassung von Patientensignalen ausgebildet sind, und einer Kontrolleinheit, die ausgebildet ist zum - Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal, - Erfassung eines Aktivierungssignals als Reaktion auf die Stimulation und - Bestimmung eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. A large number of the various embodiments described above in this document and their possible combinations are compiled in an overview below. These different embodiments and their possible combinations provide a basis for further inventive, preferred and also particularly preferred embodiments and independent and/or subordinate patent claims based on these embodiments, as well as subclaims based on advantageous embodiments. Further and preferred embodiments of the invention relating to a concept for determining a state of a patient's respiratory muscles, in particular a concept for determining at least one state parameter of the respiratory muscles of a patient based on an evaluation of an activation signal as a reaction to stimulation of the respiratory muscles, are described in more detail below. A basic embodiment shows a device for determining a state of a patient's respiratory muscles with one or more interfaces designed to detect patient signals and a control unit designed to - stimulate the patient's respiratory muscles with a stimulation signal, - detect an activation signal in response to the stimulation and - determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Stimulationssignal mit einem oder mehreren Stimulationsimpulsen zu erzeugen. In a preferred embodiment based on the embodiment described above, the control unit can be designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Aktivierungssignal als Impulsantwort zu erfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, mit der Bestimmung der ein oder mehreren Zustandsparameter eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to detect the activation signal as an impulse response. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control unit can be designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles by determining the one or more state parameters.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, bei der Bestimmung der Aktivierbarkeit eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal zu berücksichtigen, wobei bei einer Stimulation der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einer Stimulation der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, wherein the respiratory muscles are activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and the respiratory muscles are activated when there is a stimulation of the respiratory muscles below the activation threshold, activation is at least reduced or absent.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, einen durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck, Pstim, ein durch Stimulation erzeugbares Atemvolumen, Volstim, und/oder eine durch Stimulation erzeugbare Atemarbeit des Patienten zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ferner ausgebildet sein, ein pneumatisches Diagnosemanöver zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters durchzuführen, und um die ein oder mehreren Zustandsparameter basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control unit can be designed to determine a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, P stim , a respiratory volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or a patient's work of breathing that can be generated by stimulation. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can also be designed to carry out a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and to determine the one or more status parameters based on the pneumatic ventilation parameter.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das pneumatische Diagnosemanöver eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atemunterstützung des Patienten umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the pneumatic diagnostic maneuver may include occlusion, airflow limitation, omission of single breath support, or variability in the patient's respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, ferner ein Maß für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control unit can be designed to also determine a measure of a maximum respiratory effort that can be achieved by the patient. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, ferner ein Maß für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Belastbarkeit auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basieren. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ferner ausgebildet sein, ein Maß für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to also determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles. In a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments, the exercise tolerance measure may be based on a relationship between a base load, Pmus Base , and a maximum attainable respiratory effort, Pmus Max , of the patient. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can also be designed to determine a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Effizienz ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen und dem Aktivierungssignal umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the measure of efficiency can include a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Effizienz ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the measure of the efficiency can include a ratio of a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein,In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed
Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter über die ein oder mehreren Schnittstellen auszugeben. Output information about the one or more state parameters on the one or more interfaces.
Eine grundlegende Ausführungsform zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten mit - Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal, - Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren, - Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. A basic embodiment shows a method for determining a state of a patient's respiratory muscles with - stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal, - detecting an activation signal as a reaction to the stimulation, - determining one or more state parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf der grundlegenden Ausführungsform kann das Stimulationssignal einen oder mehrere Stimulationsimpulse umfassen. In a preferred embodiment based on the basic embodiment, the stimulation signal may comprise one or more stimulation pulses.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Aktivierungssignal als Impulsantwort erfasst werden. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the activation signal can be detected as an impulse response.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Bestimmen der Aktivierbarkeit ein Berücksichtigen einer unteren Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal umfassen, wobei bei einer Stimulation der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur reduziert ist oder ausbleibt. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, determining the activatability can include taking into account a lower activation threshold for the stimulation signal, activation of the respiratory muscles being reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter ein Bestimmen einer Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining the one or more state parameters determining an activability of the respiratory muscles of the patient.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann - ein Bestimmen eines durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldrucks Pstim umfassen, - ein Bestimmen eines durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumens Volstim umfassen, - ein Bestimmen einer durch Stimulation erzeugbaren Atemarbeit des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can - include determining a respiratory muscle pressure P stim that can be generated by stimulation, - include determining a tidal volume Volstim that can be generated by stimulation, - include determining a patient's work of breathing that can be generated by stimulation.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Durchführen eines pneumatischen Diagnosemanövers zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters und Bestimmen des einen oder der mehreren Zustandsparameter basierend auf dem pneumatischen Beatmungsparameter umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das pneumatische Diagnosemanöver eine Okklusion, eine Atemflussbegrenzung, ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder eine Variabilität in der Atem Unterstützung des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may include performing a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and determining the one or more state parameters based on the pneumatic ventilation parameter. In a preferred embodiment, based on at least one of the embodiments described above, the pneumatic diagnostic maneuver may include occlusion, air flow limitation, omission of support for individual breaths, or variability in the patient's respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen eines Maßes für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining a measure of a maximum respiratory effort that can be achieved by the patient. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the measure of the patient's maximum respiratory effort can include a mouth closure pressure with maximum activation of the respiratory muscles. A preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments can include determining a measure of the patient's respiratory musculature resilience.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Belastbarkeit auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast PmusBase und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung PmusMax des Patienten basieren. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the measure of the exercise capacity can be based on a relationship between a base load P musBase and a maximum respiratory effort P musMax that the patient can achieve.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen eines Maßes für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include determining a measure of an efficiency of the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Effizienz ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen und dem Aktivierungssignal umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the measure of efficiency can include a ratio of a tidal volume that can be generated by stimulation and the activation signal.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Ausgeben von Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter umfassen. Eine grundlegende Ausführungsform kann ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Der Programmcode kann in vorteilhafter weise auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt werden. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can include outputting information about the one or more status parameters. A basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above. The program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Nachfolgend werden weitere und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffend ein Beatmungssystem, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Beatmen eines Patienten mit einem Konzept zur Bestimmung einer Belastbarkeit und eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und zur Berücksichtigung der Belastbarkeit und des Maßes bei der Unterstützung der Beatmung näher beschrieben. Eine grundlegende Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten mit ein oder mehreren Schnittstellen, die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit, einer Stimulationseinheit oder einer Sensoreinheit ausgebildet ist und ein Kontrollmodul aufweist, das ausgebildet ist zum: - Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung, - Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten, - Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Beatmung, - Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. Further and preferred embodiments of the invention relating to a ventilation system, a device, a method and a computer program for ventilating a patient with a concept for determining a load capacity and a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself and for taking into account the load capacity and of the degree of ventilation support. A basic embodiment shows a device for ventilating a patient with one or more interfaces, which is designed to exchange information with a ventilation unit, a stimulation unit or a sensor unit and has a control module which is designed to: Percentage of ventilation, - determining a measure of a patient's resilience, - influencing the patient's self-performed proportion of ventilation, - assisting the patient with ventilation based on the measure of the patient's self-performed proportion of ventilation and based on the measure of the patient's resilience.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, zum Unterstützen ein Signal zur druckkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmung auszugeben.In a preferred embodiment based on the embodiment described above, the control unit can be designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation for support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, zum Unterstützen ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to output a signal for stimulating the respiratory muscles of the patient for support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit zumindest ein Element aus der Gruppe von: - einem Muskeldruck Pmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck Pa , - einem gesamten treibenden Druck Pdrv, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss Flowmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss Flow, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen Volmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen Vol, - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit WOBmus absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit WOB umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: - a muscle pressure P mus absolute or relative to a total respiratory pressure P a , - a total driving pressure P drv , - a respiratory gas flow Flow mus absolute or relative to a total respiratory gas flow Flow caused by the patient’s musculature, - a tidal volume Vol mus absolute or relative to a total tidal volume Vol, caused by the patient’s musculature, - a respiratory effort WOB mus absolute or relative performed by the patient to include a total breath work WOB.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil auf der Grundlage - eines elektromyographischen Signals, - eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, - eines mechanomyographischen Signals, - eines Ultraschallsignals, - eines Signals eines Dehnungssensors, - eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Beeinflussen einer Medikamentengabe auszugeben. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um die Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters zu regeln. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um den vom Patienten selbst geleisteten Anteil basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung zu regeln. In a preferred embodiment, based on at least one of the embodiments described above, the detection of the measure of the patient's own share on the basis of - an electromyographic signal, - a signal from an electro-impedance myography, - a mechanomyographic signal, - a Ultrasound signal, - a signal from a strain sensor, - a signal from an esophageal pressure sensor. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control module can be designed to output a signal for stimulating the patient's respiratory muscles in order to influence the proportion performed by the patient himself. In a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments, the control module can be designed to output a signal for influencing the administration of medication in order to influence the proportion paid by the patient himself. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to to regulate the portion provided by the patient based on a portion of the ventilation specified as a secondary goal.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um das gesamte und das vom Patienten selbst erbrachte Atemvolumen zu überwachen und zu regeln. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to monitor and regulate the total respiratory volume and the respiratory volume provided by the patient himself.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um die vom Patienten selbst erbrachte Atemarbeit zu regeln und zu überwachen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to regulate and monitor the work of breathing performed by the patient himself.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um eine Oxygenierung des Patienten zu überwachen und zu regeln. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to monitor and regulate oxygenation of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um das Unterstützen nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to direct the support according to a respiratory rhythm predetermined by the influencing.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten, sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist und andernfalls um das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus zu richten, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und um bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to influence and support a respiratory rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to support it by stimulation set breathing rhythm, if a spontaneous activity of the patient does not exist or is harmful and to set the support in the absence of a stimulation effect according to a breathing rhythm predetermined by pneumatic ventilation.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um eine -ffizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz basiert. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control module can be designed to a - to determine the efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Aktivierbarkeit basiert. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control module can be designed to determine the ability of the patient's respiratory muscles to be activated, with the assisting also being based on the ability to be activated.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um eine Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen ferner auf der Erschöpfung basiert. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control module can be configured to determine exhaustion of the patient's respiratory muscles, with the assisting also being based on the exhaustion.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um zum Bestimmen der Belastbarkeit eine atemmechanische Grundlast zu bestimmen und eine maximal mögliche Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control module can be designed to determine a basic respiratory load for determining the exercise capacity and to determine a maximum possible respiratory effort of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um die maximal mögliche Atemanstrengung durch Durchführen einer Twitch-Stimulation zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the control module can be designed to determine the maximum possible breathing effort by performing a twitch stimulation.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Beatmungssystem zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung mit einer Vorrichtung auf Grundlage mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet oder ausgebildet werden. In preferred embodiments, a ventilation system for assisting a patient in ventilation can be designed or formed with a device based on at least one of the previously described embodiments.
Eine grundlegende Ausführungsform zeigt ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten mit: - Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung, - Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten, - Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung, - Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. A basic embodiment shows a method for ventilating a patient with: - detecting a measure of a portion of the ventilation provided by the patient himself, - determining a measure of the patient's resilience, - influencing the portion of the ventilation provided by the patient himself, - Assist the patient in ventilation based on the measure of the patient's contribution to the ventilation ventilation and based on the patient's exercise tolerance measure.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Unterstützen druckkontrolliertes oder volumenkontrolliertes Beatmen umfassen. In a preferred embodiment based on the embodiment described above, the assisting may include pressure-controlled or volume-controlled ventilation.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Unterstützen ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the assisting can include stimulating the respiratory muscles of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit zumindest ein Element aus der Gruppe von: - einem Muskeldruck Pmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck Pa , - einem gesamten treibenden Druck Pdrv, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss Flowmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss Flow, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen Volmus absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen Vol, - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit WOBmus absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit WOB umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil auf der Grundlage: - eines elektromyographischen Signals, - eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, - eines mechanomyographischen Signals, - eines Ultraschallsignals, - eines Signals eines Dehnungssensors, - eines Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Regeln der Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Regeln des vom Patienten selbst geleisteten Anteils basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Überwachen und Regeln des gesamten und des vom Patienten selbst erbrachten Atemvolumens des Patienten umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Überwachen und Regeln der vom Patienten selbst erbrachten Atemarbeit umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the measure of the work done by the patient himself can be at least one element from the group of: - a muscle pressure P mus absolute or relative to a total respiratory pressure P a , - a total driving pressure P drv , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's musculature in absolute terms or relative to a total respiratory gas flow Flow, - a tidal volume Vol mus caused by the musculature of the patient in absolute terms or relative to a total respiratory volume Vol, - a work of breathing performed by the patient WOB mus absolute or relative to a total work of breathing WOB. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments can detect the measure of the patient's own contribution on the basis of: - an electromyographic signal, - a signal from an electro-impedance myography, - a mechanomyographic signal, - a Ultrasound signal, - a signal from a strain sensor, - a signal from an esophageal pressure sensor. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, influencing the portion performed by the patient himself can include stimulating the patient's respiratory muscles. A preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include regulating the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal. A preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments can also include regulating the proportion performed by the patient himself based on a proportion of the ventilation specified as a secondary goal. A preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include monitoring and regulating the patient's total tidal volume and the patient's own tidal volume. A preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can also include monitoring and regulating the work of breathing performed by the patient himself.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Überwachen und Regeln der Oxygenierung des Patienten umfassen. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may further comprise monitoring and controlling the patient's oxygenation.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus richten. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the influencing and the supporting can be based on a breathing rhythm specified by the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Unterstützen nach einem durch das Beeinflussen vorgegebenen Atemrhythmus richten. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus richten, sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, wobei sich andernfalls das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus richtet, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist, wobei sich bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus richtet. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the support can be based on a breathing rhythm that is predetermined by the influencing. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the support can be based on a breathing rhythm specified by the patient, provided that the patient's spontaneous activity is present and harmless, otherwise the support is based on a breathing rhythm specified by a stimulation if spontaneous activity by the patient is absent or harmful, with the support being based on a breathing rhythm specified by pneumatic ventilation if there is no stimulation effect.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen einer Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten umfassen, wobei das Unterstützen ferner auf der Effizienz basiert. A preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments may include determining an efficiency of the patient's respiratory muscles, the assisting being further based on the efficiency.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Bestimmen einer Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten umfassen, wobei das Unterstützen ferner auf der Aktivierbarkeit basiert. A preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments may further include determining an activatability of the patient's respiratory muscles, wherein the assisting is also based on the activatability.
Eine bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ferner ein Bestimmen einer Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten umfassen, wobei das Unterstützen ferner auf der Erschöpfung basiert. A preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments may further include determining a fatigue of the patient's respiratory muscles, wherein the assisting is further based on the fatigue.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Bestimmen der Belastbarkeit ein Bestimmen einer atemmechanischen Grundlast und ein Erfassen einer maximal möglichen Atemanstrengung des Patienten umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the previously described embodiments, the determination of the exercise capacity can include a determination of a basic respiratory load and a detection of a maximum possible respiratory effort of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen der maximal möglichen Atemanstrengung ein Durchführen einer Twitch-Stimulation umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the detection of the maximum possible respiratory effort can include performing a twitch stimulation.
Eine grundlegende Ausführungsform kann ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Der Programmcode kann in vorteilhafter weise auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt werden. Nachfolgend werden weitere und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffend eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten im Hinblick auf ein Konzept zur Bestimmung eines Maßes für eine Atem Unterstützung eines Patienten basierend auf einer Soll-Atemmuskelaktivierung und einer Ist- Atemmuskelaktivierung näher beschrieben. Dabei werden auch weitere Aspekte betreffend ein Beatmungsgerät, einen Stimulator, eine Sensoreinheit wie auch Aspekte betreffend verschiedene Verfahren und Computerprogramme für ein Beatmungsgerät, einen Stimulator und eine Sensoreinheit, ein Beatmungssystem, ein Verfahren und ein Computerprogramm für ein Beatmungssystem beschrieben. Eine grundlegende Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten mit ein oder mehreren Schnittstellen zur Kommunikation mit Komponenten des Beatmungssystems und mit einer Kontrolleinheit, die ausgebildet ist zum - Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung desA basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above. The program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component. Further and preferred embodiments of the invention relating to a device, a method and a computer program for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient are described below with regard to a concept for determining a measure of respiratory support for a patient based on a target respiratory muscle activation and an actual - Respiratory muscle activation described in more detail. Further aspects relating to a ventilator, a stimulator, a sensor unit and aspects relating to various methods and computer programs for a ventilator, a stimulator and a sensor unit, a ventilation system, a method and a computer program for a ventilation system are also described. A basic embodiment shows a device for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient with one or more interfaces for communication with components of the ventilation system and with a control unit that is designed to - determine a first piece of information about a target respiratory muscle activation
Patienten, - Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten, - Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. patient, - determining second information about actual respiratory muscle activation of the patient, - determining a measure for respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Atemwegsflussmessung und zur Atemwegsdruckmessung an dem Patienten. Dabei kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die erste Information und die zweite Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung zu ermitteln. In a preferred embodiment based on the embodiment described above, the device comprises a device for measuring the airway flow and for measuring the airway pressure on the patient. The control unit can be designed to determine the first piece of information and the second piece of information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. Dabei kann das Maß für die Atemunterstützung ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device can also comprise a device for pneumatic respiratory support. In this case, the measure of the respiratory support can include a measure of the pneumatic respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Sedierung des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten zur erhalten. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung ferner basierend auf der Messinformation zu bestimmen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device may further comprise means for sedating the patient based on the level of respiratory support. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device can be designed to receive measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient via the one or more interfaces. In this preferred embodiment, the control unit can be designed to also determine the measure for the respiratory support based on the measurement information.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur sensorischen Erfassung eines Signals, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, umfassen. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Einrichtung zur sensorischen Erfassung ausgebildet sein, um ein Elektro-Myogramm, ein Mechano-Myogramm oder ein Elektroimpedanz-Myogramm zu erfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Einrichtung zur sensorischen Erfassung einen Dehnungssensor, einen Ultraschallsensor oder einen Ösophagusdrucksensor umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um eine Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information über das Maß für die Atemunterstützung über eine Regelung zu reduzieren. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um als Maß für die Atem Unterstützung ein Stimulationssignal für den Patienten zu generieren. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device can also include a device for sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation. In this preferred embodiment, the control unit can be designed to determine the degree of respiratory support based on the signal detected by sensors. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device for sensory detection can be designed to detect an electro-myogram, a mechano-myogram or an electro-impedance myogram. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device for sensory detection can include a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to generate a stimulation signal for the patient as a measure of the respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die erste und die zweite Information jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the device can further comprise a device for stimulating the respiratory muscles of the patient based on the measure of respiratory support. In a preferred embodiment based on at least one of the above-described embodiments, the first and second pieces of information may each comprise a measure of patient-side paced or total respiratory muscle activation, patient-side paced or total respiratory muscle flow, or patient-side paced or total respiratory muscle pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck zu bestimmen und bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Atemunterstützung ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll- Atemmuskelaktivierung anzeigt. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity and to provide. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine the measure of respiratory support based on the information about the patient's spontaneous respiratory activity. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the measure of respiratory support may indicate a measure of more intense sedation of the patient when the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um basierend auf der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung eine Schätzung für eine Stimulationsimpulsantwort des Patienten durchzuführen. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to carry out an estimate for a stimulation impulse response of the patient based on the second information in response to the measure for the respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die Schätzung auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die Schätzung regelmäßig oder kontinuierlich zu wiederholen. In einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit zu bestimmen und anzuzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann als ein Beatmungsgerät ausgebildet sein. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine the estimate on the basis of a stimulation maneuver. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to repeat the estimation regularly or continuously. In a preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine and display a reliability for the first and the second information when the reliability falls below a predetermined threshold value. A particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a ventilator.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Information über das Maß für die Atem Unterstützung an einen Stimulator zu kommunizieren. In a preferred embodiment of the ventilator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to communicate information about the measure of respiratory support to a stimulator via the one or more interfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Atemunterstützung zumindest einen Parameter der Gruppe von: - einer Amplitude, - einer Rampensteilheit, - einer Stimulationsdauer, - einem Startzeitpunkt, - einem Endzeitpunkt, - einer Ist-Atemmuskelaktivierung, - der Soll-Atemmuskelaktivierung umfassen. In a preferred embodiment of the ventilator based on at least one of the embodiments described above, the measure for respiratory support can be at least one parameter from the group of: - an amplitude, - a ramp steepness, - a stimulation duration, - a start time, - an end time, - an actual -respiratory muscle activation, - include target respiratory muscle activation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Schnittstellen zur Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Schnittstellen - zur Echtzeitkommunikation mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit, - zur Kommunikation eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atemunterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Echtzeitkommunikation über die ein oder mehreren Schnittstellen als eine sampleweise Echtzeitkommunikation ausgestaltet sein, sampleweise besagt, dass die Kommunikation orientiert an der Folge von Abtastwerten, also Abtastwert-für-Abtastwert erfolgt. In a preferred embodiment of the ventilator based on at least one of the embodiments described above, the one or more interfaces for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit can be designed. In a preferred embodiment of the ventilator based on at least one of the embodiments described above, the one or more interfaces can - for real-time communication with a stimulator and/or with a sensor unit, - for communication of a time profile of the measure of respiratory support with a stimulator and/or be formed with a sensor unit. The real-time communication via the one or more interfaces can preferably be designed as a sample-by-sample real-time communication, sample-by-sample means that the communication is based on the sequence of sampled values, ie sample-by-sample.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um einem Stimulator über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt vorzugeben. In a preferred embodiment of the ventilator based on at least one of the above-described embodiments, the control unit can be designed to set a rhythm for a stimulator via the one or more interfaces.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Beatmungsgerätes basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Beatmungsgerät einen integrierten Stimulator aufweisen. In a particularly preferred embodiment of the ventilator based on at least one of the embodiments described above, the ventilator can have an integrated stimulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät die erste und die zweite Information zu empfangen. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive the first and the second information via the one or more interfaces from a sensor unit or from a ventilator.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einer Sensoreinheit zumindest eine Information aus der Gruppe von - einer Amplitude, - einer Rampensteilheit, - einer Stimulationsdauer, - einem Startzeitpunkt, - einem Endzeitpunkt, - einem Zeitverlauf der Soll-Atemmuskelaktivierung, - einem Atemwegsfluss, - einem Atemwegsdruck, - einem Atemmuskeldruck, - einer Atemmuskelarbeit, - einem Atemmuskelfluss zu empfangen. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive at least one piece of information from the group of - an amplitude, - a ramp steepness, - a stimulation duration, - a starting time via the one or more interfaces from a sensor unit , - an end time, - a time course of the target respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - an inspiratory muscle pressure, - an inspiratory muscle work, - an inspiratory muscle flow.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt von einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät zu empfangen. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive a clock pulse from a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einen Takt einer Sensoreinheit und/oder einem Beatmungsgerät vorzugeben. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to specify a clock for a sensor unit and/or a ventilator via the one or more interfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen in Echtzeit zu kommunizieren. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Stimulators basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Beatmungsmanöver mit einem Beatmungsgerät abzustimmen. In a preferred embodiment of the stimulator based on the embodiment described above, the control unit can be designed to coordinate ventilation maneuvers with a ventilator via the one or more interfaces.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann als eine Sensoreinheit ausgebildet sein. A particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a sensor unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät zu empfangen und das Maß für die Atem Unterstützung ferner basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um die zweite Information basierend auf Sensorsignalen zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen in Echtzeit zu kommunizieren. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive information about at least one pneumatic signal from a ventilator via the one or more interfaces and to calculate the measure of respiratory support based on the information about the to determine at least one pneumatic signal. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to determine the second information based on sensor signals. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to communicate in real time via the one or more interfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator zumindest eine Information aus der Gruppe von - einer Amplitude, - einer Rampensteilheit, - einer Stimulationsdauer, - einem Startzeitpunkt, - einem Endzeitpunkt, - einer Ist-Atemmuskelaktivierung, - einem Atemwegsfluss, - einem Atemwegsdruck, - einem Atemmuskeldruck, - einer Atemmuskelarbeit, - einem Atemmuskelfluss, als Maß für die Atem Unterstützung bereitzustellen. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to transmit at least one piece of information from the group of - an amplitude - a ramp gradient - a stimulation duration - via the one or more interfaces to a ventilator or a stimulator a start time, - an end time, - an actual respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - a respiratory muscle pressure, - a respiratory muscle work, - a respiratory muscle flow, as a measure of respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator Information über ein Manöver zu erhalten. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive information about a maneuver via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinheit basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um über die ein oder mehreren Schnittstellen von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator als erste Information Information über - eine Dunkeltastung, - auszublendende Messzeitpunkte, - eine Filterung, - eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten zu empfangen. In a preferred embodiment of the sensor unit based on the embodiment described above, the control unit can be designed to receive information via the one or more interfaces from a ventilator or a stimulator as first information about - blanking, - measurement times to be suppressed, - filtering, - Receive suppression of stimulation artifacts.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann als ein Beatmungssystem ausgebildet sein. A particularly preferred embodiment based on at least one of the embodiments described above can be designed as a ventilation system.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungssystems basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Beatmungssystem einen Stimulator mit umfassen. In a preferred embodiment of the ventilation system based on at least one of the embodiments described above, the ventilation system can also include a stimulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Beatmungssystems basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Beatmungssystem eine Sensoreinheit mit umfassen. In a preferred embodiment of the ventilation system based on at least one of the embodiments described above, the ventilation system can also include a sensor unit.
Eine grundlegende Ausführungsform zeigt ein Verfahren für eine Komponente eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten mit - Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten, - Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung desA basic embodiment shows a method for a component of a ventilation system for respiratory support of a patient with - determining a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient, - determining a second piece of information about an actual respiratory muscle activation
Patienten, - Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. patient, - determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann ein Ermitteln der ersten Information und der zweiten Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung umfassen. A preferred embodiment of the method based on the embodiment described above can include determining the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Atem Unterstützung ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Sedieren des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Erhalten von Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine Atemwegsdruckmessung an dem Patienten umfassen und ein Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung basierend auf der Messinformation umfassen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the measure of respiratory support can comprise a measure of pneumatic respiratory support. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include sedating the patient based on the level of respiratory support. A preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments may include obtaining measurement information about an airway flow measurement or an airway pressure measurement on the patient and determining the amount of respiratory support based on the measurement information.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein sensorisches Erfassen eines Signals, das von der Ist-Atemmuskelaktivierung abhängt, umfassen und einA preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a sensory detection of a signal that depends on the actual respiratory muscle activation, and a
Bestimmen des Maßes für die Atem Unterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal umfassen. determining the measure of respiratory support based on the sensored signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das sensorisch erfasste Signal ein Elektro-In a preferred embodiment of the method based on the embodiment described above, the sensor-detected signal can be an electrical
Myogramm, ein Mechano-Myogramm oder ein Elektroimpedanz-Myogramm umfassen. myogram, a mechano-myogram, or an electroimpedance myogram.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen des sensorischen Signals mit einem Dehnungssensor, einem Ultraschallsensor oder einem Ösophagusdrucksensor erfolgen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the sensory signal can be detected using a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include stimulating the patient's respiratory muscles based on the measure of respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Reduzieren einer Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information durch Regeln über das Maß für die Atem Unterstützung umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the above-described embodiments may include reducing a difference between the first information and the second information by rules about the level of respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Generieren eines Stimulationssignals für den Patienten als Maß für die Atemunterstützung umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include generating a stimulation signal for the patient as a measure of respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die erste und die zweite Information jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the first and the second information each comprise a measure of patient-paced or total respiratory muscle activation, patient-paced or total respiratory muscle flow, or patient-paced or total respiratory muscle pressure.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen und Bereitstellen von Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include determining and providing information about respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous respiratory activity, respiratory muscle flow caused by the patient's spontaneous respiratory activity or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Maß für die Atem Unterstützung ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigen, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll- Atemmuskelaktivierung anzeigt. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the measure of respiratory support may indicate a measure of more intensive sedation of the patient if the information about the patient's spontaneous respiratory activity indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Schätzen einerA preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can estimate a
Stimulationsimpulsantwort des Patienten aus der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung umfassen. patient stimulation impulse response from the second information in response to the level of respiratory support.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Schätzen ferner auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers erfolgen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the estimation can also be based on a stimulation maneuver.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Schätzen regelmäßig oder kontinuierlich erfolgen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the estimation can take place regularly or continuously.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann eine Bestimmung - oder auch eine Ausgabe und/oder ein Anzeigen - einerweiteren Information, beispielsweise einer Zuverlässig, zusätzlich zu der ersten und der zweiten Information, umfassen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Verfahren für ein Beatmungsgerät umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann ein Kommunizieren von Information über das Maß für die Atemunterstützung an einen Stimulator umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the above-described embodiments can include a determination - or an output and/or a display - of further information, for example reliable, in addition to the first and second information, if the reliability falls below one predetermined threshold falls. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include a method for a ventilator. A preferred embodiment of the method based on the embodiment described above may include communicating information about the level of respiratory support to a stimulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Maß für die Atemunterstützung zumindest einen Parameter der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunktes, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, einem Endzeitpunkt und der Soll-Atemmuskelaktivierung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kommunizieren mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit in Echtzeit erfolgen. In a preferred embodiment of the method based on the embodiment described above, the measure for the respiratory support can include at least one parameter from the group of an amplitude, a ramp steepness, a stimulation duration, a start time, an actual respiratory muscle activation, an end time and the target respiratory muscle activation. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the communication with a stimulator and/or with a sensor unit can take place in real time.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kommunizieren "sampleweise", d.h. Abtastwert-für-Abtastwert orientiert an der Folge von Abtastwerten, in Echtzeit mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit erfolgen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the communication can take place "sample-by-sample", i.e. sample-by-sample oriented on the sequence of samples, in real time with a stimulator and/or with a sensor unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kommunizieren einIn a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the communication can be a
Kommunizieren eines zeitlichen Verlaufs des Maßes für die Atemunterstützung mit einem Stimulator und/oder mit einer Sensoreinheit umfassen. communicating a time history of the measure of respiratory support with a stimulator and/or with a sensor unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Kommunizieren ein Vorgeben eines Taktes an einen Stimulator umfassen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above, the communication can include specifying a clock to a stimulator.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Vorgeben der ersten und der zweiten Information an einen Stimulator und/oder Abstimmen eines Beatmungsmanövers mit einem Stimulator umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Verfahren für einen Stimulator umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Empfangen der ersten oder der zweiten Information von einer Sensoreinheit oder von einem Beatmungsgerät umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Empfangen von einer Sensoreinheit zumindest einer Information aus der Gruppe von - einer Amplitude, - einer Rampensteilheit, - einer Stimulationsdauer, - einem Startzeitpunkt, - einem Endzeitpunkt, - einer Ist-Atemmuskelaktivierung, - der Soll-Atemmuskelaktivierung, - einem Atemwegsfluss, - einem Atemwegsdruck, - einem Atemmuskeldruck, - einer Atemmuskelarbeit - einem Atemmuskelfluss umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include specifying the first and the second information to a stimulator and/or coordinating a ventilation maneuver with a stimulator. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may comprise a method for a stimulator. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include receiving the first or the second information from a sensor unit or from a ventilator. A preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments can receive from a sensor unit at least one item of information from the group of - an amplitude, - a ramp gradient, - a stimulation duration, - a start time, - an end time, - an actual respiratory muscle activation, - the target respiratory muscle activation, - an airway flow, - an airway pressure, - a respiratory muscle pressure, - a respiratory muscle work - a respiratory muscle flow.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Vorgeben eines Taktes an eine Sensoreinheit und/oder ein Beatmungsgerät umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include specifying a cycle to a sensor unit and/or a ventilator.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Kommunizieren in Echtzeit umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Abstimmen eines Beatmungsmanövers mit einem Beatmungsgerät umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Verfahren für eine Sensoreinheit umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include communicating in real time. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a coordination of a ventilation maneuver with a ventilator. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a method for a sensor unit.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Empfangen von Information über zumindest ein pneumatisches Signal von einem Beatmungsgerät und Bestimmen des Maßes für die Atemunterstützung basierend auf der Information über das zumindest eine pneumatische Signal umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments may include receiving information about at least one pneumatic signal from a ventilator and determining the level of respiratory support based on the information about the at least one pneumatic signal.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Ermitteln der zweiten Information basierend auf Sensorsignalen umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include determining the second information based on sensor signals.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Kommunizieren in Echtzeit umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bereitstellen an ein Beatmungsgerät oder an einen Stimulator zumindest einer Information aus der Gruppe von einer Amplitude, einer Rampensteilheit, einer Stimulationsdauer, einem Startzeitpunkt, einem Endzeitpunkt, einer Ist-Atemmuskelaktivierung, einem Atemwegsfluss, einem Atemwegsdruck, einem Atemmuskeldruck, einerA preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include communicating in real time. A preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments can provide a ventilator or a stimulator with at least one item of information from the group of an amplitude, a ramp gradient, a stimulation duration, a start time, an end time, an actual respiratory muscle activation, an airway flow, an airway pressure, a respiratory muscle pressure, a
Atemmuskelarbeit und einem Atemmuskelfluss als Maß für die Atem Unterstützung umfassen. respiratory muscle work and respiratory muscle flow as a measure of respiratory support.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Erhalten von Information über ein Manöver umfassen. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above may include obtaining information about a maneuver.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Empfangen von einem Beatmungsgerät oder einem Stimulator als erste Information Information über - eine Dunkeltastung, - auszublendende Messzeitpunkte, - eine Filterung, - eine Unterdrückung von Stimulationsartefakten umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Verfahren für - ein Beatmungssystem, - ein Beatmungsgerät, - einen Stimulator, - eine Sensoreinheit umfassen. In a preferred embodiment of the method based on at least one of the previously described embodiments, receiving from a ventilator or a stimulator can, as first information, contain information about - blanking, - measurement times to be suppressed, - filtering, - suppression of stimulation artifacts. A preferred embodiment of the method based on at least one of the embodiments described above can include a method for - a ventilation system, - a ventilation device, - a stimulator, - a sensor unit.
Eine grundlegende Ausführungsform kann ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Der Programmcode kann in vorteilhafter weise auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt werden. A basic embodiment may include a computer program with program code for performing at least one of the embodiments described above. The program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Nachfolgend werden weitere und bevorzugte Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung der Erfindung betreffend ein Beatmungssystem, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten, insbesondere ein Konzept zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten synchronisiert zu einer spontan erzeugten Atemmuskelaktivität des Patienten beschrieben. Eine grundlegende Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung zeigt eine Stimulationsvorrichtung zur stimulativenFurther and preferred embodiments of the stimulation device of the invention relating to a ventilation system, a device, a method and a computer program for stimulative ventilation support of a patient, in particular a concept for stimulative ventilation support of a patient synchronized to a spontaneously generated respiratory muscle activity of the patient, are described below. A basic embodiment of the stimulation device shows a stimulation device for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten mit ein oder mehreren Schnittstellen zur Kommunikation, mit Komponenten des Beatmungssystems und mit einer Kontrolleinheit, die zum Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten ausgebildet ist. Ventilation support for a patient with one or more interfaces for communication, with components of the ventilation system and with a control unit that is designed to record information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um zum Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals ein - Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, - Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit durchzuführen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the control unit can be designed to record the information about the time profile of the activation signal - recording information about a time profile of a portion of the respiratory effort performed by the patient himself, - Determining the activation signal for the patient's respiratory muscles based on the information about the time profile of the portion of the respiratory work performed by the patient himself.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulieren zu bestimmen und zu berücksichtigen. In dieser bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann bei einem - Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgen und - Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert werden oder ausbleiben. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation. In this preferred embodiment of the stimulation device, activation of the respiratory muscles can take place when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation of the respiratory muscles is at least reduced or omitted when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Stimulieren in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal durchzuführen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to carry out the stimulation in a positive feedback with the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, eine Stimulationswirkung zu bestimmen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to determine a stimulation effect.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, zum Bestimmen der Stimulationswirkung eine Titrierung durchzuführen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the control unit can be designed to carry out a titration to determine the stimulation effect.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Stimulieren proportional zu dem Aktivierungssignal durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, als Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von - einem Muskeldruck Pmus, - einem spontanen Muskeldruck Pspon, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasflusses Flowmus, - einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasflusses FlOWspon, - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit WOB, - einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit WOBspon zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, den Patienten parallel pneumatisch zu beatmen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das parallele pneumatische Beatmen als Proportionalbeatmung durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, eines Signals eines Dehnungssensors, eines Signals eines Ultraschallsensors oder eines mechanomyographischen Signals durchzuführen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to carry out the stimulation proportionally to the activation signal. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed as information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient information about at least one element from the group of - a muscle pressure P mus , - a spontaneous muscle pressure P spon , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's muscles, - a respiratory gas flow FlOW spon caused spontaneously by the patient's muscles, - a work of breathing WOB performed by the patient himself, - a spontaneous work of breathing WOB spon performed by the patient himself to determine. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to ventilate the patient pneumatically in parallel. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the control unit can be designed to carry out the parallel pneumatic ventilation as proportional ventilation. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to record the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of an electromyographic signal, a signal from an electrical impedance -perform myography, a signal from a strain sensor, a signal from an ultrasonic sensor or a mechanomyographic signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen derIn a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of
Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, eine Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad einzustellen. Stimulating device, the control unit can be designed, an intensity of the Adjust pacing based on a predetermined level.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, den vorbestimmten Grad über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung Pmus zu bestimmen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the control unit can be designed to determine the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort Pmus .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann der Grad als ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegt sein. In a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the degree can be defined as a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung kann dieIn a preferred embodiment of the stimulation device based on the embodiment of the stimulation device described above, the
Kontrolleinheit ausgebildet sein, die spontane Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, um ein Stimulationssignal basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten zu ermitteln. Control unit be designed to determine the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device, the control unit can be designed to determine a stimulation signal based on the relationship between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Stimulationssignal durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals EMGstim mit der Aktivierungsimpulsantwort zu ermitteln. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine the stimulation signal by inverse convolution of a desired activation signal EMG stim caused by stimulation with the activation impulse response.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck Pspon und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemmuskeldruck Pstim zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss Flowspon und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss Flowstim zu ermitteln. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the previously described embodiments, the control unit can be designed to determine the spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure P spon generated spontaneously by the patient and the stimulated respiratory activity as a respiratory muscle pressure P stim generated by stimulation. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to determine the spontaneous respiratory activity as a respiratory gas flow Flow spon generated spontaneously by the patient and the stimulated respiratory activity as a respiratory gas flow Flow stim generated by stimulation.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, - die spontane Atemaktivität als eine vom Patienten spontan erzeugte AtemarbeitIn a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the above-described embodiments, the control unit can be embodied - the spontaneous breathing activity as a work of breathing spontaneously generated by the patient
WOBspon - oder deren zeitliche Ableitung dWOBspon/dt - und die stimulierte Atemaktivität als eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit WOBstim - oder deren zeitliche Ableitung dWOBstim/dt zu ermitteln. WOBspon - or its time derivative dWOB spon /dt - and the stimulated respiratory activity as a work of breathing produced by stimulation WOBstim - or its time derivative dWOB stim /dt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, den vorbestimmten Grad auf einer Zeitebene, die größer oder gleich einem Atemzyklus des Patienten ist, nachzuführen. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to track the predetermined level at a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Kontrolleinheit ausgebildet sein, das Stimulieren zur Erreichung eines Zielwertes, der - einen patientenseitigen Anteil an einem treibenden Druck ΔPmus, - einen patientenseitigen Anteil an einem Volumen ΔVolmus, - einen patientenseitigen Anteil an einer Atemarbeit ΔWOBmus umfasst, zu regeln. In a preferred embodiment of the stimulation device based on at least one of the embodiments described above, the control unit can be designed to stimulate to achieve a target value which - a patient-side portion of a driving pressure ΔP mus , - a patient-side portion of a volume ΔVol mus , - includes a patient-side part of a breathing work ΔWOB mus to regulate.
Eine Ausführungsform basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung zeigt ein Beatmungssystem mit einer Stimulationsvorrichtung zu einer stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten. An embodiment based on at least one of the previously described embodiments of the stimulation device shows a ventilation system with a stimulation device for stimulative ventilation support of a patient.
Eine grundlegende Ausführungsform der Stimulationsvorrichtung zeigt ein Verfahren zu einer stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten mit - einem Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals einer Atemmuskulatur des Patienten und - einem Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. A basic embodiment of the stimulation device shows a method for stimulative ventilation support for a patient - a detection of information about a time course of an activation signal of a respiratory musculature of the patient and - a stimulation of the respiratory musculature in temporal alignment to the activation signal for muscular ventilation support of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals - ein Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit und - ein Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit umfassen. In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, the acquisition of the information about the time profile of the activation signal can - a capture of information about a time profile of a portion of the respiratory work performed by the patient himself and - a determination of the activation signal for the respiratory muscles of the patient based on the information about the time course of the portion of the respiratory effort performed by the patient himself.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen und ein Berücksichtigen einer unteren Aktivierungsschwelle für das Stimulieren umfassen, wobei - bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und - bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above can include determining and taking into account a lower activation threshold for the stimulation, wherein - when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, the respiratory muscles are activated and - at a stimulation of the respiratory muscles below the activation threshold activation is at least reduced or absent.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Stimulieren in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal erfolgen. In a preferred embodiment of the method for the stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments, the stimulation can take place in a positive coupling with the activation signal.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Bestimmen einer Stimulationswirkung umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann eine Titrierung zum Bestimmen der Stimulationswirkung umfassen. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include determining a stimulation effect. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include a titration to determine the stimulation effect.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Stimulieren proportional zu dem Aktivierungssignal erfolgen. In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments, the stimulation can take place proportionally to the activation signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von - einem Muskeldruck Pmus, - einem spontanen Muskeldruck Pspon, - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss Flowmus, - einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss Flowspon, - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit WOB, - einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit WOBspon umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativenIn a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, the information about the time course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient information about at least one element from the group of - a muscle pressure P mus , - a spontaneous muscle pressure P spon , - a respiratory gas flow Flow mus caused by the patient's musculature, - a respiratory gas flow Flow spon caused spontaneously by the patient's musculature, - a respiratory effort WOB performed by the patient himself, - a spontaneous respiratory effort WOB spon performed by the patient himself. A preferred embodiment of the method for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein paralleles pneumatisches Beatmen des Patienten umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativenVentilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include parallel pneumatic ventilation of the patient. In a preferred embodiment of the method for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das parallele pneumatische Beatmen eine Proportionalbeatmung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativenVentilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include the parallel pneumatic ventilation a proportional ventilation. In a preferred embodiment of the method for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten auf der Grundlage - eines elektromyographischen Signals, - eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, - eines Signals eines Dehnungssensors, - eines Signals eines Ultraschallsensors, - eines mechanomyographischen Signals durchgeführt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativenVentilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, the acquisition of information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles on the basis of - an electromyographic signal, - a signal from electro-impedance myography, - a signal from a strain sensor, - a signal from an ultrasonic sensor, - a mechanomyographic signal. A preferred embodiment of the method for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Einstellen einer Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativenAssisting a patient's ventilation based on at least one of the above-described embodiments may include adjusting an intensity of the pacing based on a predetermined level. In a preferred embodiment of the method for stimulative
Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann der vorbestimmte Grad ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder aus Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung Pmus umfassen. Ventilation support of a patient based on the embodiment described above, the predetermined level can comprise a ratio of stimulation intensity and activation signal or of stimulation intensity and estimated respiratory effort P mus .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann der Grad ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegen. In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above, the degree can determine a ratio between a stimulated breathing activity and a spontaneous breathing activity of the patient.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann ein Ermitteln der spontanen Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten umfassen. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include determining the spontaneous breathing activity of the patient based on the information about the time profile of the activation signal of the patient's respiratory muscles.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Ermitteln eines Stimulationssignals basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Ermitteln des Stimulationssignals durch inverse Faltung eines gewünschten, durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals EMGstim mit der Aktivierungsimpulsantwort umfassen. In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, determining a stimulation signal based on the ratio between the stimulated breathing activity and the spontaneous breathing activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles can include. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on the embodiment described above can include determining the stimulation signal by inverse convolution of a desired activation signal EMGstim caused by stimulation with the activation impulse response.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die spontane Atemaktivität einen vomIn a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the embodiments described above, the spontaneous breathing activity can be one of
Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck Pspon und die stimulierte Atemaktivität einen durch Stimulation erzeugten Atemmuskeldruck Pstim umfassen. patient's spontaneously generated respiratory muscle pressure P spon and the stimulated respiratory activity comprise a respiratory muscle pressure P stim generated by stimulation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments
• die spontane Atemaktivität einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss Flowspon und · die stimulierte Atemaktivität einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss• Spontaneous respiratory activity, a respiratory gas flow Flow spon generated spontaneously by the patient and · Stimulated respiratory activity, a respiratory gas flow generated by stimulation
FlOWstim umfassen. include FlOWstim.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments
• die spontane Atemaktivität eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit• Spontaneous breathing activity, a work of breathing spontaneously generated by the patient
WOBsPon WOB's P on
• oder deren zeitliche Ableitung dWOBspon/dt und • or their time derivative dWOB spon /dt and
• die stimulierte Atemaktivität eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit WOBstim • the stimulated breathing activity is a work of breathing produced by WOBstim stimulation
• oder deren zeitliche Ableitung dWOBstim/dt umfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Nachführen des vorbestimmten Grades auf einer Zeitebene umfassen, die größer oder gleich einem Atemzyklus des Patienten ist. • or their time derivative include dWOB stim /dt. A preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments can include tracking the predetermined degree on a time level that is greater than or equal to a respiratory cycle of the patient.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten basierend auf mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Regeln des Stimulierens zur Erreichung eines Zielwertes In a preferred embodiment of the method for stimulative ventilation support of a patient based on at least one of the previously described embodiments, the stimulation can be regulated to achieve a target value
• einen patientenseitigen Anteil an einem treibenden Druck APmus, • a patient-side share in a driving pressure AP mus ,
• einen patientenseitigen Anteil an einem Volumen ΔVolmus, • a patient-side portion of a volume ΔVol mus ,
• oder einen patientenseitigen Anteil an einer Atemarbeit AWOBmus umfassen. • or include a patient-side portion of a breathwork AWOB.
Eine grundlegende Ausführungsform kann ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Stimulationsvorrichtung umfassen. Der Programmcode kann in vorteilhafter Weise auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt werden. A basic embodiment can comprise a computer program with a program code for carrying out at least one of the previously described embodiments of the stimulation device. The program code can advantageously be executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Die nachfolgende Tabelle 3 umfasst die im Rahmen dieser Erfindung verwendeten Abkürzungen und Bezeichnungen, verbunden mit jeweils kurzen Erläuterungen. Table 3 below includes the abbreviations and designations used in the context of this invention, combined with brief explanations in each case.
Tabelle 3 Table 3
In der nachfolgenden Tabelle 4 sind sämtliche in dieser Beschreibung angeführten Patendokumente und Publikationen mit Publikationsnummer, bzw. einem Kurztitel der Publikation gelistet. Die vollständigen Titel sind den Ausführungen zum Stand der Technik der Beschreibungseinleitung zu entnehmen. In der Beschreibung werden anstatt umfänglicher Zitierungen teilweise die in dieser Tabelle 4 angeführten Referenznummern [E1] bis [E38] verwendet. Bezugsziffernliste Table 4 below lists all of the patent documents and publications cited in this description with the publication number or a short title of the publication. The full titles can be found in the statements on the prior art in the introduction to the description. In the description, the reference numbers [E1] to [E38] listed in Table 4 are sometimes used instead of extensive citations. reference number list
1 Abszisse, (x-Achse), Zeitachse 1 abscissa, (x-axis), time axis
2 Ordinate (y-Achse), (Signal Intercost.stm) 2 ordinate (y-axis), (Signal Intercost.stm)
3 Ordinate (y-Achse), (Costmar.org) 3 ordinate (y-axis), (Costmar.org)
4 Ordinate (y-Achse), (Costmar.ecgr) 4 ordinate (y-axis), (Costmar.ecgr)
5 Ordinate (y-Achse), (Costmar.em) 5 ordinate (y-axis), (Costmar.em)
6 Ordinate (y-Achse), (Costmar.avg) 6 ordinate (y-axis), (Costmar.avg)
10 Vorrichtung 10 device
12 Schnittstellen, Schnittstelle 12 interfaces, interface
14 Kontrolleinheit 14 control unit
19 Erfassen von Information über einen Verlauf eines Aktivierungssignals 19 Acquiring information about a course of an activation signal
20 Verfahren 20 procedures
21 Erfassen eines Maßes eines Anteils an der Beatmung 21 Capture a measure of a contribution to ventilation
22 Stimulieren der Atemmuskulatur 22 Stimulating the respiratory muscles
23 Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung23 Determination of a first piece of information about a target respiratory muscle activation
24 Ermitteln einer ersten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung 24 Determination of a first piece of information about an actual respiratory muscle activation
25 Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung 25 Determining a measure of respiratory support
28 Unterstützen des Patienten bei der Beatmung 28 Assisting the patient during ventilation
29 Bestimmen von Zustandsparametern für die Atemmuskulatur 29 Determination of condition parameters for the respiratory muscles
100 Vorrichtung, Komponente 100 device, component
110 Stimulationseinheit (Stimulator), Stimulationseinheit, Stimulationsvorrichtung110 stimulation unit (stimulator), stimulation unit, stimulation device
120 Beatmungssystem, Beatmungseinheit, Beatmungsvorrichtung, Beatmungsgerät120 ventilation system, ventilation unit, ventilation device, respirator
200 Sensoreinheit 200 sensor unit
300 Patient, Lebewesen 300 patient, living creature
310 erste Signalverarbeitung 310 first signal processing
320 weitere Signalverarbeitung 320 further signal processing
330 Atemmuskeldruck Pmus 330 respiratory muscle pressure Pmus
331 zeitlicher Verlauf des Atemmuskeldrucks Pmus 331 Temporal progression of the respiratory muscle pressure Pmus
340 elektromyografisches Signal 340 electromyographic signal
345 Originalsignal EMG(t) (Rohsignal) 345 original signal EMG(t) (raw signal)
350 Einhüllende EMG(t) 350 envelope EMG(t)
360 Signale von Atemwegsdruck, Paw(t), Volumenfluss V‘(t) und Atemvolumen V(t)360 signals of airway pressure, Paw(t), volume flow V'(t) and tidal volume V(t)
400 Patientenmodell 400 patient model
410 respiratorisches System 410 respiratory system
420 Neuromechanische Effizienz spontan 430 Neuromechanische Effizienz stimulativ 440 Aktivierbarkeit k 450 Sedierung 420 Neuromechanical Efficiency spontaneously 430 neuromechanical efficiency stimulative 440 activatability k 450 sedation
460 Stimulationsvorrichtung Stimulator, Vorrichtung zur Stimulation 470 Beatmungsgerät, pneumatische Atem Unterstützung 460 stimulation device stimulator, device for stimulation 470 ventilator, pneumatic breathing assistance
480 Regler 490 Schätzer 500 Aktivierungsschwelle 502 Aktivierbarkeit k(t) 504 Respiratorisches System 480 controller 490 estimator 500 activation threshold 502 activatability k(t) 504 respiratory system
506 Neuromechanische Effizienz 510 Bestimmung der Stimulationsintensität 506 Neuromechanical efficiency 510 Determination of stimulation intensity
512 Gewichtung Muskeldruckdifferenz 512 weighting muscle pressure difference
514 Mittelung 522 Verzögerungsglied erster Ordnung 514 averaging 522 first-order delay element
524 Integration 524 integration
526 Gewichtung Volumendifferenz 532 Integration 526 weighting volume difference 532 integration
534 Gewichtung Muskelarbeitsdifferenz 540 Muskeldruck Pmus 534 Muscle work difference weighting 540 Muscle pressure Pmus
600 obere Darstellung Figur 6 600 upper representation Figure 6
601 untere Darstellung Figur 6 601 lower representation Figure 6
602 Stimulation 604 EMG-Signal 606 EMG-Signal, bereinigt um Artefakte und Offset 602 stimulation 604 EMG signal 606 EMG signal, adjusted for artefacts and offset
608 Einhüllende 608 envelope
666 vergrößerter Ausschnitt aus Figur 6 in Figur 7 666 enlarged detail from Figure 6 in Figure 7
700 obere Darstellung Figur 7 700 upper representation Figure 7
701 untere Darstellung Figur 7 702 Stimulation 701 lower representation Figure 7 702 stimulation
777 vergrößerter Ausschnitt aus Figur 7 in Figur 8 801 obere Darstellung Figur 8 777 enlarged detail from Figure 7 in Figure 8 801 upper representation Figure 8
801 untere Darstellung Figur 8 801 lower representation Figure 8
802 Stimulation 901 Darstellung Figur 9 802 stimulation 901 representation figure 9
902 Stimulation 904 EMG-Signal 1000 Darstellung Figur 10902 stimulation 904 EMG signal 1000 representation Figure 10
1001 Messpunkte 1001 measuring points
1100 Darstellung Figur 11 1100 representation Figure 11

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung (10) zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten, mit ein oder mehreren Schnittstellen (12), die zur Erfassung von Patientensignalen ausgebildet sind und mit einer Kontrolleinheit (14), die ausgebildet ist, zum First device (10) for determining a state of a patient's respiratory muscles, with one or more interfaces (12) which are designed for detecting patient signals and with a control unit (14) which is designed for
• Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal, · Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren,• stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal, · detecting an activation signal in response to the stimulating,
• Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. • Determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
2. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Stimulationssignal mit einem oder mehreren Stimulationsimpulsen zu erzeugen. 2. The device (10) according to claim 1, wherein the control unit (14) is designed to generate the stimulation signal with one or more stimulation pulses.
3. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Aktivierungssignal als Impulsantwort zu erfassen. 3. The device (10) according to any one of claims 1 or 2, wherein the control unit (14) is designed to detect the activation signal as an impulse response.
4. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um mit dem Bestimmen der ein oder mehreren Zustandsparameter eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. 4. The device (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit (14) is designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles by determining the one or more state parameters.
5. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 4, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um bei dem Bestimmen der Aktivierbarkeit eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulationssignal zu berücksichtigen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. 5. The device (10) according to claim 4, wherein the control unit (14) is designed to take into account a lower activation threshold for the stimulation signal when determining the activatability, wherein the respiratory muscles are activated when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold and activation is at least reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
6. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um • einen durch Stimulation erzeugbaren Atemmuskeldruck, Pstim,6. The device (10) according to claim 5, wherein the control unit (14) is designed to • a respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation, Pstim,
• ein durch Stimulation erzeugbares Atemvolumen, Volstim, und/oder• a tidal volume that can be generated by stimulation, Volstim, and/or
• eine durch Stimulation erzeugbare Atemarbeit des Patienten zu bestimmen. • to determine a patient's work of breathing that can be generated by stimulation.
7. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um ferner ein pneumatisches Diagnosemanöver zur Bestimmung eines pneumatischen Beatmungsparameters durchzuführen und um die ein oder mehreren Zustandsparameter ferner basierend auf dem pneumatischen7. The device (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit (14) is designed to also perform a pneumatic diagnostic maneuver to determine a pneumatic ventilation parameter and the one or more state parameters based on the pneumatic
Beatmungsparameter zu bestimmen. determine ventilation parameters.
8. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, wobei das pneumatische Diagnosemanöver · eine Okklusion, The device (10) according to claim 7, wherein the pneumatic diagnostic maneuver · an occlusion,
• eine Atemflussbegrenzung, • an airflow limitation,
• ein Auslassen einer Unterstützung einzelner Atemzüge oder • missing breath support or
• eine Variabilität in der Atemunterstützung des Patienten umfasst. • involves variability in the patient's respiratory support.
9. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um ferner ein Maß für eine maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. 9. The device (10) according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit (14) is designed to also determine a measure of a maximum attainable respiratory effort of the patient.
10. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 9, wobei das Maß für die maximal erbringbare Atemanstrengung des Patienten einen Mundverschlussdruck bei maximaler Aktivierung der Atemmuskulatur umfasst. 10. The device (10) according to claim 9, wherein the measure of the patient's maximum respiratory effort comprises a mouth closure pressure at maximum activation of the respiratory muscles.
11. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um ein Maß für eine Belastbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten und/oder ein Maß für eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen. 11. The device (10) according to any one of claims 1 to 10, wherein the control unit (14) is designed to determine a measure of the resilience of the patient's respiratory muscles and/or a measure of the efficiency of the patient's respiratory muscles.
12. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 11, wobei das Maß für die Belastbarkeit auf einer Beziehung zwischen einer Grundlast, PmusBase, und einer maximal erbringbaren Atemanstrengung, PmusMax, des Patienten basiert, und/oder wobei das Maß für die Effizienz ein Verhältnis von einem durch Stimulation erzeugbaren Atemvolumen oder Atemmuskeldruck und dem Aktivierungssignal umfasst. 12. The device (10) according to claim 11, wherein the measure of the exercise capacity is based on a relationship between a base load, PmusBase, and a maximum attainable respiratory effort, PmusMax, of the patient, and/or wherein the measure of the efficiency is a ratio of a respiratory volume or respiratory muscle pressure that can be generated by stimulation and the activation signal.
13. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um Information über die ein oder mehreren Zustandsparameter über die ein oder mehreren Schnittstellen auszugeben. 13. The device (10) according to any one of claims 1 to 12, wherein the control unit (14) is designed to output information about the one or more status parameters via the one or more interfaces.
14. Vorrichtung (10) zum Beatmen eines Patienten, mit ein oder mehreren Schnittstellen (12), die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit, einer Stimulationseinheit oder einer Sensoreinheit ausgebildet sind; und mit einer Kontrolleinheit (14), die ausgebildet ist, zum 14. Device (10) for ventilating a patient, having one or more interfaces (12) which are designed to exchange information with a ventilator unit, a stimulation unit or a sensor unit; and with a control unit (14) which is designed for
• Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung, • recording a measure of a portion of the ventilation performed by the patient himself,
• Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten, • Determining a measure of the patient's resilience,
• Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung, und • influencing the patient's contribution to ventilation, and
• Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. • Assist the patient with ventilation based on a measure of the patient's contribution to ventilation and based on a measure of the patient's exercise capacity.
15. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 14, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um zum Unterstützen ein Signal zur druckkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmung, oder ein Signal zum Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten auszugeben. 15. The device (10) according to claim 14, wherein the control unit (14) is designed to output a signal for pressure-controlled or volume-controlled ventilation for support, or a signal for stimulating the patient's respiratory muscles.
16. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Maß für die von dem Patienten selbst geleistete Arbeit zumindest ein Element aus der Gruppe von - einem Muskeldruck, Pmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemdruck, Paw, oder einem gesamten treibenden Druck, Pdrv; - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemgasfluss, Flow; - einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemvolumen,16. The device (10) according to any one of claims 14 or 15, wherein the measure of the work done by the patient himself at least one element from the group of - a muscle pressure, Pmus, absolute or relative to a total respiratory pressure, Paw, or a total driving pressure, Pdrv; - A respiratory gas flow, Flowmus, caused by the patient's musculature, absolutely or relative to a total respiratory gas flow, Flow; - a respiratory volume caused by the patient's muscles,
Volmus, absolut oder relativ zu einem Gesamtatemvolumen, Vol; und - einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit ist, WOBmus, absolut oder relativ zu einer Gesamtatemarbeit, WOB; umfasst. Volmus, absolute or relative to a total tidal volume, Vol; and - a patient's own work of breathing, WOBmus, absolute or relative to a total work of breathing, WOB; includes.
17. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Erfassen des Maßes für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil auf der Grundlage eines elektromyographischen Signals, eines Signals aus einer Elektro-Impedanz-Myographie, eines mechanomyographischen Signals, eines Ultraschallsignals, eines Signals eines Dehnungssensors, oder einesThe apparatus (10) of any one of claims 13 to 16, wherein detecting the self-contribution measure is based on an electromyographic signal, an electro-impedance myographic signal, a mechanomyographic signal, an ultrasound signal , a signal from a strain gauge, or a
Signals eines Ösophagusdrucksensors durchgeführt wird. Signal of an esophageal pressure sensor is performed.
18. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um zum Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils ein Signal zum Stimulieren der18. The device (10) according to any one of claims 14 to 17, wherein the control unit (14) is designed to influence the contribution made by the patient himself a signal for stimulating the
Atemmuskulatur des Patienten oder ein Signal zum Beeinflussen einer Medikamentengabe auszugeben. Outputting the patient's respiratory muscles or a signal for influencing a drug administration.
19. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um die Beatmung des Patienten hinsichtlich eines als Primärziel vorgegebenen Beatmungsparameters zu regeln und wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um den vom Patienten selbst geleisteten Anteil basierend auf einem als Sekundärziel vorgegebenen Anteil an der Beatmung zu regeln. 19. The device (10) according to any one of claims 14 to 18, wherein the control unit (14) is designed to regulate the ventilation of the patient with regard to a ventilation parameter specified as the primary goal and wherein the control unit (14) is designed to regulate the patient's own share based on a share of the ventilation specified as a secondary goal.
20. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das gesamte und das vom Patienten selbst erbrachte Atemvolumen zu überwachen und zu regeln, um die vom Patienten selbst erbrachte Atemarbeit zu regeln und zu überwachen, und/oder um eine Oxygenierung des Patienten zu überwachen und zu regeln. 20. The device (10) according to any one of claims 14 to 19, wherein the control unit (14) is designed to monitor and regulate the total respiratory volume and the respiratory volume provided by the patient himself, in order to regulate the respiratory work performed by the patient himself and and/or to monitor and regulate oxygenation of the patient.
21. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Beeinflussen und das Unterstützen (28) nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus oder nach einem vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. 21. The device (10) according to one of claims 14 to 20, wherein the control unit (14) is designed to direct the influencing and the supporting (28) according to a breathing rhythm specified by the patient or according to a specified breathing rhythm.
22. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Beeinflussen und das Unterstützen nach einem vom Patienten vorgegebenen Atemrhythmus zu richten sofern dessen Spontanaktivität vorhanden und unschädlich ist, und andernfalls um das Unterstützen nach einem durch eine Stimulation vorgegeben Atemrhythmus zu richten, sofern eine Spontanaktivität des Patienten nicht vorhanden oder schädlich ist und um bei Ausbleiben einer Stimulationswirkung das Unterstützen nach einem durch eine pneumatische Beatmung vorgegebenen Atemrhythmus zu richten. 22. The device (10) according to one of claims 14 to 21, wherein the control unit (14) is designed to direct the influencing and the support according to a breathing rhythm specified by the patient if the patient's spontaneous activity is present and harmless, and otherwise to To direct support according to a breathing rhythm specified by stimulation, provided that spontaneous activity on the part of the patient does not exist or is harmful, and to direct support according to a breathing rhythm specified by pneumatic ventilation if there is no stimulation effect.
23. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Effizienz der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Effizienz basiert, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Aktivierbarkeit der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Aktivierbarkeit basiert, und/oder wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Erschöpfung der Atemmuskulatur des Patienten zu bestimmen, wobei das Unterstützen auf der Erschöpfung basiert. 23. The device (10) according to any one of claims 14 to 22, wherein the control unit (14) is designed to determine an efficiency of the respiratory muscles of the patient, wherein the supporting is based on the efficiency, wherein the control unit (14) is designed to determine an activability of the patient's respiratory muscles, the support being based on the activatability, and/or the control unit (14) being designed to determine exhaustion of the patient's respiratory muscles, the support being based on the exhaustion.
24. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um zum Bestimmen der Belastbarkeit eine atemmechanische Grundlast zu bestimmen und eine maximal mögliche Atemanstrengung des Patienten zu bestimmen. 24. The device (10) according to any one of claims 14 to 23, wherein the control unit (14) is designed to determine a respiratory mechanical base load to determine the resilience and to determine a maximum possible respiratory effort of the patient.
25. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 24, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um die maximal mögliche Atemanstrengung durch Durchführen einer Twitch-Stimulation zu bestimmen. 25. The device (10) according to claim 24, wherein the control unit (14) is designed to determine the maximum possible respiratory effort by performing a twitch stimulation.
26. Ein Beatmungssystem (120) zur Unterstützung eines Patienten bei der Beatmung mit einer Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25. 26. A ventilation system (120) for supporting a patient during ventilation with a device (10) according to any one of claims 1 to 25.
27. Vorrichtung (10) für eine Komponente (100) eines Beatmungssystems (120) zur Atemunterstützung eines Patienten, mit ein oder mehreren Schnittstellen (12) zur Kommunikation mit Komponenten (100) des Beatmungssystems; und einer Kontrolleinheit (14), die ausgebildet ist, zum · Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten, 27. Device (10) for a component (100) of a ventilation system (120) for respiratory support of a patient, with one or more interfaces (12) for communication with components (100) of the ventilation system; and a control unit (14) that is designed to determine first information about a target respiratory muscle activation of the patient,
• Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten, und • determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient, and
• Bestimmen eines Maßes für eine Atem Unterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten• determining a measure of patient respiratory support based on the first information and based on the second
Information. Information.
28. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 27, die eine Einrichtung zur Atemwegsflussmessung und zur Atemwegsdruckmessung an dem Patienten umfasst und wobei die28. The device (10) according to claim 27, which comprises a device for airway flow measurement and airway pressure measurement on the patient and wherein the
Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um die erste Information und die zweite Information basierend auf einer Atemwegsflussmessung und einer Atemwegsdruckmessung zu ermitteln. Control unit (14) is designed to determine the first information and the second information based on an airway flow measurement and an airway pressure measurement.
29. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 oder 28, die eine Einrichtung zur pneumatischen Atemunterstützung umfasst und wobei das Maß für die Atemunterstützung ein Maß zur pneumatischen Atemunterstützung umfasst, , die eine Einrichtung zur Sedierung des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfasst, und/oder die eine Einrichtung zur Stimulation der Atemmuskulatur des Patienten basierend auf dem Maß für die Atemunterstützung umfasst. 29. The device (10) according to any one of claims 27 or 28, comprising means for pneumatic respiratory support and wherein the measure of respiratory support comprises a measure of pneumatic respiratory support, comprising means for sedating the patient based on the measure of the comprises respiratory support, and/or which comprises a device for stimulating the patient's respiratory muscles based on the level of respiratory support.
30. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 29, die ausgebildet ist, um über die ein oder mehreren Schnittstellen (12) Messinformation über eine Atemwegsflussmessung oder eine30. The device (10) according to any one of claims 27 to 29, which is designed to use the one or more interfaces (12) measurement information about an airway flow measurement or a
Atemwegsdruckmessung an dem Patienten zur erhalten, und wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Messinformation zu bestimmen. Airway pressure measurement on the patient to obtain, and wherein the control unit (14) is adapted to determine the amount of respiratory support based on the measurement information.
31. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 30, die eine Einrichtung zur sensorischen Erfassung eines Signals, das von der Ist- Atemmuskelaktivierung abhängt, umfasst, und wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf dem sensorisch erfassten Signal zu bestimmen. 31. The device (10) according to any one of claims 27 to 30, which comprises a device for sensory detection of a signal which depends on the actual respiratory muscle activation, and wherein the control unit (14) is designed to determine the measure of respiratory support based on the signal detected by sensors.
32. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 31, wobei die Einrichtung zur sensorischen Erfassung ausgebildet ist, um ein Elektro-Myogramm, ein32. The device (10) according to claim 31, wherein the device for sensory detection is designed to record an electro-myogram
Mechano-Myogramm, oder ein Elektroimpedanz-Myogramm zu erfassen, und/oder wobei die Einrichtung zur sensorischen Erfassung einen Dehnungssensor, einen Ultraschallsensor oder einen Ösophagusdrucksensor umfasst. to detect a mechano-myogram, or an electroimpedance myogram, and/or wherein the device for sensory detection comprises a strain sensor, an ultrasonic sensor or an esophageal pressure sensor.
33. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Differenz zwischen der ersten Information und der zweiten Information über das Maß für die Atemunterstützung über eine Regelung zu reduzieren. 33. The device (10) according to any one of claims 27 to 32, wherein the control unit (14) is designed to reduce a difference between the first piece of information and the second piece of information about the degree of respiratory support via a regulation.
34. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei die erste und die zweite Information jeweils ein Maß für eine patientenseitige stimulierte oder gesamte Atemmuskelaktivierung, einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskelfluss oder einen patientenseitig stimulierten oder gesamten Atemmuskeldruck umfassen. 34. The device (10) according to any one of claims 27 to 33, wherein the first and the second information each comprise a measure of a patient-side stimulated or total respiratory muscle activation, a patient-side stimulated or total respiratory muscle flow or a patient-side stimulated or total respiratory muscle pressure.
35. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 27 bis 34, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um Information über eine durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufene Atemmuskelaktivierung, einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen35. The device (10) according to claim 27 to 34, wherein the control unit (14) is designed to receive information about a respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity, a respiratory muscle activation caused by the patient's spontaneous breathing activity
Atemmuskelfluss oder einen durch spontane Atemaktivität des Patienten hervorgerufenen Atemmuskeldruck zu bestimmen und bereitzustellen, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Maß für die Atemunterstützung basierend auf der Information über die spontane Atemaktivität des Patienten zu bestimmen, wobei das Maß für die Atemunterstützung ein Maß für eine intensivere Sedierung des Patienten anzeigt, wenn die Information über die spontane Atemaktivität des Patienten eine Atemmuskelaktivität über der Soll- Atemmuskelaktivierung anzeigt. to determine and provide respiratory muscle flow or respiratory muscle pressure caused by the patient's spontaneous respiratory activity, the control unit (14) being designed to determine the measure of respiratory support based on the information about the spontaneous respiratory activity of the patient, the measure of respiratory support being a indicates a measure of more intense sedation of the patient when the patient's spontaneous respiratory activity information indicates respiratory muscle activity above the target respiratory muscle activation.
36. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 35, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um basierend auf der zweiten Information in Reaktion auf das Maß für die Atemunterstützung eine Schätzung für eine Stimulationsimpulsantwort des Patienten durchzuführen. 36. The device (10) according to any one of claims 27 to 35, wherein the control unit (14) is designed to based on the second information in response to the measure of respiratory support to estimate a patient's stimulation impulse response.
37. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 36, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um die Schätzung auf der Grundlage eines Stimulationsmanövers zu bestimmen. 37. The device (10) according to claim 36, wherein the control unit (14) is configured to determine the estimation on the basis of a stimulation maneuver.
38. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 37, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um zu der ersten und der zweiten Information jeweils eine Zuverlässigkeit zu bestimmen und anzuzeigen, wenn die Zuverlässigkeit unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. 38. The device (10) according to any one of claims 27 to 37, wherein the control unit (14) is designed to determine a reliability for the first and the second information and to indicate when the reliability falls below a predetermined threshold.
39. Beatmungsgerät (470), Stimulator (460), und/oder Sensoreinheit mit einer Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 27 bis 38. 39. Respirator (470), stimulator (460), and/or sensor unit with a device (10) according to one of claims 27 to 38.
40. Vorrichtung (10) zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten, mit ein oder mehreren Schnittstellen (12), die zum Informationsaustausch mit einer Beatmungseinheit und einer Sensoreinheit ausgebildet sind und einer Kontrolleinheit (14), die ausgebildet ist, zum 40. Device (10) for stimulative ventilation support of a patient, with one or more interfaces (12) which are designed to exchange information with a ventilation unit and a sensor unit and a control unit (14) which is designed for
• Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten; • detecting information about a time profile of an activation signal of the patient's respiratory muscles;
• Stimulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. • Stimulate the respiratory muscles in time alignment with the activation signal for muscular respiratory support of the patient.
41. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 40, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um zum Erfassen der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals ein 41. The device (10) according to claim 40, wherein the control unit (14) is designed to detect the information about the time profile of the activation signal
Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, und ein Bestimmen des Aktivierungssignals für die Atemmuskulatur des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des vom Patienten selbst geleisteten Anteils an der Atemarbeit, durchzuführen. detecting information about a time profile of a portion of the breathing work performed by the patient himself, and determining the activation signal for the patient's respiratory muscles based on the information about the time profile of the portion of the breathing work performed by the patient himself.
42. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 oder 41 , wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine untere Aktivierungsschwelle für das Stimulieren zu bestimmen und zu berücksichtigen, wobei bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur oberhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung der Atemmuskulatur erfolgt und bei einem Stimulieren der Atemmuskulatur unterhalb der Aktivierungsschwelle eine Aktivierung zumindest reduziert ist oder ausbleibt. 42. The device (10) according to one of claims 40 or 41, wherein the control unit (14) is designed to determine and take into account a lower activation threshold for the stimulation activation of the respiratory muscles occurs when the respiratory muscles are stimulated above the activation threshold, and activation is at least reduced or absent when the respiratory muscles are stimulated below the activation threshold.
43. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Stimulieren in einer Mitkopplung mit dem Aktivierungssignal und/oder proportional zu dem Aktivierungssignal durchzuführen. 43. The device (10) according to any one of claims 40 to 42, wherein the control unit (14) is designed to carry out the stimulation in a positive feedback with the activation signal and/or proportionally to the activation signal.
44. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 bis 43, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Stimulationswirkung zu bestimmen. 44. The device (10) according to any one of claims 40 to 43, wherein the control unit (14) is designed to determine a stimulation effect.
45. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 bis 44, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um als Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten Information über zumindest ein Element aus der Gruppe von 45. The device (10) according to any one of claims 40 to 44, wherein the control unit (14) is designed to, as information about the time course of the activation signal of the patient's respiratory muscles, information about at least one element from the group of
• einem Muskeldruck, Pmus, • a muscle pressure, Pmus,
• einem spontanen Muskeldruck, Pspon, • a spontaneous muscle pressure, Pspon,
• einem von der Muskulatur des Patienten verursachten Atemgasfluss, Flowmus, • a respiratory gas flow caused by the patient's muscles, Flowmus,
• einem von der Muskulatur des Patienten spontan verursachten Atemgasfluss, Flowspon, • a respiratory gas flow spontaneously caused by the patient's muscles, Flowspon,
• einer vom Patienten selbst geleisteten Atemarbeit, WOB, • a work of breathing performed by the patient himself, WOB,
• und einer vom Patienten selbst geleisteten spontanen Atemarbeit, WOBspon, zu bestimmen. • and a spontaneous work of breathing, WOBspon, performed by the patient himself.
46. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 bis 45, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um den Patienten parallel pneumatisch als Proportionalbeatmung zu beatmen. 46. The device (10) according to any one of claims 40 to 45, wherein the control unit (14) is designed to ventilate the patient pneumatically in parallel as proportional ventilation.
47. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 40 bis 46, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um eine Intensität des Stimulierens basierend auf einem vorbestimmten Grad einzustellen. 47. The device (10) according to any one of claims 40 to 46, wherein the control unit (14) is designed to measure an intensity of the Adjust pacing based on a predetermined level.
48. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 47, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um den vorbestimmten Grad über ein Verhältnis aus Stimulationsintensität und Aktivierungssignal oder aus48. The device (10) according to claim 47, wherein the control unit (14) is designed to the predetermined degree via a ratio of stimulation intensity and activation signal or off
Stimulationsintensität und geschätzter Atemanstrengung, Pmus, zu bestimmen. stimulation intensity and estimated respiratory effort, Pmus.
49. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 48, wobei der Grad ein Verhältnis zwischen einer stimulierten Atemaktivität und einer spontanen Atemaktivität des Patienten festlegt und wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um die spontane Atemaktivität des Patienten basierend auf der Information über den zeitlichen Verlauf des Aktivierungssignals der Atemmuskulatur des Patienten zu ermitteln. 49. The device (10) according to claim 48, wherein the degree defines a ratio between a stimulated respiratory activity and a spontaneous respiratory activity of the patient and wherein the control unit (14) is designed to monitor the patient's spontaneous respiratory activity based on the information about the temporal To determine the course of the activation signal of the respiratory muscles of the patient.
50. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 49, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um ein Stimulationssignal basierend auf dem Verhältnis zwischen der stimulierten Atemaktivität und der spontanen Atemaktivität des Patienten und einer Aktivierungsimpulsantwort der Muskulatur des Patienten zu ermitteln. 50. The device (10) according to claim 49, wherein the control unit (14) is designed to determine a stimulation signal based on the relationship between the stimulated respiratory activity and the spontaneous respiratory activity of the patient and an activation impulse response of the patient's muscles.
51. Die Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 50, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, um das Stimulationssignal durch inverse Faltung eines gewünschten durch Stimulation hervorgerufenen Aktivierungssignals, EMGstim, mit der Aktivierungsimpulsantwort zu ermitteln. 51. The device (10) according to claim 50, wherein the control unit (14) is designed to determine the stimulation signal by inverse convolution of a desired stimulation-induced activation signal, EMGstim, with the activation impulse response.
52. Die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 49 bis 51, wobei die Kontrolleinheit (14) ausgebildet ist, 52. The device (10) according to any one of claims 49 to 51, wherein the control unit (14) is designed
• um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemmuskeldruck, Pspon, · und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten• Spontaneous respiratory activity as a respiratory muscle pressure, Pspon, produced spontaneously by the patient and stimulated respiratory activity as one produced by stimulation
Atemmuskeldruck, Pstim, zu ermitteln, respiratory muscle pressure, Pstim, to determine
• um die spontane Atemaktivität als einen vom Patienten spontan erzeugten Atemgasfluss, Flowspon, • to describe the spontaneous respiratory activity as a respiratory gas flow spontaneously generated by the patient, Flowspon,
• und die stimulierte Atemaktivität als einen durch Stimulation erzeugten Atemgasfluss, Flowstim, zu ermitteln, und/oder • um die spontane Atemaktivität als eine vom Patienten spontan erzeugte Atemarbeit, WOBspon, • and to determine the stimulated respiratory activity as a respiratory gas flow generated by stimulation, Flowstim, and/or • to describe spontaneous breathing activity as work of breathing spontaneously generated by the patient, WOBspon,
• oder deren zeitliche Ableitung, dWOBspon/dt, • or their time derivative, dWOBspon/dt,
• und die stimulierte Atemaktivität als eine durch Stimulation erzeugte Atemarbeit, WOBstim, • and the stimulated respiratory activity as a stimulation-induced work of breathing, WOBstim,
• oder deren zeitliche Ableitung, dWOBstim/dt, zu ermitteln. • or to determine its time derivative, dWOBstim/dt.
53. Verfahren (20) zur Bestimmung eines Zustands einer Atemmuskulatur eines Patienten, mit 53. Method (20) for determining a state of a patient's respiratory muscles, with
• Stimulieren der Atemmuskulatur des Patienten mit einem Stimulationssignal; • Stimulating the patient's respiratory muscles with a stimulation signal;
• Erfassen eines Aktivierungssignals als Reaktion auf das Stimulieren; • detecting an activation signal in response to the pacing;
• Bestimmen eines oder mehrerer Zustandsparameter für die Atemmuskulatur basierend auf dem Stimulationssignal und dem Aktivierungssignal. • Determining one or more condition parameters for the respiratory muscles based on the stimulation signal and the activation signal.
54. Verfahren (20) zum Beatmen eines Patienten, mit 54. Method (20) for ventilating a patient, with
• Erfassen eines Maßes für einen vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung; • detecting a measure of a portion of the ventilation performed by the patient himself;
• Bestimmen eines Maßes für eine Belastbarkeit des Patienten; • determining a measure of the patient's ability to exercise;
• Beeinflussen des vom Patienten selbst geleisteten Anteils and der Beatmung; und • Influencing the patient's own contribution to ventilation; and
• Unterstützen des Patienten bei der Beatmung basierend auf dem Maß für den vom Patienten selbst geleisteten Anteil an der Beatmung und basierend auf dem Maß für die Belastbarkeit des Patienten. • Assist the patient with ventilation based on a measure of the patient's contribution to ventilation and based on a measure of the patient's exercise capacity.
55. Verfahren (20) ) für eine Komponente (100) eines Beatmungssystems zur Atemunterstützung eines Patienten, mit 55. Method (20)) for a component (100) of a ventilation system for respiratory support of a patient, with
• Ermitteln einer ersten Information über eine Soll-Atemmuskelaktivierung des Patienten; • Determining a first piece of information about a target respiratory muscle activation of the patient;
• Ermitteln einer zweiten Information über eine Ist-Atemmuskelaktivierung des Patienten; und • determining second information about an actual respiratory muscle activation of the patient; and
• Bestimmen eines Maßes für eine Atemunterstützung des Patienten basierend auf der ersten Information und basierend auf der zweiten Information. • determining a measure of respiratory support for the patient based on the first information and based on the second information.
56. Verfahren (20) zur stimulativen Beatmungsunterstützung eines Patienten,56. Method (20) for stimulative ventilation support of a patient,
• mit Erfassen von Information über einen zeitlichen Verlauf eines Aktivierungssignals einer Atemmuskulatur des Patienten; und• with acquisition of information about a time course of an activation signal of a respiratory musculature of the patient; and
• timulieren der Atemmuskulatur in zeitlicher Ausrichtung zu dem Aktivierungssignal zur muskulären Beatmungsunterstützung des Patienten. • stimulate the respiratory muscles in time alignment with the activation signal to support the patient's muscular ventilation.
57. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der57. Computer program with a program code for carrying out one of
Verfahren (20) gemäß einem der Ansprüche 53 bis 56. A method (20) according to any one of claims 53 to 56.
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