WO2002083221A2 - Method of controlling the desired pressure of a device used for carrying out cpap therapy and device for carrying out cpap therapy - Google Patents
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- WO2002083221A2 WO2002083221A2 PCT/DE2002/001425 DE0201425W WO02083221A2 WO 2002083221 A2 WO2002083221 A2 WO 2002083221A2 DE 0201425 W DE0201425 W DE 0201425W WO 02083221 A2 WO02083221 A2 WO 02083221A2
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Definitions
- This invention relates to a method for controlling the target pressure of a device for performing the CPAP therapy according to the preambles of claims 1, 8 or 14 and a device for performing the CPAP therapy for performing these methods.
- CPAP continuous positive airway pressure
- the CPAP therapy is in Chest. Volume No. 110, pages 1077-1088, October 1996 and Sleep, Volume No. 19, pages 184-188.
- a CPAP device uses a compressor, preferably a humidifier, a hose and a nasal mask, to apply a positive pressure of up to about 30 mbar in the patient's airways. This overpressure is intended to ensure that the upper respiratory tract remains fully open throughout the night and thus no obstructive breathing disorders (apneas) occur (DE 19849 571 A1).
- the CPAP device 1 shows the CPAP device 1 and a patient 19.
- the CPAP device in turn comprises a compressor 4, a ventilation hose 9, a ventilation mask 18, a pressure sensor 11 and a flow sensor 16.
- the compressor contains a turbine 8 to generate excess pressure.
- the pressure sensor 11, which is located in the compressor housing is connected to the respiratory mask 18 via a pressure measuring tube 10 in order to measure the actual pressure in the respiratory mask.
- the pressure sensor can also be located in the respiratory mask and can be connected to the compressor housing via electrical lines.
- One or more small holes 2 are made in or near the mask, so that an air flow from the compressor to the holes arises on average over time. This prevents the accumulation of CO 2 in the ventilation tube 19 and enables the patient to breathe.
- the speed of the turbine 8 is regulated so that the actual pressure corresponds to a predetermined target pressure.
- the setpoint pressure is conventionally preset under the supervision of a doctor and is referred to as the titration pressure.
- the flow sensor can e.g. B. be a sensor with heating wire 17, which delivers its measurement signal via measurement line 15 to a controller in the compressor housing.
- the CPAP- A device can be provided with a constriction in the breathing tube for the respiratory flow measurement, the differential pressure being measured via the constriction.
- the pressure sensors can be arranged directly in the ventilation hose or connected to it via further pressure measurement hoses.
- the controller can also take over pressure control.
- Control procedures for CPAP devices have therefore been developed that lower the set pressure as much as possible.
- Such a control is known from WO00 / 24446. This control is based on an algorithm in which at least three pressure values are set in succession during an “AutoSef” operation. If the tidal volume is independent of the set pressures, the pressures were too high. If the tidal volume increases with the set pressures, the pressures were too low.
- the optimal pressure results from the point of intersection of the straight line through points in an area in which the tidal volume increases linearly with the pressure and a parallel to the pressure axis through points where the tidal volume is independent of the pressure.
- BiPAP devices and multilevel devices were also developed. These devices have the property of helping the patient to breathe by lowering the pressure when exhaling and increasing the pressure when inhaling. So these devices work with at least two pressure levels.
- WO 94/23780 describes a method for controlling the pressure of a CPAP device. If there are no breathing disorders during sleep, the pressure is gradually reduced. If sleep disorders such as apneas, hypopneas or snoring occur, the pressure is increased. Obstructive and central apneas are distinguished at a frequency of 5 Hz due to deliberately created pressure fluctuations.
- US 5,335,654 describes a similar process. It determines the respiratory flow limitation that occurs in hypopneas based on the shape of the respiratory flow during inspiration. If the course of the respiratory flow shows a plateau or a flat area or if it deviates from a sinus shape, this is interpreted as hypopnea.
- EP 0 934 723 A1 contains a similar disclosure.
- DE 691 32 030 T2 also describes a control method for printing a pressure system for respiratory tracts.
- the pressure is raised by a valve during inhalation and reduced during exhalation.
- the valve is controlled so that the pressure is kept constant during inhalation and exhalation. If the valve position changes only slowly during an inhalation process, this is interpreted as the end of the inhalation process.
- Inaudible vibrations or changes in pressure can be evaluated to determine whether the patient's breathing is regular, irregular, or apneic.
- the duration of inhalation and exhalation as well as the flow velocities can be determined. This information can be stored in a memory.
- admittance can be calculated from respiratory flow divided by pressure. The time course of the admittance can be compared with stored admittance schemes. The number of the most appropriate admittance scheme can be used as a "pointer" for a table that contains the action to be performed, such as a pressure increase.
- EP 0 612 257 B1 also describes an auto-CPAP system that detects apneas, hypopneas and unstable breathing in order to adjust the pressure.
- a large change in respiratory parameters is defined as a coefficient of variation value of 0.3 or more for 4 or more of the defined features such as: B. Inspiration time, total duration of a breath, mean inhalation flow, peak inhalation flow and roundness in 5 or 10 breaths.
- Hypoventilation is defined as five consecutive breaths with an average inspiratory flow of less than 40% of the predicted supine mean inspiratory flow when awake.
- Apnea is defined by the fact that there is no change in the breathing phase for 10 seconds.
- Flatness is defined as the relative deviation of the observed airflow from the mean airflow. to
- WO 99/24099 also describes a control method for an auto-CPAP device that takes into account apneas, hypopneas, reduced respiratory flow and snoring.
- the snoring signal is obtained by bandpass filtering the respiratory flow signal with a lower cutoff frequency of 30 Hz and an upper cutoff frequency of 100 Hz.
- a flow limitation index is calculated as an RMS deviation over the middle range of the (normalized inhaled air flow-1).
- the respiratory flow signal is fed to a band-limited differentiator. If the output signal of the differentiator exceeds an inhalation threshold or falls below an exhalation threshold, an exhalation detection signal or an inhalation detection signal is determined.
- WO 00/27457 relates to error diagnosis in CPAP devices. If the pressure remains below 2 mbar for more than 0.3 seconds at an engine speed of more than 12,000 revolutions per minute, an error is detected.
- the wearing of the face mask of a CPAP device is determined on the basis of the height of the air flow.
- EP 0 934 723 A1 also relates to the control of a CPAP device based on the detection of apneas and partial occlusion of the upper respiratory tract.
- fuzzy variables indicate membership in a set.
- the quantity corresponds to a specific operating state of the device to be controlled.
- fuzzy logic it is possible to design a controller taking into account a limited number of typical operating states. Fuzzy logic provides a formalism for interpolation between the states considered.
- the object of the invention is to specify methods for controlling the target pressure of a CPAP device and a CPAP device for carrying out the methods, which allow a CPAP target pressure that is optimal for a patient to be set on the basis of the recorded respiratory flow profile of a patient.
- 1 shows a device for performing CPAP therapy
- the control method first calculates features from a measured respiratory flow curve and a measured actual pressure curve of a CPAP device, which are described under section 1 "Features”. Special combinations of the features are combined to form detectors, which are discussed in Section 2 "Detectors”. Flags are set in the detectors when they detect an event. The control process then changes the target pressure based on the event flags of the detectors, which is explained in section 3 "Control Process”.
- the control method has three different states, namely a normal state, a sensitive state and a leak state, between which it is possible to switch back and forth.
- Some detectors operate in a sensitive state with parameters that deviate from the normal state.
- the control process changes to the sensitive state when the control process lowers pressure in the normal state. By selecting the parameters for the sensitive state, the control process reacts faster if the actual CPAP pressure is too low. If there is a leak, the system changes to the leak state.
- FIG. 2 shows 50 seconds above the respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2 (NREM: non rapid eye movement).
- NREM non rapid eye movement
- the various sleep stages are described in "A manual of standardized terminology, techniques and scoring systems for sleep stages of human subjects" by Rechtschaffen, A., Kales, A. (eds.), NIH publ NO. 204, U.S. Government Printing Office, Washington D. O, 1968.
- a high flow above indicates inspiration and a low flow (below) expiration.
- a distinct flank can be seen in the respiratory flow, which is used to detect individual breaths.
- the first and second derivatives of the respiratory flow curve are estimated to detect the flanks.
- the first derivative is shown in Fig. 2 below. Owing to
- Noise in the respiratory flow curve is not just derived from the respiratory flow curve, but also low pass filtered.
- the derivation and low-pass filtering takes place in one filter step by suitable selection of the coefficients of a digital filter.
- the local maxima of the first derivative correspond to the maximum slope of the respiratory flow during the transition between inspiration and expiration. From the end of the inspiration, the beginning of the inspiration is sought by looking for the first local minimum in the estimated derivative.
- the middle curve in FIG. 2 shows the automatically detected points in time, which are marked by vertical lines.
- the expiration time results from the time difference between a minimum of the estimated derivative and the previous maximum of the estimated derivative. An expiration time is also entered with the reference symbol EL in FIG. 7.
- FIG. 3 An example of a 50-second section of a respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2 can be seen in FIG. 3 above.
- the most recent selected breath is shown in the middle.
- the cross-correlation function between the data series above and the individual breathing pattern is shown in the lower curve.
- the correlation curve has values between one and minus one, the correlation becoming one if the two breaths match each other and equaling minus one if the curves are negatively correlated, i.e. when a peak in the breathing pattern exactly matches a valley in the data piece under consideration.
- another dependency measure such as e.g. B. mutual information can be used.
- the correlation curve shows whether breathing is regular and whether there are no breaths. If the successive breathing patterns are similar, then the correlation curve has a periodic course with local maxima close to one and local minima close to minus one.
- the backward correlation is the mean value over a certain number of local maxima of the correlation curve before the current point in time. The backward correlation is a measure of how well the most recent breathing cycle matches the previous breathing cycles. The backward correlation is between 0 and 1.
- the upper area of FIG. 4 shows the respiratory flow curve of a patient in stage NREM 2.
- the lower area of FIG. 4 shows the difference between one and the local maxima of a correlation curve, which was calculated from the respiratory flow curve shown in FIG. 4 above. The higher the value of the lower curve in FIG. 4, the more the current breathing cycle deviates from the corresponding past breathing cycle.
- FIG. 5 corresponds to FIG. 4, but the respiratory flow curve now comes from the REM sleep stage (REM: rapid eye movement).
- REM rapid eye movement
- the inspiration volume is hatched in FIG. 7 as area IV in a respiratory flow curve.
- the short vertical lines in FIG. 7 mark the beginning of inspiration, the long vertical lines end of inspiration.
- the inspiration volume can be standardized to the length of the inspiration.
- the mean curvature of the respiratory flow during inspiration is calculated.
- the first derivative of the respiratory flow during inspiration is estimated, i.e. additionally subjected to low-pass filtering.
- a straight line is then fitted to the estimated first derivative. The slope of this fitted straight line gives the mean curvature of the inspiration.
- Snoring is caused by vibration of the walls of the upper respiratory tract. It has been shown that the number of zero crossings in the alternating component of the actual CPAP pressure is a reliable characteristic for snoring.
- a typical CPAP device 1 has a pressure control loop in which the turbine speed is controlled so that the pressure in the breathing mask 18 largely corresponds to a predetermined target pressure.
- Some CPAP devices have faster pressure regulation, which is able to compensate for the pressure differences caused by the patient's breathing. With other CPAP devices, the actual pressure fluctuates with the patient's breathing.
- the pressure control of a typical CPAP device is not so fast that it would be able to control snoring noises.
- FIG. 6 A section of a respiratory flow signal is shown in FIG. 6 above, the associated CPAP actual pressure is shown below.
- the curve below shows the variance of the actual CPAP pressure per breath.
- the variance increases significantly when the actual CPAP pressure is changed by the patient snoring in the range of 30 to 40 seconds. In one embodiment, the variance is therefore used to detect snoring.
- the actual pressure signal can be high-pass filtered before the variance is calculated in order to eliminate pressure fluctuations caused by breathing. In the preferred embodiment, however, the number of zero crossings in the alternating component of the actual CPAP pressure is used. It is the more robust feature when using CPAP devices with slower pressure control.
- the zero crossings are only counted during the inspiration phase so that the control reacts to inspiratory snoring.
- the snoring feature is used indirectly in the control, ie if snoring is present, the respiratory flow limitation and hypopneas are taken into account more by adding a snoring bonus to the respective features.
- Flags are set in the detectors when they detect an event.
- the control method then changes the pressure on the basis of the event flags of the detectors.
- Table 2 Parameters for the respiratory arrest detector in the normal state and in the sensitive state (see section 3 control procedure)
- the max_no_breath_time value corresponds to a time of 2 minutes at the sampling rate of 100 Hz used here.
- the expiration time is used for apnea detection.
- the apnea detector does the following: 1. Detection of respiratory arrests: there is a respiratory arrest if the expiration time is greater than exp_schwelle_in_sec.
- the non-normalized mean inspiration volume, the backward correlation and the snoring feature are used for hypopnea detection.
- n_insp_vol_breaths breaths the change in the inspiration volumes of the first half of the n_insp_vol_breaths breaths compared to the second half of the n_insp_vol_breaths breaths is calculated. 2. If snoring is additionally detected in the first half of the n_insp_vol_breaths breaths, then the snoring_volume_bonus is added to the change in the inspiration volume.
- a hypopnea event occurs if minjumps hypopneas are found in the last n_breaths breaths.
- hypopneas can change the start of stable breathing detection. After n_hypopnoen_reset_normal Hypopnoen, the detection of stable breathing begins again with the normal detector.
- the snoring characteristic, the mean curvature and the backward correlation are used for the detection of respiratory flow limitation.
- curvatureShort_schwelle breaths it is checked whether the snoring characteristic is above the schnarch_min_schwelle threshold. If this is the case, the curvatureShort_snoring_bonus is added to the curvature characteristic.
- curvatureShort_schwelle breaths are counted how often both the curvature feature exceeds the curvatureShort_mean_schwelle threshold and the backward correlation exceeds the curvatureShort_correlation_schwelle threshold.
- Table 7 Parameters for the detection of weak respiratory flow limitation with stable breathing in a sensitive state
- curvatureLong_schwelle breaths it is checked whether the snoring characteristic is above the schnarch_min_schwelle threshold. If this is the case, the curvatureLong_snoring_bonus is added to the curvature characteristic.
- curvatureLong_schwelle breaths are counted how often the curvature characteristic exceeds the threshold of curvatureLong_mean_schwelle.
- the threshold can be set equal to curvatureLong_medium_mean_schwelle or equal to curvatureLong_high_mean_schwelle. This will be discussed later in the
- Table 8 Parameters for the detection of respiratory flow limitation with stable and unstable breathing in the normal state
- Table 9 Parameters for the detection of respiratory flow limitation with stable and unstable breathing in a sensitive state
- the Wilcoxon rank sum test is used to detect the increase in the respiratory flow limitation feature.
- the Curvature After Pressure Down Detector is only used in the sensitive state.
- the Wilcoxon - Rank Sum Test is in the process of being hardened: Statistics, textbook and handbook of applied statistics, Oldenburg-Verlag, Kunststoff 1999 and in D.R. Cox, C.V. Hinkley: Theoretical Statistics, Chapman & Hall 1974.
- the rank of the curvature features is determined for the last n_curv_breaths breaths.
- the correlation feature is used to identify stable breathing.
- the normal detector does the following:
- a leak can already result from the mask sliding relative to the patient's face.
- the mean value of the respiratory flow and the actual CPAP pressure is calculated in a data window of the width leakagejean low ime.
- the data window for leak detection is advanced with a step size of step_size.
- Table 12 Parameters for the detection of a leak state The parameters are independent of the state of the control.
- the control method has three different states, namely a normal state, a sensitive state and a leak state, between which it is possible to switch back and forth.
- Some detectors operate in a sensitive state with parameters that deviate from the normal state.
- the sensitive state of the control there is a change if the control is in the normal state lowers the pressure.
- the control reacts faster if the CPAP pressure is too low.
- the control switches to the leak state.
- the controller changes the pressure within the limits of lower_pressureJimit and upper_pressurejimit.
- the printing recommendation is determined by titration_pressure.
- the controller uses two different pressure steps for increasing the pressure: big_pressure_step and small_pressure_step. Pressure_down_step is used to lower the pressure.
- Respiratory failure detector If no breath is detected for longer than max_no_breathJime, the pressure is increased by big_pressure_step.
- Apnea event If an apnea event is determined, the pressure is increased by big_pressure_step if the current pressure is less than or equal to titration_pressure plus small_pressure_step.
- hypopnea event If a hypopnea event is detected, the pressure is increased by small_pressure_step.
- Respiratory flow limitation If the curvature long detector or the curvature short detector detects a respiratory flow limitation, the pressure is increased by small_pressure_step. The curvature after pressure down detector is not active in the normal state.
- obstructive apneas are caused by occlusion of the upper respiratory tract. You can be treated with a higher CPAP pressure.
- central apneas are based on an instruction from the brain to temporarily stop breathing. They cannot be remedied by CPAP therapy. For this reason, the parameter titration_pressure is chosen so high that experience has shown that obstructive apneas no longer occur.
- the curvature long detector increases the pressure maxNumberOfCurvatureEvents in a row
- curvatureLong_mean_schwelle curvatureLong_medium_mean_schwelle
- the system switches from the normal state to the sensitive state when the pressure drops and to the leak state when a leak occurs.
- the curvature after pressure down detector is active in the sensitive state.
- the events of the detectors are used for the pressure change.
- Respiratory failure event If no breath is detected for longer than max_no_breathJime, the pressure is increased by big_pressure_step.
- Respiratory flow limitation If the curvature long detector, the curvature short detector or the curvature after pressure down detector detects a respiratory flow limitation, the pressure is increased by small_pressure_step.
- the pressure is increased and if the pressure is less than the pressure before the last pressure drop and if the number of breaths since the last pressure drop is ⁇ n_breathsJor_restart_APDC_at_pressure_up.
- the leak detector waits for leakage_restartJlowJime seconds until it starts again with the leak detection.
- the events determined by the detectors are treated as fuzzy variables.
- the advantage of this embodiment is that the control works more continuously.
- the transition from "no event” to "event occurred” preferably takes place, that is to say the region in which the fuzzy variable increases from 0 to 1, so that the corresponding fuzzy variable reaches the value 0.5 at the limit value specified above.
- a normal event is detected or recognized the more clearly the backward correlation exceeds a threshold value (see section 2.5).
- the width of the selected transition area and the course of the transition function are of minor importance for the quality of the tax procedure.
- the normal fuzzy variable can take the value zero if the backward correlation is less than 0.82, increase linearly from 0 to 1 if the backward correlation falls in the range between 0.82 and 0.9 and be 1 if the backward correlation exceeds 0.9.
- other functions such as a suitably scaled arctan function or a probability integral ⁇ (x) can also be used to design the transition area:
- the pressure change is determined from the sum of the fuzzy variables supplied by the individual detectors and preferably weighted with coefficients.
- the coefficients take into account the fact that, for example, the pressure is increased rapidly when a breathing arrest is detected, while the target pressure of the CPAP device is increased more slowly when the breathing flow is limited. As a result, for example, the coefficient for the apnea fuzzy variable will be greater than that for the respiratory flow limitation fuzzy variable.
- only some of the detectors can deliver fuzzy variables as results.
- fuzzy variables is particularly advantageous in the case of the hypopnea detector, the curvature long detector, the curvature short detector and the curvature after pressure down detector.
- fuzzy variables does not seem to make much sense in the leak state, since the leak state is not an orderly operation of the CPAP device, but an exceptional state.
- intermediate results that occur in the detection of events in the detectors are also implemented as fuzzy variables. This applies in particular to the decision whether one of two breath stops lasts longer than long_apnoeJimeJn_sec, whether three breath stops are consecutive (section 2.2), whether the snoring feature is fulfilled, whether both the curvature feature and the correlation feature exceed a corresponding threshold (section 2.4.1 ) and whether the curvature characteristic exceeds CurvatureLong_mean_schwelle (section 2.4.2).
- the target pressure control method according to the invention described above can also be used in BiPAP devices and in multilevel devices.
- the setpoint pressure determined according to the control method can be used as the higher pressure in BiPAP devices or the highest pressure in multilevel devices.
- the pressure determined according to a control method according to the invention specifies the time average of the pressures generated by a BiPAP or multilevel device.
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Abstract
Description
Verfahren zum Steuern des Solldrucks eines Geräts zum Durchführen der CPAP-Therapie sowie ein Gerät zur Durchführung der CPAP-Therapie Method for controlling the target pressure of a device for performing the CPAP therapy and a device for performing the CPAP therapy
Diese Erfindung betrifft ein Ver ahren zum Steuern des Solldrucks eines Geräts zur Durchführung der CPAP-Therapie gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 , 8 oder 14 sowie ein Gerät zur Durchführung der CPAP-Therapie zur Durchführung dieser Verfahren.This invention relates to a method for controlling the target pressure of a device for performing the CPAP therapy according to the preambles of claims 1, 8 or 14 and a device for performing the CPAP therapy for performing these methods.
Bekannt sind Geräte zur Durchführung der CPAP (continuous positive airway pressure)-Therapie. Die CPAP-Therapie wird in Chest. Volume No. 110, Seiten 1077-1088, Oktober 1996 und Sleep, Volume No. 19, Seiten 184-188 beschrieben. Ein CPAP-Gerät appliziert mittels eines Kompressors, vorzugsweise über einen Luftbefeuchter, über einen Schlauch und eine Nasenmaske einen positiven Überdruck bis zu etwa 30 mbar in den Atemwegen des Patienten. Dieser Überdruck soll gewährleisten, dass die oberen Atemwege während der gesamten Nacht vollständig geöffnet bleiben und somit keine obstruktiven Atmungsstörungen (Apnoen) auftreten (DE 19849 571 A1).Devices for carrying out CPAP (continuous positive airway pressure) therapy are known. The CPAP therapy is in Chest. Volume No. 110, pages 1077-1088, October 1996 and Sleep, Volume No. 19, pages 184-188. A CPAP device uses a compressor, preferably a humidifier, a hose and a nasal mask, to apply a positive pressure of up to about 30 mbar in the patient's airways. This overpressure is intended to ensure that the upper respiratory tract remains fully open throughout the night and thus no obstructive breathing disorders (apneas) occur (DE 19849 571 A1).
Fig. 1 zeigt CPAP-Gerät 1 und einen Patienten 19. Das CPAP-Gerät wiederum umfasst einen Kompressor 4, einen Beatmungsschlauch 9, eine Beatmungsmaske 18, einen Drucksensor 11 sowie einen Flusssensor 16. Zur Erzeugung eines Überdrucks enthält der Kompressor eine Turbine 8. Bei dem dargestellten CPAP- Gerät ist der Drucksensor 11 , der sich im Kompressorgehäuse befindet, über einen Druckmessschlauch 10 mit der Beatmungsmaske 18 verbunden, um den Istdruck in der Beatmungsmaske zu messen. Der Drucksensor kann sich aber auch in der Beatmungsmaske befinden und mit dem Kompressorgehäuse über elektrische Leitungen verbunden sein. In oder nahe bei der Maske sind ein oder mehrere kleine Löcher 2 angebracht, so dass im zeitlichen Mittel ein Luftstrom vom Kompressor zu den Löchern entsteht. Dies verhindert die Anreicherung von CO2 in Beatmungsschlauch 19 und ermöglicht dem Patienten das Atmen. Die Drehzahl der Turbine 8 wird so geregelt, dass der Istdruck mit einem vorgegebenen Solldruck übereinstimmt. Der Solldruck wird herkömmlicherweise unter Aufsicht eines Arztes voreingestellt und als Titrationsdruck bezeichnet. Der Flusssensor kann z. B. ein Sensor mit Heizdraht 17 sein, der sein Messsignal über Messleitung 15 an einen Controller im Kompressorgehäuse liefert. Bei einer anderen Bauform des CPAP- Geräts kann für die Atemflussmessung eine Verengung im Beatmungsschlauch vorgesehen sein, wobei der Differenzdruck über die Verengung gemessen wird. Die Drucksensoren können direkt im Beatmungsschlauch angeordnet sein oder mit diesem über weitere Druckmessschläuche verbunden werden. Der Controller kann auch die Druckregelung übernehmen.1 shows the CPAP device 1 and a patient 19. The CPAP device in turn comprises a compressor 4, a ventilation hose 9, a ventilation mask 18, a pressure sensor 11 and a flow sensor 16. The compressor contains a turbine 8 to generate excess pressure. In the CPAP device shown, the pressure sensor 11, which is located in the compressor housing, is connected to the respiratory mask 18 via a pressure measuring tube 10 in order to measure the actual pressure in the respiratory mask. However, the pressure sensor can also be located in the respiratory mask and can be connected to the compressor housing via electrical lines. One or more small holes 2 are made in or near the mask, so that an air flow from the compressor to the holes arises on average over time. This prevents the accumulation of CO 2 in the ventilation tube 19 and enables the patient to breathe. The speed of the turbine 8 is regulated so that the actual pressure corresponds to a predetermined target pressure. The setpoint pressure is conventionally preset under the supervision of a doctor and is referred to as the titration pressure. The flow sensor can e.g. B. be a sensor with heating wire 17, which delivers its measurement signal via measurement line 15 to a controller in the compressor housing. With another design of the CPAP- A device can be provided with a constriction in the breathing tube for the respiratory flow measurement, the differential pressure being measured via the constriction. The pressure sensors can be arranged directly in the ventilation hose or connected to it via further pressure measurement hoses. The controller can also take over pressure control.
Es hat sich herausgestellt, dass die Patienten den vom CPAP-Gerät erzeugten Überdruck als unangenehmen Widerstand empfanden, gegen den sie ausatmen mussten. Es wurden deshalb Steuerverfahren für CPAP-Geräte entwickelt, die den Solldruck so weit wie möglich absenken. Eine solche Steuerung ist aus der WO00/24446 bekannt. Dieser Steuerung liegt ein Algorithmus zugrunde bei dem während eines „AutoSef'-Betriebs nacheinander mindestens drei Druckwerte eingestellt werden. Ist das Atemzugvolumen unabhängig von den eingestellten Drücken, so waren die Drücke zu hoch. Steigt das Atemzugvolumen mit den eingestellten Drücken an, so waren die Drücke zu niedrig. Nach dieser Schrift ergibt sich der optimale Druck aus dem Schnittpunkt der Geraden durch Punkte in einem Bereich, in dem das Atemzugvolumen linear mit dem Druck ansteigt sowie einer Parallelen zur Druckachse durch Punkte, bei denen das Atemzugvolumen unabhängig vom Druck ist.It was found that the patients felt the overpressure generated by the CPAP device as an unpleasant resistance against which they had to exhale. Control procedures for CPAP devices have therefore been developed that lower the set pressure as much as possible. Such a control is known from WO00 / 24446. This control is based on an algorithm in which at least three pressure values are set in succession during an “AutoSef” operation. If the tidal volume is independent of the set pressures, the pressures were too high. If the tidal volume increases with the set pressures, the pressures were too low. According to this document, the optimal pressure results from the point of intersection of the straight line through points in an area in which the tidal volume increases linearly with the pressure and a parallel to the pressure axis through points where the tidal volume is independent of the pressure.
Um den als unangenehm empfundenen Überdruck zu reduzieren wurden ferner BiPAP-Geräte und Multilevel-Geräte entwickelt. Diese Geräte haben die Eigenschaft, den Patienten beim Atmen dadurch zu unterstützen, dass beim Ausatmen der Druck abgesenkt und beim Einatmen der Druck wieder erhöht wird. Diese Geräte arbeiten also mit mindestens zwei Druckniveaux.In order to reduce the uncomfortable overpressure, BiPAP devices and multilevel devices were also developed. These devices have the property of helping the patient to breathe by lowering the pressure when exhaling and increasing the pressure when inhaling. So these devices work with at least two pressure levels.
Die WO 94/23780 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung des Drucks eines CPAP- Geräts. Falls keine Atmungsstörungen während des Schlafes auftreten, wird der Druck allmählich abgesenkt. Falls Schlafstörungen wie Apnoen, Hypopnoen oder Schnarchen auftreten wird der Druck erhöht. Obstruktive und zentrale Apnoen werden aufgrund von absichtlich erzeugten Druckschwankungen mit einer Frequenz von 5 Hz unterschieden.WO 94/23780 describes a method for controlling the pressure of a CPAP device. If there are no breathing disorders during sleep, the pressure is gradually reduced. If sleep disorders such as apneas, hypopneas or snoring occur, the pressure is increased. Obstructive and central apneas are distinguished at a frequency of 5 Hz due to deliberately created pressure fluctuations.
Die US 5,335,654 beschreibt ein ähnliches Verfahren. Es bestimmt die bei Hypopnoen auftretende Atemflusslimitation aufgrund der Form des Atemflussverlaufs während der Inspiration. Weist der Atemflussverlauf ein Plateau oder einen flachen Bereich auf oder weicht er von einer Sinusform ab, wird dies als Hypopnoe interpretiert.US 5,335,654 describes a similar process. It determines the respiratory flow limitation that occurs in hypopneas based on the shape of the respiratory flow during inspiration. If the course of the respiratory flow shows a plateau or a flat area or if it deviates from a sinus shape, this is interpreted as hypopnea.
Eine ähnliche Offenbarung enthält die EP 0 934 723 A1.EP 0 934 723 A1 contains a similar disclosure.
Auch die DE 691 32 030 T2 beschreibt ein Steuerverfahren für den Druck eines Drucksystems für Atmungswege. Der Druck wird durch ein Ventil während des Einatmens angehoben und während des Ausatmens abgesenkt. Das Ventil wird so gesteuert, dass der Druck während des Einatmens und während des Ausatmens konstant gehalten wird. Verändert sich die Ventilstellung während eines Einatemvorgangs nur mehr langsam, wird dies als Ende des Einatemvorgangs interpretiert. Nicht hörbare Schwingungen oder Druckänderungen können ausgewertet werden um zu bestimmen, ob die Atmung des Patienten regelmäßig, unregelmäßig oder apneisch ist. Darüber hinaus kann die Dauer des Ein- und Ausatmens sowie die Strömungsgeschwindigkeiten bestimmt werden. Diese Informationen können in einem Speicher gespeichert werden. Schließlich kann eine Admittanz aus Atemfluss dividiert durch Druck berechnet werden. Der zeitliche Verlauf der Admittanz kann mit gespeicherten Admittanzschemata verglichen werden. Die Nummer des am besten passenden Admittanzschemas kann als „Zeiger" für eine Tabelle verwendet werden, die die durchzuführende Aktion wie z. B. eine Druckerhöhung enthält.DE 691 32 030 T2 also describes a control method for printing a pressure system for respiratory tracts. The pressure is raised by a valve during inhalation and reduced during exhalation. The valve is controlled so that the pressure is kept constant during inhalation and exhalation. If the valve position changes only slowly during an inhalation process, this is interpreted as the end of the inhalation process. Inaudible vibrations or changes in pressure can be evaluated to determine whether the patient's breathing is regular, irregular, or apneic. In addition, the duration of inhalation and exhalation as well as the flow velocities can be determined. This information can be stored in a memory. Finally, admittance can be calculated from respiratory flow divided by pressure. The time course of the admittance can be compared with stored admittance schemes. The number of the most appropriate admittance scheme can be used as a "pointer" for a table that contains the action to be performed, such as a pressure increase.
Die EP 0 612 257 B1 beschreibt ebenfalls ein Auto-CPAP-System, das Apnoen, Hypopnoen und instabile Atmung detektiert, um den Druck einzustellen. Eine große Veränderung der Atmungsparameter ist definiert als ein Variationskoeffizientenwert von 0,3 oder mehr für 4 oder mehr der definierten Merkmale wie z. B. Inspirationszeit, Gesamtdauer eines Atemzuges, mittlerer Einatemfluss, Spitzeneinatemfluss und Rundheit in 5 oder 10 Atemzügen. Hypoventilation ist definiert als fünf aufeinanderfolgende Atemzüge mit einem mittleren Einatemfluss von weniger als 40% des vorhergesagten supinem mittlerem Einatemfluss im Wachzustand. Eine Apnoe ist dadurch definiert, dass 10 Sekunden lang keine Änderung der Atemphase stattfindet. Flachheit ist definiert als die relative Abweichung des beobachteten Atemluftflusses vom mittleren Atemluftfluss. ZurEP 0 612 257 B1 also describes an auto-CPAP system that detects apneas, hypopneas and unstable breathing in order to adjust the pressure. A large change in respiratory parameters is defined as a coefficient of variation value of 0.3 or more for 4 or more of the defined features such as: B. Inspiration time, total duration of a breath, mean inhalation flow, peak inhalation flow and roundness in 5 or 10 breaths. Hypoventilation is defined as five consecutive breaths with an average inspiratory flow of less than 40% of the predicted supine mean inspiratory flow when awake. Apnea is defined by the fact that there is no change in the breathing phase for 10 seconds. Flatness is defined as the relative deviation of the observed airflow from the mean airflow. to
Berechnung der Rundheit werden die quadrierten Unterschiede zwischen dem inCalculating the roundness, the squared differences between that in
Amplitude und Zeit normalisiertem Inspirationsatemflussprofil und einerAmplitude and time normalized inspiratory breath flow profile and one
Sinushalbwelle aufsummiert. Auch die WO 99/24099 beschreibt ein Steuerverfahren für ein Auto-CPAP-Gerät, das Apnoen, Hypopnoen, verminderten Atemfluss und Schnarchen berücksichtigt. Das Schnarchsignal wird durch Bandpassfilterung des Atemflusssignals mit einer unteren Grenzfrequenz von 30 Hz und einer oberen Grenzfrequenz von 100 Hz gewonnen. Ein Flusslimitationsindex wird als RMS-Abweichung über den mittleren Bereich des (normalisierten Einatemluftflusses-1 ) berechnet.Sine half-wave summed up. WO 99/24099 also describes a control method for an auto-CPAP device that takes into account apneas, hypopneas, reduced respiratory flow and snoring. The snoring signal is obtained by bandpass filtering the respiratory flow signal with a lower cutoff frequency of 30 Hz and an upper cutoff frequency of 100 Hz. A flow limitation index is calculated as an RMS deviation over the middle range of the (normalized inhaled air flow-1).
Gemäß der US 5,740,795 wird das Atemflusssignal einem bandbegrenzten Differentiator zugeführt. Wenn das Ausgangssignal des Differentiators eine Einatemschwelle überschreitet oder eine Ausatemschwelle unterschreitet wird ein Ausatemdetektionssignal bzw. ein Einatemdetektionssignal ermittelt.According to US Pat. No. 5,740,795, the respiratory flow signal is fed to a band-limited differentiator. If the output signal of the differentiator exceeds an inhalation threshold or falls below an exhalation threshold, an exhalation detection signal or an inhalation detection signal is determined.
Die WO 00/27457 betrifft die Fehlerdiagnose in CPAP-Geräten. Falls der Druck unter 2 mbar bei einer Motordrehzahl von mehr als 12 000 Umdrehungen pro Minute länger als 0,3 Sekunden bleibt, wird ein Fehler erkannt.WO 00/27457 relates to error diagnosis in CPAP devices. If the pressure remains below 2 mbar for more than 0.3 seconds at an engine speed of more than 12,000 revolutions per minute, an error is detected.
Gemäß der EP 0 661 071 B1 wird das Tragen der Gesichtsmaske eines CPAP- Geräts aufgrund der Höhe des Luftflusses ermittelt.According to EP 0 661 071 B1, the wearing of the face mask of a CPAP device is determined on the basis of the height of the air flow.
Auch die EP 0 934 723 A1 betrifft die Steuerung eines CPAP-Geräts aufgrund der Detektion von Apnoen und teilweisem Verschluss der oberen Atemwege.EP 0 934 723 A1 also relates to the control of a CPAP device based on the detection of apneas and partial occlusion of the upper respiratory tract.
Im Stand der Technik ist ferner die Fuzzy-Logik bekannt. Gemäß der herkömmlichen Logik können logische Variablen lediglich die Zustände 0 oder 1 - auch als "falsch" bzw. "wahr" bezeichnet - annehmen. In der Fuzzy-Logik können Fuzzy-Variablen jeden beliebigen Wert zwischen 0 und 1 einschließlich von 0 und 1 annehmen. Die Fuzzy-Logik wird vor allem bei Steuerungen eingesetzt, die die Erfahrung von Fachleuten berücksichtigen sollen.Fuzzy logic is also known in the prior art. According to conventional logic, logical variables can only assume the states 0 or 1 - also called "false" or "true". In fuzzy logic, fuzzy variables can have any value between 0 and 1, including 0 and 1. Fuzzy logic is mainly used for controls that should take into account the experience of experts.
Gemäß der Fuzzy-Logik geben Fuzzy-Variablen die Zugehörigkeit zu einer Menge an. Bei einer Fuzzy-Steuerung entspricht die Menge einem bestimmten Betriebszustand des zu steuernden Geräts. Mit dem Hilfsmittel der Fuzzy-Logik ist es möglich, eine Steuerung unter Berücksichtigung einer begrenzten Zahl von typischen Betriebszuständen zu entwerfen. Die Fuzzy-Logik liefert einen Formalismus zur Interpolation zwischen den berücksichtigten Zuständen. Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zum Steuern des Solldrucks eines CPAP- Geräts und ein CPAP-Gerät zur Durchführung der Verfahrens anzugeben, die es erlauben, anhand des aufgenommenen Atemflussverlaufs eines Patienten einen für einen Patienten optimalen CPAP-Solldruck einzustellen.According to fuzzy logic, fuzzy variables indicate membership in a set. In the case of a fuzzy control, the quantity corresponds to a specific operating state of the device to be controlled. With the aid of fuzzy logic, it is possible to design a controller taking into account a limited number of typical operating states. Fuzzy logic provides a formalism for interpolation between the states considered. The object of the invention is to specify methods for controlling the target pressure of a CPAP device and a CPAP device for carrying out the methods, which allow a CPAP target pressure that is optimal for a patient to be set on the basis of the recorded respiratory flow profile of a patient.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved by the subject matter of the independent claims.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show:
Fig. 1 ein Gerät zur Durchführung der CPAP-Therapie,1 shows a device for performing CPAP therapy,
Fig. 2 oben 50 Sekunden der Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium NREM 2, unten die geschätzte erste Ableitung der Atemflusskurve nach der Zeit und in der Mitte die automatisch detektierten Übergänge zwischen Inspiration und Expiration, markiert durch vertikale Linien,2 above 50 seconds of the respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2, below the estimated first derivative of the respiratory flow curve after the time and in the middle the automatically detected transitions between inspiration and expiration, marked by vertical lines,
Fig. 3 oben eine Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium NREM 2, in der Mitte den letzten Atemzyklus aus der oberen Atemflusskurve, unten die Korrelation zwischen dem Ausschnitt oben und dem Atemzyklus in der Mitte,3 above shows a respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2, in the middle the last breathing cycle from the upper respiratory flow curve, below the correlation between the section above and the breathing cycle in the middle,
Fig. 4 oben die Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium NREM 2, unten die mittlere Abweichung der Korrelationsmaxima von Eins,4 above shows the respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2, below the mean deviation of the correlation maxima from one,
Fig. 5 oben die Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium REM, unten die mittlere Abweichung der Korrelationsmaxima von Eins,5 above the respiratory flow curve of a patient in the sleep stage REM, below the mean deviation of the correlation maxima from one,
Fig. 6 oben eine Atemflusskurve eines Patienten, in der Mitte die zugehörige CPAP- Druckkurve, unten die Varianz des CPAP-Istdrucks pro Atemzug, sowieFig. 6 above a patient's respiratory flow curve, in the middle the associated CPAP pressure curve, below the variance of the actual CPAP pressure per breath, and
Fig. 7 eine Atemflusskurve mit den automatisch detektierten Übergängen zwischen Inspiration und Expiration, die durch senkrechte Linien markiert sind, das Inspirationsvolumen IV und die Expirationszeit EL. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren berechnet zunächst aus einer gemessenen Atemflusskurve und einer gemessenen Istdruckkurve eines CPAP-Geräts Merkmale, die unter Abschnitt 1 "Merkmale" beschrieben werden. Spezielle Kombinationen der Merkmale werden zu Detektoren zusammengefasst, auf die unter Abschnitt 2 "Detektoren" eingegangen wird. In den Detektoren werden Flags gesetzt, wenn sie ein Ereignis detektieren. Das Steuerverfahren verändert dann anhand der Ereignis-Flags der Detektoren den Solldruck, was in Abschnitt 3 "Steuerverfahren" erläutert wird. Das Steuerverfahren hat drei verschiedene Zustände, nämlich einen Normalzustand, einen sensitiven Zustand und einen Leck- Zustand, zwischen denen hin und her gewechselt werden kann. Manche Detektoren arbeiten im sensitiven Zustand mit vom Normalzustand abweichenden Parametern. In den sensitiven Zustand wechselt das Steuerverfahren, wenn das Steuerverfahren im Normalzustand Druck absenkt. Durch die Wahl der Parameter für den sensitiven Zustand reagiert das Steuerverfahren schneller, falls der CPAP-Istdruck zu niedrig ist. Bei Leck wird in den Leck-Zustand gewechselt.7 shows a respiratory flow curve with the automatically detected transitions between inspiration and expiration, which are marked by vertical lines, the inspiration volume IV and the expiration time EL. The control method according to the invention first calculates features from a measured respiratory flow curve and a measured actual pressure curve of a CPAP device, which are described under section 1 "Features". Special combinations of the features are combined to form detectors, which are discussed in Section 2 "Detectors". Flags are set in the detectors when they detect an event. The control process then changes the target pressure based on the event flags of the detectors, which is explained in section 3 "Control Process". The control method has three different states, namely a normal state, a sensitive state and a leak state, between which it is possible to switch back and forth. Some detectors operate in a sensitive state with parameters that deviate from the normal state. The control process changes to the sensitive state when the control process lowers pressure in the normal state. By selecting the parameters for the sensitive state, the control process reacts faster if the actual CPAP pressure is too low. If there is a leak, the system changes to the leak state.
1 Merkmale1 characteristics
1.1 Expirationszeit1.1 Expiration time
Die Grundlage für die Analyse des Atemflusses ist die robuste Detektion von einzelnen Atemzügen. Diese wird anhand von Fig. 2 erläutert. In Fig. 2 sind oben 50 Sekunden der Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium NREM 2 (NREM: non rapid eye movement) dargestellt. Die verschiedenen Schlafstadien sind in "A manual of standardized terminology, techniques and scoring Systems for sleep stages of human subjects" von Rechtschaffen, A., Kales, A. (eds.), NIH publ NO. 204, US Government Printing Office, Washington D. O, 1968 beschrieben. In den oberen Graphen in Figuren 2 bis 6 und beim Graphen in Figur 7 deutet ein hoher Fluss (oben) Inspiration und ein geringer Fluss (weiter unten) Expiration an. Beim Übergang von Inspiration zu Expiration ist im Atemfluss eine ausgeprägte Flanke zu erkennen, welche zur Detektion einzelner Atemzüge verwendet wird.The basis for the analysis of the respiratory flow is the robust detection of individual breaths. This is explained with reference to FIG. 2. 2 shows 50 seconds above the respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2 (NREM: non rapid eye movement). The various sleep stages are described in "A manual of standardized terminology, techniques and scoring systems for sleep stages of human subjects" by Rechtschaffen, A., Kales, A. (eds.), NIH publ NO. 204, U.S. Government Printing Office, Washington D. O, 1968. In the upper graphs in FIGS. 2 to 6 and in the graph in FIG. 7, a high flow (above) indicates inspiration and a low flow (below) expiration. During the transition from inspiration to expiration, a distinct flank can be seen in the respiratory flow, which is used to detect individual breaths.
Zur Detektion der Flanken wird die erste und zweite Ableitung der Atemflusskurve geschätzt. Die erste Ableitung wird in Fig. 2 unten dargestellt ist. Auf Grund vonThe first and second derivatives of the respiratory flow curve are estimated to detect the flanks. The first derivative is shown in Fig. 2 below. Owing to
Rauschen in der Atemflusskurve wird die Atemflusskurve nicht lediglich abgeleitet, sondern zusätzlich tiefpassgefiltert. Die Ableitung und Tiefpassfilterung erfolgt in einem Filterschritt durch geeignete Wahl der Koeffizienten eines digitalen Filters.Noise in the respiratory flow curve is not just derived from the respiratory flow curve, but also low pass filtered. The derivation and low-pass filtering takes place in one filter step by suitable selection of the coefficients of a digital filter.
Die lokalen Maxima der ersten Ableitung entsprechen der maximalen Steigung des Atemflusses beim Übergang zwischen Inspiration und Expiration. Vom Ende der Inspiration aus wird der Anfang der Inspiration gesucht, indem nach dem ersten lokalen Minimum in der geschätzten Ableitung gesucht wird.The local maxima of the first derivative correspond to the maximum slope of the respiratory flow during the transition between inspiration and expiration. From the end of the inspiration, the beginning of the inspiration is sought by looking for the first local minimum in the estimated derivative.
Die mittlere Kurve in Fig. 2 zeigt die automatisch detektierten Zeitpunkte, die durch vertikale Linien markiert sind.The middle curve in FIG. 2 shows the automatically detected points in time, which are marked by vertical lines.
Die Expirationszeit ergibt sich als Zeitdifferenz zwischen einem Minimum der geschätzten Ableitung und dem davor liegenden Maximum der geschätzten Ableitung. Eine Expirationszeit ist auch mit dem Bezugszeichen EL in der Fig. 7 eingetragen.The expiration time results from the time difference between a minimum of the estimated derivative and the previous maximum of the estimated derivative. An expiration time is also entered with the reference symbol EL in FIG. 7.
1.2 Rückwärtskorrelation1.2 backward correlation
In Fig. 3 ist oben exemplarisch ein 50 Sekunden langer Ausschnitt aus einer Atemflusskurve eines Patienten im Schlafstadium NREM 2 zu sehen. In der Mitte ist der jüngste ausgewählte Atemzug abgebildet. In der unteren Kurve ist die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Datenreihe oben und dem einzelnen Atemmuster gezeigt. Die Korrelationskurve hat Werte zwischen Eins und minus Eins, wobei die Korrelation gleich Eins wird, wenn die beiden Atemzüge genau aufeinander passen und gleich minus Eins wird, wenn die Kurven negativ miteinander korreliert sind, d.h. wenn eine Spitze im Atemmuster genau mit einem Tal im betrachteten Datenstück übereinstimmt.An example of a 50-second section of a respiratory flow curve of a patient in the sleep stage NREM 2 can be seen in FIG. 3 above. The most recent selected breath is shown in the middle. The cross-correlation function between the data series above and the individual breathing pattern is shown in the lower curve. The correlation curve has values between one and minus one, the correlation becoming one if the two breaths match each other and equaling minus one if the curves are negatively correlated, i.e. when a peak in the breathing pattern exactly matches a valley in the data piece under consideration.
In einer anderen Ausführungsform kann anstelle der Korrelation auch ein anderes Abhängigkeitsmaß wie z. B. mutual information verwendet werden.In another embodiment, instead of the correlation, another dependency measure such as e.g. B. mutual information can be used.
Anhand der Korrelationskurve erkennt man, ob die Atmung regelmäßig ist und ob Atemzüge ganz fehlen. Wenn die aufeinanderfolgenden Atemmuster ähnlich sind, dann hat die Korrelationskurve einen periodischen Verlauf mit lokalen Maxima nahe bei Eins und lokalen Minima nahe bei minus Eins. Als Rückwärtskorrelation wird der Mittelwert über eine bestimmte Anzahl lokaler Maxima der Korrelationskurve vor dem aktuellen Zeitpunkt bezeichnet. Die Rückwärtskorrelation stellt ein Maß dafür dar, wie gut der jüngste Atemzyklus mit den vorangehenden Atemzyklen übereinstimmt. Die Rückwärtskorrelation liegt zwischen 0 und 1.The correlation curve shows whether breathing is regular and whether there are no breaths. If the successive breathing patterns are similar, then the correlation curve has a periodic course with local maxima close to one and local minima close to minus one. The backward correlation is the mean value over a certain number of local maxima of the correlation curve before the current point in time. The backward correlation is a measure of how well the most recent breathing cycle matches the previous breathing cycles. The backward correlation is between 0 and 1.
Der obere Bereich von Fig. 4 zeigt die Atemflusskurve eines Patienten im Stadium NREM 2. Im unteren Bereich von Fig. 4 ist die Differenz zwischen Eins und den lokalen Maxima einer Korrelationskurve dargestellt, die aus der oben in Fig. 4 gezeigten Atemflusskurve berechnet wurde. Je höher also der Wert der unteren Kurve in Fig. 4 wird, desto stärker weicht der aktuelle Atemzyklus von dem entsprechenden vergangenen Atemzyklus ab.The upper area of FIG. 4 shows the respiratory flow curve of a patient in stage NREM 2. The lower area of FIG. 4 shows the difference between one and the local maxima of a correlation curve, which was calculated from the respiratory flow curve shown in FIG. 4 above. The higher the value of the lower curve in FIG. 4, the more the current breathing cycle deviates from the corresponding past breathing cycle.
Fig. 5 entspricht Fig. 4, jedoch stammt die Atemflusskurve jetzt aus dem REM Schlafstadium (REM: rapid eye movement). Der Vergleich der mittleren Korrelationsmaxima von Fig. 4 und Fig. 5 zeigt, dass die mittlere Differenz der Korrelationsmaxima zu Eins im REM-Schlafstadium deutlich größer ist.FIG. 5 corresponds to FIG. 4, but the respiratory flow curve now comes from the REM sleep stage (REM: rapid eye movement). The comparison of the mean correlation maxima from FIGS. 4 and 5 shows that the mean difference between the correlation maxima and one in the REM sleep stage is significantly larger.
1.3 mittleres Inspirationsvolumen1.3 average inspiration volume
Das Inspirationsvolumen ist in Fig. 7 als Fläche IV schraffiert in eine Atemflusskurve eingezeichnet. Die kurzen senkrechten Linien markieren in Fig. 7 die Inspirationsanfänge, die langen senkrechten Linien Inspirationsenden. Das Inspirationsvolumen kann auf die Länge der Inspiration normiert werden.The inspiration volume is hatched in FIG. 7 as area IV in a respiratory flow curve. The short vertical lines in FIG. 7 mark the beginning of inspiration, the long vertical lines end of inspiration. The inspiration volume can be standardized to the length of the inspiration.
1.4 mittlere Krümmung des Atemflusses während der Inspiration1.4 mean curvature of the respiratory flow during inspiration
Als Merkmal für die Atemflusslimitation wird die mittlere Krümmung des Atemflusses während der Inspiration berechnet. Hierzu wird die erste Ableitung des Atemflusses während der Inspiration geschätzt, also zusätzlich einer Tiefpassfilterung unterworfen. Anschließend wird an die geschätzte erste Ableitung eine Gerade angepasst. Die Steigung dieser angepassten Geraden ergibt die mittlere Krümmung der Inspiration. 1.5 Nulldurchgänge im Wechselanteil des CPAP-IstdrucksAs a characteristic of the respiratory flow limitation, the mean curvature of the respiratory flow during inspiration is calculated. For this purpose, the first derivative of the respiratory flow during inspiration is estimated, i.e. additionally subjected to low-pass filtering. A straight line is then fitted to the estimated first derivative. The slope of this fitted straight line gives the mean curvature of the inspiration. 1.5 Zero crossings in the alternating component of the actual CPAP pressure
Schnarchen entsteht durch Vibration der Wände der oberen Atemwege. Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl der Nulldurchgänge im Wechselanteil des CPAP-Istdrucks ein zuverlässiges Merkmal für das Schnarchen ist.Snoring is caused by vibration of the walls of the upper respiratory tract. It has been shown that the number of zero crossings in the alternating component of the actual CPAP pressure is a reliable characteristic for snoring.
Wie oben beschrieben, weist ein typisches CPAP-Gerät 1 eine Druckregelschleife auf, bei der die Turbinendrehzahl so geregelt wird, dass der Druck in der Atemmaske 18 weitgehend einem vorgegebenen Solldruck entspricht. Manche CPAP-Geräte weisen eine schnellere Druckregelung auf, die in der Lage ist, die durch die Atmung des Patienten hervorgerufenen Druckunterschiede auszuregeln. Bei anderen CPAP-Geräten schwankt der Istdruck mit der Atmung des Patienten. Die Druckregelung eines typischen CPAP-Geräts ist jedoch nicht so schnell, dass sie in der Lage wäre, auch Schnarchgeräusche auszuregeln.As described above, a typical CPAP device 1 has a pressure control loop in which the turbine speed is controlled so that the pressure in the breathing mask 18 largely corresponds to a predetermined target pressure. Some CPAP devices have faster pressure regulation, which is able to compensate for the pressure differences caused by the patient's breathing. With other CPAP devices, the actual pressure fluctuates with the patient's breathing. However, the pressure control of a typical CPAP device is not so fast that it would be able to control snoring noises.
Dies verdeutlicht Fig. 6. In Fig. 6 oben ist ein Ausschnitt aus einem Atemflusssignal dargestellt, darunter ist der zugehörige CPAP-Istdruck abgebildet. In der Kurve unten ist die Varianz des CPAP-Istdrucks pro Atemzug zu sehen. Die Varianz steigt deutlich an, wenn der CPAP-Istdruck durch das Schnarchen des Patienten im Bereich von 30 bis 40 Sekunden verändert wird. In einer Ausführungsform wird deshalb die Varianz herangezogen, um Schnarchen zu detektieren. Bei dieser Ausführungsform kann das Istdrucksignal vor Berechnung der Varianz hochpassgefiltert werden, um durch die Atmung hervorgerufene Druckschwankungen zu eliminieren. In der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Anzahl der Nulldurchgänge im Wechselanteil des CPAP-Istdrucks verwendet. Sie ist bei Verwendung von CPAP-Geräten mit einer langsameren Druckregelung das robustere Merkmal.This is illustrated in FIG. 6. A section of a respiratory flow signal is shown in FIG. 6 above, the associated CPAP actual pressure is shown below. The curve below shows the variance of the actual CPAP pressure per breath. The variance increases significantly when the actual CPAP pressure is changed by the patient snoring in the range of 30 to 40 seconds. In one embodiment, the variance is therefore used to detect snoring. In this embodiment, the actual pressure signal can be high-pass filtered before the variance is calculated in order to eliminate pressure fluctuations caused by breathing. In the preferred embodiment, however, the number of zero crossings in the alternating component of the actual CPAP pressure is used. It is the more robust feature when using CPAP devices with slower pressure control.
Die Nulldurchgänge werden nur während der Inspirationsphase gezählt, damit die Steuerung bei inspiratorischem Schnarchen reagiert. Das Schnarchmerkmal wird indirekt in der Steuerung verwendet, d.h. wenn Schnarchen vorhanden ist, werden die Atemflusslimitation und die Hypopnoen stärker berücksichtigt, indem man zu den jeweiligen Merkmalen einen Schnarch-Bonus addiert. The zero crossings are only counted during the inspiration phase so that the control reacts to inspiratory snoring. The snoring feature is used indirectly in the control, ie if snoring is present, the respiratory flow limitation and hypopneas are taken into account more by adding a snoring bonus to the respective features.
Tabelle 1 : MerkmalstypenTable 1: Characteristic types
2 Detektoren2 detectors
Aus speziellen Kombinationen der Merkmale werden Detektoren. In den Detektoren werden Flags gesetzt, wenn sie ein Ereignis detektieren. Durch das Steuerverfahren wird dann anhand der Ereignis-Flags der Detektoren der Druck verändert.Special combinations of the features become detectors. Flags are set in the detectors when they detect an event. The control method then changes the pressure on the basis of the event flags of the detectors.
2.1 Atemstillstands-Detektor2.1 Respiratory arrest detector
Ein langer Atemstillstand liegt vor, falls mehr als max_no_breath_time Datenpunkte analysiert werden, ohne einen Atemzug zu detektieren. Wenn die Anzahl langer Atemstillstand = max_number_of_no_breath_times ist, bricht die automatische Druckregelung ab.A long pause in breathing occurs if more than max_no_breath_time data points are analyzed without detecting a breath. If the number of long breath stops = max_number_of_no_breath_times, the automatic pressure control stops.
Tabelle 2: Parameter für den Atemstillstandsdetektor im Normalzustand und im sensitiven Zustand (siehe Abschnitt 3 Steuerverfahren)Table 2: Parameters for the respiratory arrest detector in the normal state and in the sensitive state (see section 3 control procedure)
Der max_no_breath_time-Wert entspricht bei der hier verwendeten Sampling-Rate von 100 Hz einer Zeit von 2 Minuten.The max_no_breath_time value corresponds to a time of 2 minutes at the sampling rate of 100 Hz used here.
2.2 Apnoe-Detektor2.2 Apnea detector
Für die Apnoe-Erkennung wird die Expirationszeit verwendet. Der Apnoe-Detektor führt folgende Schritte aus: 1. Detektion von Atemstillständen: Ein Atemstillstand liegt vor, wenn die Expirationszeit größer als exp_schwelle_in_sec.The expiration time is used for apnea detection. The apnea detector does the following: 1. Detection of respiratory arrests: there is a respiratory arrest if the expiration time is greater than exp_schwelle_in_sec.
2. Suche nach aufeinanderfolgenden Atemstillständen. Ein Apnoe-Ereignis liegt vor, falls:2. Search for successive breath stops. An apnea event occurs if:
(a) entweder bei 2 aufeinanderfolgenden Atemstillständen einer der Atemstillstände länger als long_apnoe_time_in_sec dauert.(a) either with 2 consecutive breath stops one of the breath stops lasts longer than long_apnoe_time_in_sec.
(b) oder bei mehr als 3 aufeinanderfolgenden Atemstillständen.(b) or if there are more than 3 consecutive breath stops.
Atemstillstände sind aufeinanderfolgend, falls die Dauer des dazwischenliegenden Hyperventilationsblocks und Atmungszeitraums < search_schwelle_in_sec ist.Breathing stops are consecutive if the duration of the intervening hyperventilation block and breathing period is <search_schwelle_in_sec.
3. Apnoen können den Anfangszeitpunkt der Detektion von stabiler Atmung ändern. Nach n_reset_apnoen Apnoen fängt die Erkennung von stabiler Atmung durch den Normal-Detektor neu an.3. Apneas can change the start of the detection of stable breathing. After n_reset_apnoen Apnoen, the detection of stable breathing begins again with the normal detector.
Tabelle 3: Parameter für die Apnoe-Erkennung im Normalzustand und im sensitiven ZustandTable 3: Parameters for apnea detection in the normal state and in the sensitive state
2.3 Hypopnoe-Detektor2.3 Hypopnea detector
Für die Hypopnoe-Erkennung wird das nicht-normierte mittlere Inspirationsvolumen, die Rückwärtskorrelation und das Schnarch-Merkmal verwendet.The non-normalized mean inspiration volume, the backward correlation and the snoring feature are used for hypopnea detection.
1. In den letzten n_insp_vol_breaths Atemzügen wird die Veränderung der Inspirationsvolumina der ersten Hälfte der n_insp_vol_breaths Atemzüge gegenüber der zweite Hälfte der n_insp_vol_breaths Atemzüge berechnet. 2. Wenn in der ersten Hälfte der n_insp_vol_breaths Atemzüge zusätzlich Schnarchen detektiert wird, dann wird zu der Veränderung der Inspirationsvolumina der schnarch_volumen_bonus addiert.1. In the last n_insp_vol_breaths breaths, the change in the inspiration volumes of the first half of the n_insp_vol_breaths breaths compared to the second half of the n_insp_vol_breaths breaths is calculated. 2. If snoring is additionally detected in the first half of the n_insp_vol_breaths breaths, then the snoring_volume_bonus is added to the change in the inspiration volume.
3. Wenn die Veränderung der Inspirationsvolumina > inspiration_volume_change_schwelle ist, liegt eine Hypopnoe vor. In den n_insp_vol_breaths Atemzügen liegt eine stabile Hypopnoe vor, wenn die Volumenänderung >= normal_breath_inspiration_volume_change_schwelle ist.3. If the change in the inspiration volume is> inspiration_volume_change_schwelle, hypopnea is present. In the n_insp_vol_breaths breaths there is stable hypopnea if the volume change is> = normal_breath_inspiration_volume_change_schwelle.
4. Ein Hypopnoe-Ereignis liegt vor, falls in den letzten n_breaths Atemzügen minjumps Hypopnoen gefunden werden.4. A hypopnea event occurs if minjumps hypopneas are found in the last n_breaths breaths.
5. Ein stabiles Hypopnoe-Ereignis liegt vor, wenn in n_breaths-Atemzügen minjumps stabile Hypopnoen gefunden werden und die Rückwärtskorrelation in den n_breaths-Atemzügen >= hypopnoe_detection_normal_correlation_schwelle ist.5. A stable hypopnea event occurs when minjumps stable hypopneas are found in n_breaths breaths and the backward correlation in the n_breaths breaths is> = hypopnoe_detection_normal_correlation_schwelle.
6. Hypopnoen können den Anfangszeitpunkt der Detektion stabiler Atmung ändern. Nach n_hypopnoen_reset_normal Hypopnoen fängt die Erkennung von stabiler Atmung durch den Normal-Detektor neu an.6. Hypopneas can change the start of stable breathing detection. After n_hypopnoen_reset_normal Hypopnoen, the detection of stable breathing begins again with the normal detector.
Tabelle 4: Parameter für den Hypopnoe-Detektor im Normalzustand Table 4: Parameters for the hypopnea detector in normal condition
Tabelle 5: Parameter für den Hypopnoe-Detektor im sensitiven ZustandTable 5: Parameters for the hypopnea detector in the sensitive state
2.4 Atemflusslimitations-Detektor2.4 Respiratory flow limitation detector
Für die Erkennung von Atemflusslimitation wird das Schnarch-Merkmal, die mittlere Krümmung und die Rückwärtskorrelation verwendet.The snoring characteristic, the mean curvature and the backward correlation are used for the detection of respiratory flow limitation.
1.4.1 Schwache Atemflusslimitation bei stabiler Atmung - Der Curvature-Short- Detektor1.4.1 Weak respiratory flow limitation with stable breathing - the curvature short detector
1. Innerhalb der letzten curvatureShort_schwelle Atemzüge wird kontrolliert, ob das Schnarch-Merkmal über der Schwelle schnarch_min_schwelle liegt. Wenn das der Fall ist, wird zu dem Krümmungsmerkmal der curvatureShort_snoring_bonus addiert.1. Within the last curvatureShort_schwelle breaths it is checked whether the snoring characteristic is above the schnarch_min_schwelle threshold. If this is the case, the curvatureShort_snoring_bonus is added to the curvature characteristic.
2. Es wird innerhalb der letzten curvatureShort_schwelle Atemzüge gezählt, wie oft sowohl das Krümmungsmerkmal die Schwelle von curvatureShort_mean_schwelle als auch die Rückwärtskorrelation die Schwelle curvatureShort_correlation_schwelle überschreiten.2. Within the last curvatureShort_schwelle breaths are counted how often both the curvature feature exceeds the curvatureShort_mean_schwelle threshold and the backward correlation exceeds the curvatureShort_correlation_schwelle threshold.
3. Ist der Anteil an Atemzügen des obigen Kriteriums erfüllt >= curvatureShort_min_above_schwelle, so liegt ein Atemflusslimitations- Ereignis vor. 3. If the proportion of breaths of the above criterion is met> = curvatureShort_min_above_schwelle, then there is a respiratory flow limitation event.
Tabelle 6 Parameter für die Erkennung schwacher Atemflusslimitation bei stabiler Atmung im NormalzustandTable 6 Parameters for the detection of weak respiratory flow limitation with stable breathing in the normal state
Tabelle 7: Parameter für die Erkennung schwacher Atemflusslimitation bei stabiler Atmung im sensitiven ZustandTable 7: Parameters for the detection of weak respiratory flow limitation with stable breathing in a sensitive state
2.4.2 Atemflusslimitation bei stabiler und instabiler Atmung - Der Curvature-Long- Detektor2.4.2 Limitation of respiratory flow with stable and unstable breathing - The Curvature-Long detector
1. Es wird innerhalb der letzten curvatureLong_schwelle Atemzüge kontrolliert, ob das Schnarch-Merkmal über der Schwelle schnarch_min_schwelle liegt. Wenn das der Fall ist, wird zu dem Krümmungsmerkmal der curvatureLong_snoring_bonus addiert.1. Within the last curvatureLong_schwelle breaths it is checked whether the snoring characteristic is above the schnarch_min_schwelle threshold. If this is the case, the curvatureLong_snoring_bonus is added to the curvature characteristic.
2. Es wird innerhalb der letzten curvatureLong_schwelle Atemzüge gezählt, wie oft das Krümmungsmerkmal die Schwelle von curvatureLong_mean_schwelle überschreitet. Die Schwelle kann im Normalzustand gleich curvatureLong_medium_mean_schwelle oder gleich curvatureLong_high_mean_schwelle gesetzt werden. Dies wird weiter unten im2. Within the last curvatureLong_schwelle breaths are counted how often the curvature characteristic exceeds the threshold of curvatureLong_mean_schwelle. In the normal state, the threshold can be set equal to curvatureLong_medium_mean_schwelle or equal to curvatureLong_high_mean_schwelle. This will be discussed later in the
Abschnitt 3.1.2 genauer erläutert. 3. Ist der Anteil an Atemzügen, der obiges Kriterium erfüllt >= curvatureLong_min_above_schwelle, so liegt ein Atemflusslimitations-Ereignis vor.Section 3.1.2 explained in more detail. 3. If the proportion of breaths that meets the above criterion> = curvatureLong_min_above_schwelle, then there is a respiratory flow limitation event.
Tabelle 8: Parameter für die Erkennung von Atemflusslimitation bei stabiler und instabiler Atmung im NormalzustandTable 8: Parameters for the detection of respiratory flow limitation with stable and unstable breathing in the normal state
Tabelle 9: Parameter für die Erkennung von Atemflusslimitation bei stabiler und instabiler Atmung im sensitiven ZustandTable 9: Parameters for the detection of respiratory flow limitation with stable and unstable breathing in a sensitive state
2.4.3 das Atemflusslimitationsanstiegsmerkmal - der Curvature-After-Pressure- Down-Detektor2.4.3 the respiratory flow limitation increase feature - the curvature after pressure down detector
Für die Detektion des Anstiegs des Atemflusslimitationsmerkmals, wird der Wilcoxon - Rangsummentest verwendet. Der Curvature-After-Pressure-Down- Detektor wird nur im sensitiven Zustand verwendet. Der Wilcoxon - Rangsummentest ist in Härtung: Statistik, Lehr- und Handwerksbuch der angewandten Statistik, Oldenburg-Verlag, München 1999 und in D.R. Cox, C.V. Hinkley: Theoretical Statistics, Chapman & Hall 1974, beschrieben.The Wilcoxon rank sum test is used to detect the increase in the respiratory flow limitation feature. The Curvature After Pressure Down Detector is only used in the sensitive state. The Wilcoxon - Rank Sum Test is in the process of being hardened: Statistics, textbook and handbook of applied statistics, Oldenburg-Verlag, Munich 1999 and in D.R. Cox, C.V. Hinkley: Theoretical Statistics, Chapman & Hall 1974.
1. Für die letzten n_curv_breaths Atemzüge wird der Rang der Krümmungsmerkmale bestimmt.1. The rank of the curvature features is determined for the last n_curv_breaths breaths.
2. Die n_curv_breaths Ränge werden in zwei Teile eingeteilt, wobei der zweite Teil die Ränge von n_curv_breaths - n_big_curv_breaths + 1 bis n_curv_breaths enthält. Für den zweiten Teil wird die Summe der Ränge berechnet, und diese Summe auf die maximal mögliche Summe der Ränge normiert.2. The n_curv_breaths ranks are divided into two parts, the second part being the ranks from n_curv_breaths - n_big_curv_breaths + 1 to n_curv_breaths contains. For the second part, the sum of the ranks is calculated and this sum normalized to the maximum possible sum of the ranks.
3. Wenn dieser normierte Wert über 0.99 liegt, nimmt die Atemflusslimitation zu und wenn der Krümmungswert mit dem höchsten Rang im zweiten Teil über der Schwelle curvatureDown_min_above_schwelle liegt, dann liegt ein Ereignis für den Anstieg des Atemflusslimitationsmerkmals vor.3. If this normalized value is above 0.99, the respiratory flow limitation increases and if the curvature value with the highest rank in the second part is above the curvatureDown_min_above_scheshold threshold, then there is an event for the increase in the respiratory flow limitation feature.
Tabelle 10: Parameter für die Erkennung des Atemflusslimitationsanstiegsmerkmals im sensitiven ZustandTable 10: Parameters for the detection of the respiratory flow limitation increase characteristic in the sensitive state
2.5 Normal-Detektor (stabile Atmung)2.5 Normal detector (stable breathing)
Für die Erkennung stabiler Atmung wird das Korrelationsmerkmal verwendet. Der Normal-Detektor führt die folgenden Schritte aus:The correlation feature is used to identify stable breathing. The normal detector does the following:
1. Mittelung des Korrelationsmerkmals über alle Atemzüge innerhalb der letzten normal_schwelleJn_sec Sekunden . Der Parameter normal_schwelleJn_sec wird über die Steuerung (siehe Abschnitt 3) angepasst.1. Averaging the correlation characteristic over all breaths within the last normal_schwelleJn_sec seconds. The parameter normal_schwelleJn_sec is adjusted via the control (see section 3).
2. Ein stabiles Atmungs-Ereignis liegt vor, falls die berechnete mittlere Korrelation, also die Rückwärtskorrelation >= normal correlation schwelle ist.2. There is a stable breathing event if the calculated mean correlation, ie the backward correlation> = normal correlation threshold.
Tabelle 11 : Parameter für den Normalzustand und den sensitiven ZustandTable 11: Parameters for the normal state and the sensitive state
Es werden sowohl im Normalzustand als auch im sensitiven Zustand die gleichen Parameter für den Normaldetektor verwendet. 2.6 Leck-DetektorThe same parameters are used for the normal detector both in the normal state and in the sensitive state. 2.6 Leak detector
Ein Leck kann beispielsweise schon dadurch entstehen, dass die Maske gegenüber dem Gesicht des Patienten verrutscht.For example, a leak can already result from the mask sliding relative to the patient's face.
1. Für die Leck-Erkennung wird der Mittelwert des Atemflusses und des CPAP- Istdrucks in einem Datenfenster der Breite leakagejnean low ime berechnet.1. For the leak detection, the mean value of the respiratory flow and the actual CPAP pressure is calculated in a data window of the width leakagejean low ime.
2. Wenn der berechnete mittlere Fluss größer als die Schwelle vjeakage wird oder wenn die Differenz zwischen dem mittleren CPAP-Istdruck und dem vorgegebenen CPAP-Solldruck über der Schwelle pressure_diff liegt, dann liegt ein Leck-Ereignis vor.2. If the calculated mean flow becomes greater than the threshold vjeakage or if the difference between the mean actual CPAP pressure and the specified CPAP target pressure lies above the threshold pressure_diff, then there is a leak event.
3. Wird der berechnete mittlere Fluss kleiner als die Schwelle vjeakage und ist die Differenz zwischen dem mittleren CPAP-Istdruck und dem vorgegebenen CPAP-Solldruck kleiner als pressure_diff, dann ist die Leckage vorbei.3. If the calculated mean flow is less than the threshold vjeakage and the difference between the mean actual CPAP pressure and the specified target CPAP pressure is less than pressure_diff, the leak is over.
4. Das Daten-Fenster für die Leck-Erkennung, wird mit einer Schrittweite von step_size vorgeschoben.4. The data window for leak detection is advanced with a step size of step_size.
Tabelle 12: Parameter für die Erkennung eines Leck-Zustands Die Parameter sind unabhängig vom Zustand der Steuerung.Table 12: Parameters for the detection of a leak state The parameters are independent of the state of the control.
3 Steuerverfahren3 tax procedures
Das Steuerverfahren hat drei verschiedene Zustände, nämlich einen Normalzustand, einen sensitiven Zustand und einen Leck-Zustand, zwischen denen hin und her gewechselt werden kann. Manche Detektoren arbeiten im sensitiven Zustand mit vom Normalzustand abweichenden Parametern. In den sensitiven Zustand der Steuerung, wird gewechselt, wenn im Normalzustand die Steuerung den Druck absenkt. Durch die Wahl der Parameter für den sensitiven Zustand reagiert die Steuerung schneller, falls der CPAP-Druck zu niedrig ist. Bei Detektion eines Lecks wechselt die Steuerung in den Leck-Zustand.The control method has three different states, namely a normal state, a sensitive state and a leak state, between which it is possible to switch back and forth. Some detectors operate in a sensitive state with parameters that deviate from the normal state. In the sensitive state of the control, there is a change if the control is in the normal state lowers the pressure. By selecting the parameters for the sensitive state, the control reacts faster if the CPAP pressure is too low. When a leak is detected, the control switches to the leak state.
Die Steuerung verändert den Druck innerhalb der Grenzen von lower_pressureJimit und upper_pressurejimit. Die Druckempfehlung wird durch titration_pressure festgelegt. Die Steuerung verwendet zwei unterschiedliche Druckschritte für die Druckerhöhung: big_pressure_step und small_pressure_step. Für die Druckerniedrigung wird pressure_down_step verwendet.The controller changes the pressure within the limits of lower_pressureJimit and upper_pressurejimit. The printing recommendation is determined by titration_pressure. The controller uses two different pressure steps for increasing the pressure: big_pressure_step and small_pressure_step. Pressure_down_step is used to lower the pressure.
Tabelle 13: Druckwerte für das SteuerverfahrenTable 13: Pressure values for the control process
3.1 Normalzustand3.1 normal condition
Im normalen Zustand sind folgende Detektoren aktiv:The following detectors are active in the normal state:
Atemstillstands-DetektorRespiratory arrest detector
Apnoe-DetektorApnea detector
Hypopnoe-DetektorHypopnea detector
Curvature-Long-DetektorCurvature-Long detector
Curvature-Short-DetektorCurvature-short detector
Normal-DetektorNormal detector
Leck-DetektorLeak Detector
Die Ereignisse der Detektoren werden für die Druckänderung verwendet. 3.1.1 DruckveränderungThe events of the detectors are used for the pressure change. 3.1.1 Pressure change
Atemstillstands-Detektor: Wird länger als max_no_breathJime kein Atemzug detektiert, so wird der Druck um big_pressure_step erhöht.Respiratory failure detector: If no breath is detected for longer than max_no_breathJime, the pressure is increased by big_pressure_step.
Apnoe-Ereignis: Wird ein Apnoe-Ereignis ermittelt, wird der Druck um big_pressure_step erhöht, falls der derzeitige Druck kleiner gleich titration_pressure plus small_pressure_step ist.Apnea event: If an apnea event is determined, the pressure is increased by big_pressure_step if the current pressure is less than or equal to titration_pressure plus small_pressure_step.
Hypopnoe-Ereignis: Wird ein Hypopnoe-Ereignis ermittelt, wird der Druck um small_pressure_step erhöht.Hypopnea event: If a hypopnea event is detected, the pressure is increased by small_pressure_step.
Atemflusslimitierung: Erkennt der Curvature-Long-Detektor oder der Curvature- Short-Detektor eine Atemflusslimitierung, wird der Druck um small_pressure_step erhöht. Der Curvature-After-Pressure-Down-Detektor ist im Normalzustand nicht aktiv.Respiratory flow limitation: If the curvature long detector or the curvature short detector detects a respiratory flow limitation, the pressure is increased by small_pressure_step. The curvature after pressure down detector is not active in the normal state.
Normal-Ereignis: Wenn der Apnoe- oder der Hypopnoe-Detektor den Startzeitpunkt der Normalatmung nicht neu setzt, dann wird bei stabiler Atmung der Druck um pressure_down_step vermindert.Normal event: If the apnea or hypopnea detector does not reset the start of normal breathing, the pressure is reduced by pressure_down_step when breathing is stable.
Ein Apnoe-Ereignis führt nur dann zu einer Druckerhöhung, falls der derzeitige Druck <= titration_pressure + small_pressure_step ist. Der Grund dafür ist, dass es zwei Arten von Apnoen gibt. So genannte obstruktive Apnoen werden durch einen Verschluss der oberen Atemwege hervorgerufen. Sie können durch einen höheren CPAP-Druck therapiert werden. So genannte zentrale Apnoen beruhen auf einer Anweisung des Gehirns, die Atmung vorübergehend einzustellen. Sie können nicht durch die CPAP-Therapie behoben werden. Deshalb wird der Parameter titration_pressure so hoch gewählt, dass erfahrungsgemäß keine obstruktiven Apnoen mehr auftreten.An apnea event only leads to an increase in pressure if the current pressure is <= titration_pressure + small_pressure_step. The reason for this is that there are two types of apneas. So-called obstructive apneas are caused by occlusion of the upper respiratory tract. You can be treated with a higher CPAP pressure. So-called central apneas are based on an instruction from the brain to temporarily stop breathing. They cannot be remedied by CPAP therapy. For this reason, the parameter titration_pressure is chosen so high that experience has shown that obstructive apneas no longer occur.
Bei einer Druckerhöhung wird der Parameter normal_schwelleJn_sec zur Erkennung von stabiler Atmung mit dem Faktor normal_scale_schwelle multipliziert, wenn der Druck <= titration_pressure+small_pressure_step ist. 3.1.2 Anpassung der curvatureLong_mean_schwelleIf the pressure is increased, the parameter normal_schwelleJn_sec to detect stable breathing is multiplied by the factor normal_scale_schwelle if the pressure is <= titration_pressure + small_pressure_step. 3.1.2 Adjusting the curvatureLong_mean_schwelle
WennIf
a) der Curvature-Long-Detektor den Druck maxNumberOfCurvatureEvents mal hintereinander erhöht unda) the curvature long detector increases the pressure maxNumberOfCurvatureEvents in a row and
b) der Druck > titration_pressure und <= titration_pressure + big_pressure_step ist,b) the pressure is> titration_pressure and <= titration_pressure + big_pressure_step,
dann wird curvatureLong_mean_schwelle = curvatureLong_medium_mean_schwellethen curvatureLong_mean_schwelle = curvatureLong_medium_mean_schwelle
gesetzt.set.
WennIf
a) der Curvature-Long-Detektor den Druck maxNumberOfCurvatureEvents mal hintereinander erhöht unda) the curvature long detector increases the pressure maxNumberOfCurvatureEvents in a row and
b) der Druck > titration_pressure + big_pressure_step istb) the pressure is> titration_pressure + big_pressure_step
dann wird curvatureLong_mean_schwelle = curvatureLong_high_mean_schwelle gesetzt.then curvatureLong_mean_schwelle = curvatureLong_high_mean_schwelle is set.
Dies soll verhindern, dass der Druck ständig erhöht wird, wenn trotz der Druckerhöhung die Atemflusslimitation nicht verschwindet.This is to prevent the pressure from being constantly increased if, despite the pressure increase, the respiratory flow limitation does not disappear.
3.1.3 Umschaltung in einen anderen Zustand des Steuerverfahrens3.1.3 Switching to another state of the control procedure
Vom Normalzustand wird in den sensitiven Zustand bei einer Druckabsenkung und in den Leck-Zustand bei Auftreten eines Lecks gewechselt.The system switches from the normal state to the sensitive state when the pressure drops and to the leak state when a leak occurs.
3.1.4 Initialisierung des Normalzustands3.1.4 Initialization of the normal state
Wenn vom sensitiven Zustand in den Normalzustand gewechselt wird, dann wird nur der Parameter normal_schwelleJn_sec mit dem Faktor normal_scale_schwelle multipliziert.When changing from the sensitive state to the normal state, only the parameter normal_schwelleJn_sec is multiplied by the factor normal_scale_schwelle.
Wenn nach einer Druckerhöhung oder aus dem Leck-Zustand in den Normalzustand gewechselt wird, werden alle im Normalzustand verwendeten Detektoren auf die Startzeit des Normalzustands gesetzt und der Parameter normal_schwelleJn_sec mit dem Faktor normal_scale_schwelle multipliziert.If a change is made to the normal state after a pressure increase or from the leak state, all detectors used in the normal state are switched to the Start time of the normal state is set and the parameter normal_schwelleJn_sec multiplied by the factor normal_scale_schwelle.
Tabelle 14: ParameterTable 14: Parameters
3.2 Sensitiver Zustand3.2 Sensitive condition
Im sensitiven Zustand werden folgende Detektoren verwendet:The following detectors are used in the sensitive state:
Atemstillstands-Detektor Apnoe-Detektor Hypopnoe-Detektor Curvature-Long-Detektor • Curvature-Short-DetektorRespiratory arrest detector Apnea detector Hypopnea detector Curvature long detector • Curvature short detector
Curvature-After-Pressure-Down-DetektorCurvature-after-Pressure-down detector
Normal-DetektorNormal detector
Leck-DetektorLeak Detector
Zusätzlich zum Normalzustand ist im sensitiven Zustand der Curvature-After- Pressure-Down-Detektor aktiv.In addition to the normal state, the curvature after pressure down detector is active in the sensitive state.
Die Ereignisse der Detektoren werden für die Druckänderung verwendet.The events of the detectors are used for the pressure change.
3.2.1 Druckänderung3.2.1 Pressure change
Atemstillstands-Ereignis: Wird länger als max_no_breathJime kein Atemzug detektiert, so wird der Druck um big_pressure_step erhöht.Respiratory failure event: If no breath is detected for longer than max_no_breathJime, the pressure is increased by big_pressure_step.
Apnoe-Ereignis: Wird ein Apnoe-Ereignis ermittelt, wird der Druck um big_pressure_step erhöht, falls der derzeitige Druck <= titration_pressure + small_pressure_step ist. Hypopnoe-Ereignis: Wird ein Hypopnoe-Ereignis ermittelt, wird der Druck um small_pressure_step erhöht.Apnea event: If an apnea event is determined, the pressure is increased by big_pressure_step if the current pressure is <= titration_pressure + small_pressure_step. Hypopnea event: If a hypopnea event is detected, the pressure is increased by small_pressure_step.
Atemflusslimitierung: Erkennt der Curvature-Long-Detektor, der Curvature-Short- Detektor oder der Curvature-After-Pressure-Down-Detektor eine Atemflusslimitierung, wird der Druck wird um small_pressure_step erhöht.Respiratory flow limitation: If the curvature long detector, the curvature short detector or the curvature after pressure down detector detects a respiratory flow limitation, the pressure is increased by small_pressure_step.
Normal-Ereignis: Wenn der Apnoe- oder der Hypopnoe-Detektor den Startzeitpunkt der Normalatmung nicht neu setzt, dann wird bei stabiler Atmung der Druck um pressure_down_step vermindert.Normal event: If the apnea or hypopnea detector does not reset the start of normal breathing, the pressure is reduced by pressure_down_step when breathing is stable.
3.2.2 Umschaltung in einen anderen Zustand3.2.2 Switching to another state
Es wird wieder in den sensitiven Zustand gewechselt, wennIt will switch back to the sensitive state if
a) der Druck erniedrigt wird, odera) the pressure is reduced, or
b) der Druck erhöht wird und wenn der Druck kleiner ist als der Druck vor der letzten Druckabsenkung und wenn die Anzahl der Atemzüge seit der letzten Druckerniedrigung < n_breathsJor_restart_APDC_at_pressure_up ist.b) the pressure is increased and if the pressure is less than the pressure before the last pressure drop and if the number of breaths since the last pressure drop is <n_breathsJor_restart_APDC_at_pressure_up.
Es wird in den Normalzustand gewechselt, wennIt will go back to normal when
a) der Druck aus den vorherigen Gründen nicht abgesenkt wird und der Druck erhöht wird, odera) the pressure is not reduced and the pressure is increased for the previous reasons, or
b) die Anzahl der Atemzüge seit der letzten Druckerniedrigung > max_events_after_pressure_down ist.b) the number of breaths since the last pressure drop is> max_events_after_pressure_down.
3.2.3 Initialisierung des sensitiven Zustands3.2.3 Initialization of the sensitive state
Wenn während des sensitiven Zustands der CPAP-Druck erhöht wird und nicht in den Normalzustand umgeschaltet wird, dann wird der Parameter normal_schwelle_in_sec für den Normal-Detektor mit normal_scale_schwelle multipliziert.If the CPAP pressure is increased during the sensitive state and not switched to the normal state, then the parameter normal_schwelle_in_sec for the normal detector is multiplied by normal_scale_schwelle.
Alle Detektoren werden auf die Startzeit der sensitiven Steuerung gesetzt. 3.3 Leck-ZustandAll detectors are set to the start time of the sensitive control. 3.3 Leak condition
1. Wenn während des Normalzustands oder des sensitiven Zustands ein Leck erkannt wird, dann wird in den Leck-Zustand umgeschaltet. Während des Leck- Zustands ist nur der Leck-Detektor aktiv, die restlichen Detektoren arbeiten weiter, können aber keine Druckveränderung vornehmen.1. If a leak is detected during the normal state or the sensitive state, the system switches to the leak state. During the leak state, only the leak detector is active, the remaining detectors continue to work, but cannot change the pressure.
2. Wenn die Leckage zu Ende ist, wird wieder in den Normalzustand umgeschaltet. Wenn die Leck-Dauer länger als leakage_reset_pressure ime ist, dann wird der CPAP-Solldruck um leakage_pressure_down_step erniedrigt und in den Normalzustand umgeschaltet.2. When the leak has ended, the system switches back to the normal state. If the leak duration is longer than leakage_reset_pressure ime, the CPAP setpoint pressure is decreased by leakage_pressure_down_step and the system switches to the normal state.
3. Wenn die Leckage vorbei ist und wieder in den Normalzustand gewechselt wurde, dann wartet der Leck-Detektor für leakage_restartJlowJime Sekunden, bis er mit der Leck-Erkennung wieder startet.3. When the leak is over and the system has returned to normal, the leak detector waits for leakage_restartJlowJime seconds until it starts again with the leak detection.
Tabelle 15: Parameter für den Leck-ZustandTable 15: Parameters for the leak state
4 Fuzzy-Logik4 fuzzy logic
In einer weiteren Ausführungsform werden die von den Detektoren ermittelten Ereignisse als Fuzzy-Variablen behandelt. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass die Steuerung kontinuierlicher arbeitet. Vorzugsweise erfolgt der Übergang von "kein Ereignis" zu "Ereignis eingetreten", also der Bereich, in dem die Fuzzy-Varable von 0 auf 1 ansteigt, so, dass die entsprechende Fuzzy- Variable beim oben angegebenen Grenzwert den Wert 0,5 erreicht. Man kann unter Berücksichtigung des graduellen Übergangs von 0 zu 1 von Fuzzy-Variablen also formulieren, dass beispielsweise ein Normalereignis umso mehr detektiert oder erkannt wird, je deutlicher die Rückwärtskorrelation einen Schwellenwert überschreitet (siehe Abschnitte 2.5). Die Breite des gewählten Übergangsbereichs und der Verlauf der Übergangsfunktion ist für die Qualität des Steuerverfahrens von untergeordneter Bedeutung. So kann die Normal-Fuzzy-Variable beispielsweise den Wert Null annehmen, wenn die Rückwärtskorrelation kleiner als 0,82 ist, linear von 0 auf 1 ansteigen, wenn die Rückwärtskorrelation im Bereich zwischen 0,82 und 0,9 fällt und 1 betragen, wenn die Rückwärtskorrelation den Wert von 0,9 überschreitet. Zur Ausgestaltung des Übergangsbereichs können jedoch auch andere Funktionen, wie beispielsweise eine geeignet skalierte Arctan-Funktion oder ein Wahrscheinlichkeitsintegral Φ(x) verwendet werden:In a further embodiment, the events determined by the detectors are treated as fuzzy variables. The advantage of this embodiment is that the control works more continuously. The transition from "no event" to "event occurred" preferably takes place, that is to say the region in which the fuzzy variable increases from 0 to 1, so that the corresponding fuzzy variable reaches the value 0.5 at the limit value specified above. Taking into account the gradual transition from 0 to 1 of fuzzy variables, one can therefore formulate that, for example, a normal event is detected or recognized the more clearly the backward correlation exceeds a threshold value (see section 2.5). The width of the selected transition area and the course of the transition function are of minor importance for the quality of the tax procedure. For example, the normal fuzzy variable can take the value zero if the backward correlation is less than 0.82, increase linearly from 0 to 1 if the backward correlation falls in the range between 0.82 and 0.9 and be 1 if the backward correlation exceeds 0.9. However, other functions such as a suitably scaled arctan function or a probability integral Φ (x) can also be used to design the transition area:
Die Druckveränderung wird bei Verwendung von Fuzzy-Variablen aus der Summe der von den einzelnen Detektoren gelieferten und vorzugsweise mit Koeffizienten gewichteten Fuzzy-Variablen bestimmt. Bei den Koeffizienten wird berücksichtigt, dass beispielsweise bei Detektion eines Atemstillstands der Druck schnell erhöht wird, während bei Atemflusslimitierung der Solldruck des CPAP-Geräts langsamer erhöht wird. Folglich wird beispielsweise der Koeffizient für die Atemstillstands- Fuzzy-Variable größer sein als der für die Atemflusslimitierungs-Fuzzy-Variable.When using fuzzy variables, the pressure change is determined from the sum of the fuzzy variables supplied by the individual detectors and preferably weighted with coefficients. The coefficients take into account the fact that, for example, the pressure is increased rapidly when a breathing arrest is detected, while the target pressure of the CPAP device is increased more slowly when the breathing flow is limited. As a result, for example, the coefficient for the apnea fuzzy variable will be greater than that for the respiratory flow limitation fuzzy variable.
Auch der Normalzustand und der sensitive Zustand des Steuerverfahrens können als Fuzzy-Variablen angesehen werden. In einer solchen Ausführungsform geht das in Abschnitt 2.4.3 berechnete Atemflusslimitationsmerkmal multipliziert mit der Fuzzy-Variablen für die sensitive Steuerung in die Druckregelung ein.The normal state and the sensitive state of the control process can also be regarded as fuzzy variables. In such an embodiment, the respiratory flow limitation feature calculated in section 2.4.3 multiplied by the fuzzy variable for the sensitive control is incorporated into the pressure control.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch lediglich ein Teil der Detektoren als Ergebnisse Fuzzy-Variablen liefern. Beim Hypopnoe-Detektor, dem Curvature-Long- Detektor, dem Curvature-Short-Detektor sowie dem Curvature-After-Pressure- Down-Detektor ist die Verwendung von Fuzzy-Variablen besonders vorteilhaft.In a further embodiment, only some of the detectors can deliver fuzzy variables as results. The use of fuzzy variables is particularly advantageous in the case of the hypopnea detector, the curvature long detector, the curvature short detector and the curvature after pressure down detector.
Beim Leck-Zustand erscheint die Verwendung von Fuzzy-Variablen wenig sinnvoll, da es sich beim Leck-Zustand nicht um einen ordentlichen Betrieb des CPAP- Geräts, sondern um einen außergewöhnlichen Zustand handelt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden auch Zwischenergebnisse, die bei der Ermittlung von Ereignissen in den Detektoren auftreten, als Fuzzy- Variablen implementiert. Dies gilt insbesondere für die Entscheidung, ob einer von zwei Atemstillständen länger als long_apnoeJimeJn_sec dauert, ob drei Atemstillstände aufeinanderfolgend sind (Abschnitt 2.2), ob das Schnarchmerkmal erfüllt ist, ob sowohl das Krümmungsmerkmal als auch das Korrelationsmerkmal eine entsprechende Schwelle überschreiten (Abschnitt 2.4.1 ) und ob das Krümmungsmerkmal CurvatureLong_mean_schwelle überschreitet (Abschnitt 2.4.2).The use of fuzzy variables does not seem to make much sense in the leak state, since the leak state is not an orderly operation of the CPAP device, but an exceptional state. In a further preferred embodiment, intermediate results that occur in the detection of events in the detectors are also implemented as fuzzy variables. This applies in particular to the decision whether one of two breath stops lasts longer than long_apnoeJimeJn_sec, whether three breath stops are consecutive (section 2.2), whether the snoring feature is fulfilled, whether both the curvature feature and the correlation feature exceed a corresponding threshold (section 2.4.1 ) and whether the curvature characteristic exceeds CurvatureLong_mean_schwelle (section 2.4.2).
Die oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Solldrucksteuerverfahren können auch bei BiPAP-Geräten und bei Multilevel-Geräten eingesetzt werden. Dabei kann der nach dem Steuerverfahren ermittelte Solldruck als der höhere Druck bei BiPAP- Geräten oder der höchste Druck bei Multilevel-Geräten verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform gibt der nach einem erfindungsgemäßen Steuerverfahren ermittelte Druck den zeitlichen Mittelwert der von einem BiPAP- oder Multilevel- Gerät erzeugen Drücke an.The target pressure control method according to the invention described above can also be used in BiPAP devices and in multilevel devices. The setpoint pressure determined according to the control method can be used as the higher pressure in BiPAP devices or the highest pressure in multilevel devices. In another embodiment, the pressure determined according to a control method according to the invention specifies the time average of the pressures generated by a BiPAP or multilevel device.
Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt. The invention was previously explained in more detail using preferred embodiments. However, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of protection is determined by the following claims and their equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 CPAP - Gerät 15 elektrische Messleitung 2 Loch 16 Flusssensor1 CPAP device 15 electrical measuring line 2 hole 16 flow sensor
4 Kompressor 17 Heizdraht4 compressor 17 heating wire
8 Turbine 18 Beatmungsmaske8 turbine 18 respiratory mask
9 Beatmungsschlauch 15 19 Schlafender9 Respiratory tube 15 19 sleeping
10 Druckmessschlauch IV Inspirationsvolumen 11 Drucksensor EL Expirationszeit 10 Pressure measuring tube IV inspiration volume 11 Pressure sensor EL expiration time
Claims
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004082751A1 (en) * | 2003-03-17 | 2004-09-30 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Method and arrangement for the titration of physiological measuring signals in conjunction with the observation of a patient in terms of sleep-related respiratory problems |
| WO2004105846A2 (en) | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Seleon Gmbh | Control device for anti-snoring apparatus and an anti-snoring apparatus, for example for copd treatment |
| DE102004014538A1 (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-13 | Seleon Gmbh | Method for controlling a BiLevel device and BiLevel device |
| US7089936B2 (en) | 2000-06-30 | 2006-08-15 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Device for detecting the respiratory activity of a person |
| DE102008010475A1 (en) | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Seleon Gmbh | Applicators for a pair of aerial goggles |
| WO2013049552A3 (en) * | 2011-09-28 | 2013-08-01 | General Electric Company | Flow sensor with mems sensing device and method for using same |
| WO2014150227A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Multi-night titration pressure determination |
| CN116236651A (en) * | 2022-12-29 | 2023-06-09 | 北京谊安医疗系统股份有限公司 | A pressure control system and method for a turbo ventilator |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7661426B2 (en) | 2002-11-19 | 2010-02-16 | Michael Lauk | Method for controlling the pressure supplied by a CPAP device, CPAP device and storage medium |
| DE10253937B3 (en) | 2002-11-19 | 2004-01-15 | Seleon Gmbh | Fan units for a ventilator |
| DE10253935B3 (en) * | 2002-11-19 | 2004-03-25 | Seleon Gmbh | Controlling pressure delivered by continuous positive airway pressure device involves slow, quasi-ramp-shaped reduction of pressure delivered by device as long as there is no respiratory event |
| DE10253946B3 (en) * | 2002-11-19 | 2004-01-29 | Seleon Gmbh | Procedure for a ventilator, ventilator and storage medium |
| ITRM20050217A1 (en) | 2005-05-06 | 2006-11-07 | Ginevri S R L | PROCEDURE FOR NASAL VENTILATION AND ITS APPARATUS, IN PARTICULAR FOR NEONATAL FLOW-SYNCHRONIZED ASSISTED VENTILATION. |
| DE102006032620B3 (en) * | 2006-07-13 | 2007-11-22 | Hoffrichter Gmbh | Respirator for treatment of obstructive sleep apnea, has controller determining loss pressure, resulting over respiratory tract resistance of tract of patient, and for proportional adjustment of therapy pressure progress |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5134995A (en) * | 1989-05-19 | 1992-08-04 | Puritan-Bennett Corporation | Inspiratory airway pressure system with admittance determining apparatus and method |
| EP0875258B1 (en) * | 1989-05-19 | 2004-11-24 | Puritan Bennett Corporation | Inspiratory airway pressure system |
| US5458137A (en) * | 1991-06-14 | 1995-10-17 | Respironics, Inc. | Method and apparatus for controlling sleep disorder breathing |
| AU3127093A (en) * | 1991-11-14 | 1993-06-15 | Paul M. Suratt | Auto cpap system |
| US5256451A (en) * | 1992-03-13 | 1993-10-26 | The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration | Guanidine based vehicle/binders for use with oxides, metals and ceramics |
| US5335654A (en) * | 1992-05-07 | 1994-08-09 | New York University | Method and apparatus for continuous adjustment of positive airway pressure for treating obstructive sleep apnea |
| EP0927538B1 (en) * | 1993-11-05 | 2004-04-07 | Resmed Limited | Determination of airway patency |
| DE69422900T2 (en) * | 1993-12-01 | 2000-06-08 | Resmed Ltd., North Ryde | Continuous positive airway pressure (CPAP) device |
| AUPM279393A0 (en) * | 1993-12-03 | 1994-01-06 | Rescare Limited | Estimation of flow and detection of breathing in cpap treatment |
| SE9304031D0 (en) * | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Siemens Elema Ab | electrode System |
| DE19717106A1 (en) * | 1997-04-23 | 1998-10-29 | Map Gmbh | Device and method for automated ventilation in CPAP therapy |
| AUPP026997A0 (en) * | 1997-11-07 | 1997-12-04 | Resmed Limited | Administration of cpap treatment pressure in presence of apnea |
| AU3508799A (en) * | 1998-06-19 | 2000-01-06 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Humidified sleep apnea treatment apparatus |
| DE19849571B4 (en) * | 1998-10-27 | 2004-12-02 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Ventilator for supplying a breathing gas to a patient under a treatment pressure that is matched to the patient |
| AUPP693398A0 (en) * | 1998-11-05 | 1998-12-03 | Resmed Limited | Fault diagnosis in CPAP and NIPPV devices |
| AU5200600A (en) * | 1999-06-16 | 2001-01-09 | Resmed Limited | Apparatus with automatic respiration monitoring and display |
| DE10031079A1 (en) * | 2000-06-30 | 2002-02-07 | Map Gmbh | Measuring patient breathing and state, correlates present respiration signals with prior reference measurements, to adjust CPAP therapy pressure accordingly |
| DE10118475B4 (en) * | 2001-04-12 | 2007-08-16 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Control device for presetting a respiratory gas pressure |
-
2001
- 2001-04-18 DE DE10118968A patent/DE10118968B4/en not_active Revoked
-
2002
- 2002-04-17 WO PCT/DE2002/001425 patent/WO2002083221A2/en not_active Application Discontinuation
- 2002-04-17 DE DE10291565T patent/DE10291565D2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7934500B2 (en) | 2000-06-30 | 2011-05-03 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Method and apparatus for detecting the respiratory activity of a person |
| US7089936B2 (en) | 2000-06-30 | 2006-08-15 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Device for detecting the respiratory activity of a person |
| US8408205B2 (en) | 2000-06-30 | 2013-04-02 | Resmed R&D Germany Gmbh | Method and apparatus for detecting the respiratory activity of a person |
| WO2004082751A1 (en) * | 2003-03-17 | 2004-09-30 | Map Medizin-Technologie Gmbh | Method and arrangement for the titration of physiological measuring signals in conjunction with the observation of a patient in terms of sleep-related respiratory problems |
| WO2004105846A2 (en) | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Seleon Gmbh | Control device for anti-snoring apparatus and an anti-snoring apparatus, for example for copd treatment |
| DE10322964A1 (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-30 | Seleon Gmbh | Control unit for anti-snoring device and anti-snoring device |
| DE10322964B4 (en) * | 2003-05-21 | 2006-03-23 | Seleon Gmbh | Control unit for anti-snoring device and anti-snoring device |
| DE102004014538A1 (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-13 | Seleon Gmbh | Method for controlling a BiLevel device and BiLevel device |
| US8402969B2 (en) | 2004-03-23 | 2013-03-26 | Stephan Gabriel | Method for controlling a bi-level apparatus, and bi-level apparatus |
| DE102008010475A1 (en) | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Seleon Gmbh | Applicators for a pair of aerial goggles |
| WO2013049552A3 (en) * | 2011-09-28 | 2013-08-01 | General Electric Company | Flow sensor with mems sensing device and method for using same |
| CN103957788A (en) * | 2011-09-28 | 2014-07-30 | 通用电气公司 | Flow sensor with MEMS sensing device and method of using same |
| WO2014150227A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Multi-night titration pressure determination |
| US10322251B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-06-18 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Multi-night titration pressure determination |
| CN116236651A (en) * | 2022-12-29 | 2023-06-09 | 北京谊安医疗系统股份有限公司 | A pressure control system and method for a turbo ventilator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10118968B4 (en) | 2007-03-01 |
| WO2002083221A3 (en) | 2003-02-20 |
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