WO2009112076A1 - Respirator having variable pressure support - Google Patents

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Helmut Hoffrichter
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Definitions

  • the invention relates to a ventilator with variable
  • a pressure support incorporating an internal breathing system with a breathing gas generator in a pressure control device, wherein a gas outlet for providing pressurized breathing gas and any external accessories for directing the breathing gas via a patient interface into a patient's airway.
  • a ventilator for the treatment of obstructive sleep apnea contains a pressure generator, which is usually a radial fan.
  • the fan preferably aspirates the ambient air and compresses it to the ventilation pressure required for the therapy.
  • the ventilator includes a pressure control device with an actuator for driving the pressure generator.
  • the task of the pressure control device is the production of an actual ventilation pressure, which is measured with a pressure sensor and regulated so that it deviates as little as possible from a predetermined target ventilation pressure.
  • the desired ventilation pressure is the controlled variable of the pressure control device.
  • the compressed breathing gas is introduced via a gas outlet and a breathing tube in the patient interface, which is preferably a face mask.
  • the pneumatic duct system of a ventilator is called
  • Respiratory system referred to and has a flow resistance, which is composed of the sum of several flow resistance at deflection points, cross-sectional changes, filters and mufflers.
  • a flow resistance which is composed of the sum of several flow resistance at deflection points, cross-sectional changes, filters and mufflers.
  • the inner breathing system starts at the fresh air inlet and ends at the gas outlet. It consists in particular of air filters, noise dampers the blower and the Air entertainment system.
  • the external breathing system starts at the gas outlet and ends at the patient interface. It consists in particular of the breathing tube, an exhalation valve and a humidifier.
  • the patient interface is typically a face mask and serves to introduce the breathing gas into the respiratory tract of the patient.
  • the physiological flow channels are the respiratory tract.
  • Sleep medicine deals in particular with the condition of the upper respiratory tract. These consist in particular of the nasal passages and the airway through the throat into the trachea and into the bronchial system.
  • Each flow resistor consumes exactly as much pressure as is needed to overcome it.
  • the pressure generated by the blower therefore becomes smaller on the way into the bronchial system of the patient after passing through each flow resistance as a function of the flow intensity.
  • the pressure in the face mask should be constant.
  • the pressure sensor which is arranged in the pressure control device for measuring the actual pressure, the pressure prevailing in the face mask.
  • the blower always generates the target pressure to be produced in the face mask, and in addition, due to the action of the pressure control device, the sum of all pressure losses on the flow path from the blower to the face mask. Assuming a small control deviation, this happens regardless of the size of the flow resistances on the way.
  • this method of near-patient pressure measurement requires an additional pressure measuring tube.
  • This directs the pressure prevailing in the face mask pressure to the arranged inside the ventilator pressure sensor.
  • the hose length of about 2 m causes additional signal propagation times, causing the Dynamics of the pressure regulator reduced. This leads to dynamic control deviations.
  • Another disadvantage is the impairment of hygiene when the pressure measuring tube is routed as usual inside the breathing tube. A regular cleaning is made difficult.
  • the cost of an additional hose including all the connecting elements are not negligible, and finally, the additional pressure measuring hose can cause interference when it kinks, dissolves at a junction or when a drop of water settles through condensate from the humid air or simply from the cleaning water.
  • the pressure generator continuously provides the target pressure and additionally the determined loss pressure at the gas outlet.
  • DE 102 53 947 C1 describes a method for compensating the pressure drop across a breathing tube, ventilator and storage medium.
  • the compensation takes place in a first step by measuring the flow and the pressure in the device with remote respiratory mask. From the measured values, a resistance parameter is calculated.
  • the measurement of the flow with attached breathing mask and calculation of a correction pressure takes into account the pressure-flow characteristic of the breathing tube, which is then additionally provided by the pressure generator.
  • a disadvantage is the additional expense of calibrating.
  • a CPAP ventilator can with different
  • a disadvantage of the interconnection of predefined pressure profiles is the occurrence of airtraps. These are caused by a too rapid pressure drop in the face mask, which triggers a steep increase in the expiratory flow.
  • Known in this context is the problem of those suffering from asthma. These are difficult to exhale, because the already constricted airways are almost completely pinched off as a result of the expiratory flow. With a corresponding back pressure on the mouth or nose, the expiratory flow can be reduced and the exhalation can be facilitated.
  • US6609517 describes a PPAP with a flow sensor, wherein the supplied to the patient pressure addition flow proportional and are set separately for inspiration and expiration.
  • the disadvantage of the flow proportionality of pressure additions lies in the non-linear pressure-flow characteristic of flow resistances.
  • v flow / cross section
  • r is the gas density.
  • the purpose of pressure support is in alleviating or eliminating the obstructive effect of flow resistance in the respiratory tract. Therefore, the pressure support should also take the form of the loss pressure above the flow resistance. From rhinomanometry it is known that the loss pressure across the nasal passages increases exponentially with increasing flow. Because CPAP patients are forced to breathe through their nostrils only, assisting breathing in breathing is an advantage because the device helps overcome the flow resistance of the nose. If this pressure support is only proportional to the respiratory flow, its effect will decrease with increasing flow, because the loss pressure across the nasal passages increases exponentially with the flow.
  • a special form of pressure support is done with bi-level devices. These have a detector or breath trigger to determine the beginning of the two breathing phases of inspiration and expiration. For breath support, a higher IPAP pressure is turned on at the beginning of inspiration. This pressure is reached within a few 10 ms depending on the dynamics of the system and held for the duration of the inspiration. At the end of the inspiration, the signal from the breath trigger will turn on the smaller EPAP pressure. Again, this pressure is maintained during the expiratory phase until the breath trigger turns IPAP pressure back on.
  • US 6948497 describes a bi-level system with a sensor for
  • Control of breathing in which the pressure setting of the gas flow in the respiratory tract of the patient with the inspiratory phase and Exspiration phase is synchronized and the pressure during the expiration is set lower than during inspiration.
  • the US 7100607 also bebart a bi-level system with a pressure setting that this is at least in part of the expiratory phase less than in a part of the inspiration phase.
  • the object of the invention is thus in a better adapted to the natural breathing pressure support of breathing.
  • Another object of the invention is to compensate for pressure losses on external accessories, in particular on the breathing tube by additional generation of an equal pressure at the gas outlet of the device, without the pressure in the patient interface is measured.
  • the ventilator according to the invention includes according to claim 1, an internal breathing system whose flow resistance is adjustable and negative.
  • the pressure generator in the internal breathing system generates a pressure which is the sum of a predefined base pressure and an additional pressure, wherein the additional pressure is greater than the loss pressure on all flow resistance of the respiratory system between the pressure generator by a factor of at least 1.0 and the gas outlet are arranged.
  • the signal for the magnitude of the additional pressure is determined by measuring the pressure loss at a characteristic flow resistance in the respiratory system and multiplied by a factor. This signal is added to the predetermined signal of the base pressure and supplied to the pressure control device as a controlled variable. The pressure control device then produces this pressure at the gas outlet.
  • the pressure support according to the invention has the advantage that the patient no rigid pressure profile is impressed. Instead, limits are set for maximum pressure assistance with a maximum respiratory tract resistance to be assumed. Whether these limits can be reached, the patient determines with his own breathing activity. Thus, the limits can be exceeded during heavy breathing, whereby the pressure support for the limitation period is no longer required. Hours later, the same patient is able to breathe very calmly, and a limitation of the breathing assistance takes place only to a small extent or not at all.
  • This type of pressure support has an automatic biological feedback effect by the patient with his own breathing affects the control of the device.
  • a rapid pressure change imposed solely by the device could constrict the airway and make breathing difficult.
  • such a flow limitation would immediately slow down the speed of the pressure change. Breathing becomes more comfortable.
  • the pressure support is not proportional to the flow but proportional to the loss pressure that causes this flow just at a reference resistor.
  • This reference resistor is disposed in the respiratory system and may have any characteristics that correspond to any external resistance whose effect is to be compensated.
  • the invention is in addition to the compensation of the pressure loss of physiological airway resistance at the same time suitable for the compensation of the pressure loss to external devices such as a breathing tube or humidifier. This is done by the fact that their positive flow resistances are canceled by an equal negative flow resistance in the respiratory system. For complete compensation, therefore, the weighting factor for the signal measured at the reference resistor must be so dimensioned that the additional pressure is equal to the loss pressure at the external devices.
  • an inventive computing element according to claim 3 is used in combination with an amplitude limiter. This limits the signal remaining behind the arithmetic unit to an arbitrarily adjustable amount. This limitation can be made in negative and positive amplitude both in the same or different heights.
  • the invention is also suitable for controlling breathing work. With high pressure support for shallow breathing and little to no support for heavy breathing, normalization of the respiratory activity can be achieved. This task arises in particular in the therapy of patients with Cheyne-Stokes respiration.
  • Amplitudenbegrenzers use computational elements that evaluate the alternating proportion of the momentarily measured at the reference resistance pressure loss, and to use this as an additional pressure signal.
  • the weighting factor is determined as the difference between a reference value and that of a computing element from the alternating portion of the pressure loss currently measured at the reference resistance.
  • the reference value may be one specified from the outside or one dynamic, for example act value determined by the last breaths.
  • the computing element may, for example, continuously determine the amplitude maximum or the time integral from the amount of the alternating component or an average value of the amount of the alternating component of the pressure loss currently measured at the reference resistor.
  • Reference resistance measured pressure loss a computing element for eliminating the spectral components with a frequency of zero from the signal of the instantaneous pressure loss can be used.
  • the ventilator is set up according to claim 4 so that external accessories, which are arranged between the gas outlet and the patient connection point, have a working on the basis of transponders or contact codes identifier and that the control part of the ventilator is set up so that he decodes the respective identifier and takes into account the respectively connected flow resistance of the external breathing system.
  • external accessories which are arranged between the gas outlet and the patient connection point
  • the control part of the ventilator is set up so that he decodes the respective identifier and takes into account the respectively connected flow resistance of the external breathing system.
  • Such a device of the device makes a manual input of additional flow resistance or recalibration superfluous. This makes upgrading the external accessories safer, easier and faster.
  • an internal reference resistor is used as a reference resistor according to claim 5, which is placed between breathing gas generator and gas outlet and as flow resistance has a certain resistance characteristic, which preferably coincides with the resistance characteristic of the externally flowed through resistors.
  • a parameter of the respiratory gas generator preferably its instantaneous speed or its current operating current consumption, is used to determine the loss pressure at the flow resistance of the inner respiratory system. This is particularly advantageous since these parameters can be detected comparatively easily and can be used simultaneously with the operational control of the respiratory gas generator.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a ventilator according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic signal course of the block diagram in FIG. 1
  • FIG. 3 shows an example of regulated respiratory support in Cheyne-Stokes respiration
  • the example device in FIG. 1 has an internal breathing system 1, which has a respiratory gas generator 2, a reference resistor 3, a gas outlet 4, a breathing tube 5, a patient connection point 6, which is preferably a face mask, and an exhalation valve 7.
  • the respiratory gas generator 2 is preferably a fan which is operated in a pressure control device and the introduced breathing air on the prescribed ventilation pressure. This is supplied to the patient via the reference resistor 3 and possible further flow resistance of the inner respiratory system 1 and the breathing tube 5.
  • the patient has a physiological airway resistance 8 and a physiological breathing pump 9.
  • the exhalation valve 7 serves to vent the entire system and is preferably only an opening with a cross section of slightly more than 10 mm 2 . From a systemic point of view, this exhalation valve 7 is a flow resistance to the atmospheric pressure and causes an artificial leakage.
  • the pressure control device for the breathing gas generator 2 consists of a control device 12 which controls the fan via an actuator 13, whereby the ventilation pressure is adjusted so that at the difference point 11, the difference between the measured with a pressure sensor 10 actual value of the base pressure p ⁇ and the Setpoint supplied by adder 21 is a minimum. This goal is achieved the better the greater the dynamics of the respiratory gas generator 2 in particular.
  • the reference resistor 3, the differential pressure sensor 14 and consisting of the resistors 23 and 24 dividers for the size of the signal V1 form a system for compensating the loss pressure on the breathing tube 5.
  • the reference resistance 3 is greater than the flow resistance of the breathing tube 5, the dimensioning rule applies
  • the adder 21 obtains the sum of a predetermined base pressure p ⁇ , which can be adjusted by means of the adjusting element 22, and the calculated loss pressure, which is available as a signal across the resistor R24.
  • the resulting sum signal V5 is supplied to the pressure control device as a setpoint continuously.
  • a gas flow through the breathing tube 5 causes a Pressure loss. Since the pressure generator provides its desired pressure at the gas outlet 4, the pressure in the patient connection point 6 would always be too low by the pressure loss at the breathing tube 5.
  • the figure shows, however, that the loss pressure at the reference resistor 3 is measured with the differential pressure sensor 14 and a part (or multiple) of this signal is added by the adder 21 to the predetermined signal of the base pressure p ⁇ . This ensures that the pressure control device in the gas outlet 4 permanently generates the base pressure p ⁇ and plus the expected pressure loss over the breathing tube 5. This is namely proportional to a portion of the pressure drop across the reference resistor and this part is made in the example by the consisting of the resistors 23 and 24 divider. As a result, the base pressure p ⁇ in the patient connection point 6 is constant independently of the flow and independent of the pressure loss in the breathing tube 5.
  • the signal processor 15 removes the spectral component with the frequency zero from the spectrum of the signal V1 delivered by the differential pressure sensor 14.
  • an alternating signal V2 is available at its output.
  • the degree of pressure support can be adjusted.
  • the adjustment member 17 could directly obtain a scale in resistance values, for example, from 0 mbar / (l / s) to -20 mbar / (l / s). The effect manifests itself in a different rate of change of the assisting additional pressure.
  • the limiter 18 cuts the amplitudes of the signal V3 supplied by the amplifier 16. With the adjustment element 19, a value for limiting the positive signal amplitude can be set.
  • the Adjustment element 20 is used to set a limit for the negative signal amplitude.
  • the resulting signal V4 is supplied to the adder 21.
  • the resulting at breathing at the reference resistance 3 loss pressure is mapped by the differential pressure sensor 14 to the signal V1.
  • the signal processor 15 eliminates from this signal the spectral component with the frequency zero, whereby the signal V2 is formed.
  • This signal is amplified by the amplifier 16 in its amplitude, wherein the gain can be specified with the setting 17.
  • the amplified signal V3 is clipped by the limiter 18 in amplitude, provided that the amplitudes exceed the value set by the setting elements 19 and 20.
  • the signal V4 at the output of the limiter 18 is identical to the signal V3 at its input.
  • the pressure losses at the respiratory resistance 8 and at the reference resistance 3 are similar in their course, but different in size. After measuring the loss pressure at the reference resistor 3 and amplifying the signal, a pressure is generated by the addition of this signal V4 to the base pressure p ⁇ from the pressure generator in the patient interface 6, which is ideally greater by exactly the loss pressure at the respiratory resistance than the predetermined base pressure p ⁇ .
  • the ventilator provides an additional pressure to overcome the airway resistance 8 or a portion thereof and relieves the respiratory muscles of the patient.
  • the advantage here is that the pressure support is not flow proportional, but proportional to the pressure loss that generates the same flow at a flow resistance.
  • One application would be a CPAP ventilator that compensates for the pressure loss at the nasal passages. This not only makes breathing easier, but also achieves the same therapeutic effect with lower treatment pressure.
  • Excessive pressure support can be the respiratory drive of a
  • the expiration can be facilitated because the base pressure p ⁇ at the end of an inspiration does not fall immediately to the lower pressure level, but first to the base pressure p ⁇ , and a further pressure reduction is controlled by the expiratory strength.
  • Another advantage is that a respiratory phase detector or breath trigger is not necessary.
  • the signal waveforms V1 to VO of the example arrangement are shown for better understanding once for a deep breathing with limiting effect and once for a shallow breathing.
  • FIG. 3 shows what an application for stabilizing the breathing depth could look like. Such stabilization is required in Cheyne-Stokes respiration, which is remarkable in that the patient has an increasing and decreasing depth of breathing.
  • the two average processors 25 and 25 calculates the signal mean over an extended period of time and the mean value processor 25 calculates the signal mean over a much shorter period of time, for example only during a single period of respiration.
  • the output values of both processors are normalized to a uniform maximum before being supplied to the difference point 27. This then results in a control signal V6.
  • the multiplier 28 forms the product of the control signal V6 and the original breath signal V2. The result is the signal V4, which is a measure of the pressure support of the respiration. As the time courses show, the pressure support is small when the breathing depth is large. On the other hand, breathing support is great when breathing is only shallow. This behavior causes the breathing depth of a patient with Cheyne-Stokes breathing to become even, as any decrease in the depth of breath would immediately result in pressure support.
  • V1 signal (loss pressure at the reference resistor)
  • V4 signal (signal for an additional pressure)
  • V5 signal (signal of the controlled variable)

Abstract

The invention relates to a respirator having variable pressure support, comprising a differential pressure sensor 14 for determining the current pressure loss V1 at a reference resistor 3, at least one calculation element for calculating at least one additional pressure signal V4 from the current pressure loss V1, and an addition unit 21 for adding the at least one additional pressure signal V4 having a signal for a base pressure p0 to a control variable V5 of the pressure regulating device 11, 12, 13. The invention enables the simultaneous compensation for pressure losses at the breathing tube 5 and at the flow resistances of the airways of the patient. The limiter 18 enables tri-level respiration with settable end-inspiratory pressure reduction and pressure transitions controlled in the auto-biofeedback. By calculating a support factor, the pressure support as a function of the breathing depth can be influenced.

Description

Beschreibung description
[0001] Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung[0001] Ventilator with variable pressure support
Technisches GebietTechnical area
[0002] Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit variablerThe invention relates to a ventilator with variable
Druckunterstützung, das ein inneres Atemsystem mit einem Atemgaserzeuger in einer Druckregelvorrichtung enthält, wobei eine Gasausleitung zur Bereitstellung von unter einem vorgegebenen Druck stehendem Atemgas und beliebige externe Zusatzgeräte zum Leiten des Atemgases über eine Patientenanschlussstelle in die Atemwege eines Patienten vorgesehen sind.A pressure support incorporating an internal breathing system with a breathing gas generator in a pressure control device, wherein a gas outlet for providing pressurized breathing gas and any external accessories for directing the breathing gas via a patient interface into a patient's airway.
Stand der TechnikState of the art
[0003] Ein Beatmungsgerät zur Behandlung der obstruktiven Schlafapnoe enthält einen Druckerzeuger, der zumeist ein Radialgebläse ist. Das Gebläse saugt vorzugsweise die Umgebungsluft an und verdichtet diese auf den zur Therapie erforderlichen Beatmungsdruck. Damit ein bestimmter eingestellter Beatmungsdruck aufrecht erhalten bleibt, enthält das Beatmungsgerät eine Druckregelvorrichtung mit einem Stellglied zum Antrieb des Druckerzeugers. Die Aufgabe der Druckregelvorrichtung ist die Herstellung eines Ist-Beatmungsdrucks, der mit einem Drucksensor gemessen und so geregelt wird, dass er von einem vorgegebenen Soll-Beatmungsdruck so wenig wie möglich abweicht. Der Soll-Beatmungsdruck ist die Regelgröße der Druckregelvorrichtung. Das verdichtete Atemgas, wird über eine Gasausleitung und einen Atemschlauch in die Patientenanschlussstelle eingeleitet, die vorzugsweise eine Gesichtsmaske ist.A ventilator for the treatment of obstructive sleep apnea contains a pressure generator, which is usually a radial fan. The fan preferably aspirates the ambient air and compresses it to the ventilation pressure required for the therapy. In order for a given set ventilation pressure to be maintained, the ventilator includes a pressure control device with an actuator for driving the pressure generator. The task of the pressure control device is the production of an actual ventilation pressure, which is measured with a pressure sensor and regulated so that it deviates as little as possible from a predetermined target ventilation pressure. The desired ventilation pressure is the controlled variable of the pressure control device. The compressed breathing gas is introduced via a gas outlet and a breathing tube in the patient interface, which is preferably a face mask.
[0004] Das pneumatische Kanalsystem eines Beatmungsgerätes wird alsThe pneumatic duct system of a ventilator is called
Atemsystem bezeichnet und weist einen Strömungswiderstand auf, der sich aus der Summe mehrerer Strömungswiderstände an Umlenkungsstellen, Querschnittsänderungen, Filtern und Schalldämpfern zusammensetzt. Man unterscheidet zwischen einem inneren und einem externen Atemsystem. Das innere Atemsystem beginnt am Frischlufteingang und endet an der Gasausleitung. Es besteht insbesondere aus Luftfiltern, Geräuschdämpfern dem Gebläse und dem Lufthaltungssystem. Das externe Atemsystem beginnt an der Gasausleitung und endet an der Patientenanschlussstelle. Es besteht insbesondere aus dem Atemschlauch, einem Ausatemventil und einem Atemluftanfeuchter. Die Patientenanschlussstelle ist in der Regel eine Gesichtsmaske und dient dazu, das Atemgas in die Atemwege des Patienten einzuleiten.Respiratory system referred to and has a flow resistance, which is composed of the sum of several flow resistance at deflection points, cross-sectional changes, filters and mufflers. One distinguishes between an internal and an external respiratory system. The inner breathing system starts at the fresh air inlet and ends at the gas outlet. It consists in particular of air filters, noise dampers the blower and the Air entertainment system. The external breathing system starts at the gas outlet and ends at the patient interface. It consists in particular of the breathing tube, an exhalation valve and a humidifier. The patient interface is typically a face mask and serves to introduce the breathing gas into the respiratory tract of the patient.
[0005] Die physiologischen Strömungskanäle sind die Atemwege. DieThe physiological flow channels are the respiratory tract. The
Schlafmedizin befasst sich insbesondere mit der Kondition der oberen Atemwege. Diese bestehen insbesondere aus den Nasengängen und dem Atemweg durch den Rachen in die Luftröhre und in das Bronchialsystem hinein.Sleep medicine deals in particular with the condition of the upper respiratory tract. These consist in particular of the nasal passages and the airway through the throat into the trachea and into the bronchial system.
[0006] Alle Elemente des inneren und externen Atemsystems weisenAll elements of the internal and external breathing system have
Strömungswiderstände auf und behindern eine Gasströmung. Jeder Strömungswiderstand verbraucht genau soviel Druck, wie zu seiner Überwindung erforderlich ist. Der vom Gebläse erzeugte Druck wird deshalb auf dem Weg in das Bronchialsystem des Patienten nach Passieren eines jeden Strömungswiderstandes in Abhängigkeit von der Strömungsstärke kleiner.Flow resistance and obstruct a gas flow. Each flow resistor consumes exactly as much pressure as is needed to overcome it. The pressure generated by the blower therefore becomes smaller on the way into the bronchial system of the patient after passing through each flow resistance as a function of the flow intensity.
[0007] Bei einem CPAP-Beatmungsgerät soll der Druck in der Gesichtsmaske konstant sein. Um dieses zu erreichen, kann man dem Drucksensor, der in der Druckregelvorrichtung zur Messung des Ist-Druckes angeordnet ist, den in der Gesichtmaske herrschenden Druck zuführen. Dadurch erzeugt das Gebläse immer den in der Gesichtsmaske herzustellenden Solldruck und zusätzlich auf Grund der Wirkung der Druckregelvorrichtung die Summe aller Druckverluste auf dem Strömungsweg vom Gebläse bis in die Gesichtsmaske. Unter der Voraussetzung einer kleinen Regelabweichung geschieht das unabhängig von der Größe der auf dem Weg liegenden Strömungswiderstände.In a CPAP ventilator, the pressure in the face mask should be constant. In order to achieve this, one can supply the pressure sensor, which is arranged in the pressure control device for measuring the actual pressure, the pressure prevailing in the face mask. As a result, the blower always generates the target pressure to be produced in the face mask, and in addition, due to the action of the pressure control device, the sum of all pressure losses on the flow path from the blower to the face mask. Assuming a small control deviation, this happens regardless of the size of the flow resistances on the way.
[0008] Dieses Verfahren der patientennahen Druckmessung erfordert jedoch einen zusätzlichen Druckmessschlauch. Dieser leitet den in der Gesichtsmaske herrschenden Druck an den im Gehäuseinnern des Beatmungsgerätes angeordneten Drucksensor. Die Schlauchlänge von etwa 2 m verursacht zusätzliche Signallaufzeiten, wodurch sich die Dynamik der Druckregelvorrichtung verringert. Das führt zu dynamisch bedingten Regelabweichungen. Ein weiterer Nachteil besteht in der Beeinträchtigung der Hygiene, wenn der Druckmessschlauch wie üblich im Innern des Atemschlauches verlegt wird. Eine regelmäßig durchzuführende Reinigung wird dadurch erschwert. Außerdem sind die Kosten eines zusätzlichen Schlauches inklusive aller Anschlusselemente nicht zu vernachlässigen, und schließlich kann der zusätzliche Druckmessschlauch Störungen verursachen, wenn er abknickt, sich an einer Verbindungsstelle löst oder wenn sich darin ein Wassertropfen durch Kondensat aus der feuchten Atemluft oder einfach vom Reinigungswasser absetzt.However, this method of near-patient pressure measurement requires an additional pressure measuring tube. This directs the pressure prevailing in the face mask pressure to the arranged inside the ventilator pressure sensor. The hose length of about 2 m causes additional signal propagation times, causing the Dynamics of the pressure regulator reduced. This leads to dynamic control deviations. Another disadvantage is the impairment of hygiene when the pressure measuring tube is routed as usual inside the breathing tube. A regular cleaning is made difficult. In addition, the cost of an additional hose including all the connecting elements are not negligible, and finally, the additional pressure measuring hose can cause interference when it kinks, dissolves at a junction or when a drop of water settles through condensate from the humid air or simply from the cleaning water.
[0009] Bekannt sind deshalb Verfahren, die den Verlustdruck am externenTherefore, methods are known that the loss pressure on the external
Atemsystem oder nur am Atemschlauch ermitteln. In Verbindung mit der Druckregelvorrichtung stellt der Druckerzeuger den Solldruck und zusätzlich den ermittelten Verlustdruck kontinuierlich an der Gasausleitung bereit.Respiratory system or only on the breathing tube. In conjunction with the pressure control device, the pressure generator continuously provides the target pressure and additionally the determined loss pressure at the gas outlet.
[0010] Die DE 102 53 947 C1 beschreibt ein Verfahren zur Kompensation des Druckabfalls an einem Beatmungsschlauch, Beatmungsgerät sowie Speichermedium. Die Kompensation erfolgt in einem ersten Schritt durch Messen des Flow und des Drucks im Gerät bei abgesetzter Atemmaske. Aus den Messwerten wird ein Widerstandsparameter berechnet. Im zweiten Schritt erfolgt die Messung des Flow mit aufgesetzter Atemmaske und Berechnung eines Korrekturdruckes unter Berücksichtigung der Druck-Flow-Kennlinie des Atemschlauches, der dann vom Druckerzeuger zusätzlich bereitgestellt wird. Nachteilig ist der zusätzliche Aufwand des Kalibrierens.DE 102 53 947 C1 describes a method for compensating the pressure drop across a breathing tube, ventilator and storage medium. The compensation takes place in a first step by measuring the flow and the pressure in the device with remote respiratory mask. From the measured values, a resistance parameter is calculated. In the second step, the measurement of the flow with attached breathing mask and calculation of a correction pressure takes into account the pressure-flow characteristic of the breathing tube, which is then additionally provided by the pressure generator. A disadvantage is the additional expense of calibrating.
[0011] Ein CPAP Beatmungsgerät kann mit unterschiedlichenA CPAP ventilator can with different
Drucksteueralgorithmen ausgestattet werden. Dem Fachmann bekannt sind die Methoden C-Flex oder PPAP. Die US 6105575 beschreibt für C-Flex, dass ein Sensor die Atemcharakteristik feststellt und die Gerätesteuerung das Atemgas in mindestens einem Teil des Atemzyklus zu einem "minimal erforderlichen Druck" an den Patienten liefert. An der Gerätesteuerung, die das Sensor Ausgangssignal erhält wird eine Intensität eingestellt, um den "minimal erforderlichen Druck" zu liefern. Außerdem wird beschrieben, dass ein Sensor die physiologischen Konditionen des Patienten detektiert, um zwischen Inspiration und Exspiration zu unterscheiden. Die Steuerung des Gerätes liefert vordeterminierte Druckprofile, die zumindest während der Inspirationsphase wirken sollen. Die Gestalt der Profile ist unabhängig von der Atemcharakteristik.Pressure control algorithms are equipped. The person skilled in the art knows the methods C-Flex or PPAP. US 6105575 describes for C-Flex that a sensor detects the respiratory characteristic and the device controller delivers the respiratory gas to the patient in at least part of the respiratory cycle to a "minimum required pressure". At the device control, which receives the sensor output signal becomes a Intensity adjusted to deliver the "minimum required pressure". In addition, it is described that a sensor detects the physiological conditions of the patient to distinguish between inspiration and expiration. The control of the device provides predefined pressure profiles, which should act at least during the inspiration phase. The shape of the profiles is independent of the breathing characteristics.
[0012] Ein Nachteil der Aufschaltung vordeterminierter Druckprofile ist das Auftreten von Airtraps. Diese entstehen bei einem zu schnellen Druckabfall in der Gesichtsmaske, die einen steilen Anstieg des Exspirationsflows auslöst. Bekannt ist in diesem Zusammenhang das Problem derjenigen Menschen, die unter Asthma leiden. Diese können nur schwer ausatmen, weil die bereits eingeengten Atemwege infolge der Exspirationsströmung nahezu total abgeschnürt werden. Mit einem entsprechenden Gegendruck an Mund oder Nase kann die Exspirationsströmung reduziert und das Ausatmen erleichtert werden. Asthmatiker trainieren sich deshalb unbewusst das Ausatmen mit einer sogenannten „Lippenbremse" an. Sie pressen die Lippen zu einem schmalen Spalt zusammen und lassen die Luft nur langsam entweichen, damit im Mund ein Gegendruck erhalten wird, der die Atemwege offen hält und dadurch eine Ausatmung möglich macht. Wenn jedoch ein Druckprofil ausschließlich von einem Gerät vorgegeben wird, könnte die Atmung bei vielen Patienten behindert werden.A disadvantage of the interconnection of predefined pressure profiles is the occurrence of airtraps. These are caused by a too rapid pressure drop in the face mask, which triggers a steep increase in the expiratory flow. Known in this context is the problem of those suffering from asthma. These are difficult to exhale, because the already constricted airways are almost completely pinched off as a result of the expiratory flow. With a corresponding back pressure on the mouth or nose, the expiratory flow can be reduced and the exhalation can be facilitated. Therefore, asthmatics unconsciously train themselves to exhale with a so-called "lip brake." They squeeze their lips into a narrow gap and allow the air to escape slowly, creating a counterpressure in the mouth that keeps the airways open and allows exhalation However, if a pressure profile is given solely by one device, respiration may be obstructed in many patients.
[0013] Die US6609517 beschreibt ein PPAP mit einem Flowsensor, wobei die an den Patienten gelieferte Druckzugabe flowproportional und getrennt für Inspiration und Exspiration eingestellt werden. Der Nachteil der Flowproportionalität von Druckzugaben liegt in der nicht linearen Druck-Flow-Charakteristik von Strömungswiderständen. Der Verlustdruck in Abhängigkeit von einer Strömung wird durch die Gleichung von Bernoulli als Dp = v2 r/2 beschrieben, wobei v dieUS6609517 describes a PPAP with a flow sensor, wherein the supplied to the patient pressure addition flow proportional and are set separately for inspiration and expiration. The disadvantage of the flow proportionality of pressure additions lies in the non-linear pressure-flow characteristic of flow resistances. The loss pressure as a function of a flow is described by Bernoulli's equation as Dp = v 2 r / 2, where v is the
Strömungsgeschwindigkeit (v = Flow / Querschnitt) und r die Gasdichte ist. In der Praxis ergibt sich zumeist eine Mischform aus einem linearen und einem quadratischen Anteil. Der Zweck einer Druckunterstützung besteht im Mindern oder Aufheben der behindernden Wirkung von Strömungswiderständen in den Atemwegen. Darum sollte die Druckunterstützung auch die Gestalt des Verlustdrucks über dem Strömungswiderstand annehmen. Aus der Rhinomanometrie ist bekannt, dass der Verlustdruck über den Nasengängen mit steigendem Flow exponentiell wächst. Weil CPAP-Patienten gezwungen sind, ausschließlich durch die Nase atmen zu müssen, ist eine Druckunterstützung der Atmung ein Vorteil, weil das Gerät damit hilft, den Strömungswiderstand der Nase zu überwinden. Wenn diese Druckunterstützung nur proportional zum Atemflow erfolgt, wird deren Wirkung mit steigendem Flow nachlassen, weil der Verlustdruck über den Nasengängen exponentiell mit dem Flow steigt.Flow velocity (v = flow / cross section) and r is the gas density. In practice, a mixed form of a linear and a quadratic component usually results. The purpose of pressure support is in alleviating or eliminating the obstructive effect of flow resistance in the respiratory tract. Therefore, the pressure support should also take the form of the loss pressure above the flow resistance. From rhinomanometry it is known that the loss pressure across the nasal passages increases exponentially with increasing flow. Because CPAP patients are forced to breathe through their nostrils only, assisting breathing in breathing is an advantage because the device helps overcome the flow resistance of the nose. If this pressure support is only proportional to the respiratory flow, its effect will decrease with increasing flow, because the loss pressure across the nasal passages increases exponentially with the flow.
[0014] Eine besondere Form der Druckunterstützung erfolgt mit Bi-Level Geräten. Diese besitzen einen Detektor oder Atemtrigger zur Ermittlung des Beginns der beiden Atemphasen Inspiration und Exspiration. Zur Atemunterstützung wird am Beginn der Inspiration ein höherer IPAP-Druck eingeschaltet. Dieser Druck wird in Abhängigkeit der Dynamik des Systems in wenigen 10 ms erreicht und für die Dauer der Inspiration gehalten. Am Ende der Inspiration wird dem Signal des Atemtriggers folgend der kleinere EPAP-Druck eingeschaltet. Auch dieser Druck wird während der Exspirationsphase aufrechterhalten, bis der Atemtrigger wieder den IPAP-Druck einschaltet.A special form of pressure support is done with bi-level devices. These have a detector or breath trigger to determine the beginning of the two breathing phases of inspiration and expiration. For breath support, a higher IPAP pressure is turned on at the beginning of inspiration. This pressure is reached within a few 10 ms depending on the dynamics of the system and held for the duration of the inspiration. At the end of the inspiration, the signal from the breath trigger will turn on the smaller EPAP pressure. Again, this pressure is maintained during the expiratory phase until the breath trigger turns IPAP pressure back on.
[0015] Nachteil ist dabei die Starre des Druckprofils. Egal ob die Spontanatmung momentan tief oder momentan flach ist, die Größe der Druckunterstützung und die Geschwindigkeit der Übergänge von einem Druckniveau zum anderen sind immer gleich und starr von der Maschine gesteuert. Mit seiner spontanen Atemaktivität kann der Patient lediglich den Beginn der atemphasenabhängigen Druckunterstützung beeinflussen, nicht aber deren Größe. Der Komfort dieser Druckunterstützung ist nicht optimal und die Gefahr eines Airtrapping besteht in besonderem Maße.Disadvantage is the rigidity of the pressure profile. Whether spontaneous breathing is currently deep or currently flat, the amount of pressure support and the speed of transitions from one pressure level to another are always the same and are rigidly controlled by the machine. With its spontaneous respiratory activity, the patient can only influence the onset of the respiratory phase-dependent pressure support, but not its size. The comfort of this pressure support is not optimal and the risk of Airtrapping is particularly important.
[0016] Die US 6948497 beschreibt ein Bi-Level-System mit einem Sensor zurUS 6948497 describes a bi-level system with a sensor for
Kontrolle der Atmung, in welchem die Druckeinstellung des Gasflusses in den Atemwegen des Patienten mit der Inspirationsphase und Exspirationsphase synchronisiert ist und der Druck während der Exspiration geringer eingestellt ist als während der Inspiration.Control of breathing, in which the pressure setting of the gas flow in the respiratory tract of the patient with the inspiratory phase and Exspiration phase is synchronized and the pressure during the expiration is set lower than during inspiration.
[0017] Die US 7100607 beschriebt ebenfalls ein Bi-Level-System mit einer Druckeinstellung, dass dieser mindestens in einem Teil der Exspirationsphase geringer ist als in einem Teil der Inspirationsphase.The US 7100607 also beschriebt a bi-level system with a pressure setting that this is at least in part of the expiratory phase less than in a part of the inspiration phase.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[0018] Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in einer besser an die natürliche Atmung angepassten Druckunterstützung der Atmung.The object of the invention is thus in a better adapted to the natural breathing pressure support of breathing.
[0019] Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Kompensation von Druckverlusten an externen Zubehörgeräten insbesondere am Atemschlauch durch zusätzliche Erzeugung eines gleichgroßen Drucks an der Gasausleitung des Gerätes, ohne dass der Druck in der Patientenanschlussstelle gemessen wird.Another object of the invention is to compensate for pressure losses on external accessories, in particular on the breathing tube by additional generation of an equal pressure at the gas outlet of the device, without the pressure in the patient interface is measured.
[0020] Diese Aufgabe wird durch ein Beatmungsgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 7 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.This object is achieved by a ventilator according to claim 1. The claims 2 to 7 indicate advantageous developments.
[0021] Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät beinhaltet gemäß Anspruch 1 ein internes Atemsystem, dessen Strömungswiderstand einstellbar und negativ ist. Der Druckerzeuger im internen Atemsystem erzeugt zu diesem Zweck einen Druck, der die Summe aus einem vorgegebenen Basisdruck und einem Zusatzdruck ist, wobei der Zusatzdruck um einen Faktor von mindestens 1 ,0 größer ist als der Verlustdruck an allen Strömungswiderständen des Atemsystems, die zwischen dem Druckerzeuger und der Gasausleitung angeordnet sind. Das Signal für die Größe des Zusatzdrucks wird ermittelt, indem der Druckverlust an einem charakteristischen Strömungswiderstand im Atemsystem gemessen und mit einem Faktor multipliziert wird. Dieses Signal wird zum vorgegebenen Signal des Basisdrucks addiert und der Druckregelvorrichtung als Regelgröße zugeführt. Die Druckregelvorrichtung stellt daraufhin diesen Druck an der Gasausleitung her.The ventilator according to the invention includes according to claim 1, an internal breathing system whose flow resistance is adjustable and negative. For this purpose, the pressure generator in the internal breathing system generates a pressure which is the sum of a predefined base pressure and an additional pressure, wherein the additional pressure is greater than the loss pressure on all flow resistance of the respiratory system between the pressure generator by a factor of at least 1.0 and the gas outlet are arranged. The signal for the magnitude of the additional pressure is determined by measuring the pressure loss at a characteristic flow resistance in the respiratory system and multiplied by a factor. This signal is added to the predetermined signal of the base pressure and supplied to the pressure control device as a controlled variable. The pressure control device then produces this pressure at the gas outlet.
[0022] Die erfindungsgemäße Druckunterstützung hat den Vorteil, dass dem Patienten kein starres Druckprofil aufgeprägt wird. Stattdessen werden Grenzwerte für eine maximale Druckunterstützung bei einem maximal anzunehmendem Atemwegwiderstand vorgegeben. Ob diese Grenzwerte erreicht werden, bestimmt der Patient mit seiner Atemtätigkeit selbst. So können die Grenzwerte bei heftiger Atmung überschritten werden, wodurch die Druckunterstützung für die Begrenzungsdauer jeweils entfällt. Stunden später kann der gleiche Patient sehr ruhig atmen, und eine Limitierung der Atemunterstützung findet nur noch in geringem Maße oder überhaupt nicht mehr statt.The pressure support according to the invention has the advantage that the patient no rigid pressure profile is impressed. Instead, limits are set for maximum pressure assistance with a maximum respiratory tract resistance to be assumed. Whether these limits can be reached, the patient determines with his own breathing activity. Thus, the limits can be exceeded during heavy breathing, whereby the pressure support for the limitation period is no longer required. Hours later, the same patient is able to breathe very calmly, and a limitation of the breathing assistance takes place only to a small extent or not at all.
[0023] Diese Art der Druckunterstützung hat einen automatischen biologischen Rückkopplungseffekt, indem der Patient mit seiner eigenen Atmung die Steuerung des Gerätes beeinflusst. Eine schnelle Druckänderung, die ausschließlich vom Gerät vorgeprägt wird, könnte die Atemwege einschnüren und die Atmung erschweren. Beim erfindungsgemäßen Gerät würde eine derartige Flowlimitierung die Geschwindigkeit der Druckänderung sofort abbremsen. Das Atmen wird dadurch angenehmer.This type of pressure support has an automatic biological feedback effect by the patient with his own breathing affects the control of the device. A rapid pressure change imposed solely by the device could constrict the airway and make breathing difficult. In the device according to the invention, such a flow limitation would immediately slow down the speed of the pressure change. Breathing becomes more comfortable.
[0024] Im erfindungsgemäßen Beatmungsgerät erfolgt die Druckunterstützung nicht proportional zum Flow sondern proportional zu demjenigen Verlustdruck, den dieser Flow gerade an einem Referenzwiderstand verursacht. Dieser Referenzwiderstand ist im Atemsystem angeordnet und kann beliebige Charakteristiken aufweisen, die einem beliebigen externen Widerstand entsprechen, dessen Wirkung zu kompensieren ist. Der Nachteil kontinuierlicher flowproportionaler Druckunterstützungen, bei denen die effektive Druckunterstützung mit steigendem Flow sinkt, wird dadurch vermieden.In the ventilator according to the invention, the pressure support is not proportional to the flow but proportional to the loss pressure that causes this flow just at a reference resistor. This reference resistor is disposed in the respiratory system and may have any characteristics that correspond to any external resistance whose effect is to be compensated. The disadvantage of continuous flow-proportional pressure supports, in which the effective pressure support decreases with increasing flow, is thereby avoided.
[0025] Die Erfindung ist neben der Kompensation des Druckverlustes an physiologischen Atemwegswiderständen gleichzeitig zur Kompensation des Druckverlustes an externen Geräten wie einem Atemschlauch oder einem Atemluftbefeuchter geeignet. Dies erfolgt dadurch, dass deren positive Strömungswiderstände durch einen im Betrag gleich großen negativen Strömungswiderstand im Atemsystem aufgehoben werden. Zur vollständigen Kompensation muss also der Bewertungsfaktor für das am Referenzwiderstand gemessene Signal so bemessen werden, dass der Zusatzdruck gleich dem Verlustdruck an den externen Geräten ist.The invention is in addition to the compensation of the pressure loss of physiological airway resistance at the same time suitable for the compensation of the pressure loss to external devices such as a breathing tube or humidifier. This is done by the fact that their positive flow resistances are canceled by an equal negative flow resistance in the respiratory system. For complete compensation, therefore, the weighting factor for the signal measured at the reference resistor must be so dimensioned that the additional pressure is equal to the loss pressure at the external devices.
[0026] Vorteilhafterweise weist das Beatmungsgerät gemäß Anspruch 2 einAdvantageously, the ventilator according to claim 2 a
Rechenglied auf, das aus dem Signal des momentanen Druckverlustes Spektralanteile mit einer Frequenz von Null entfernt. Dadurch wird es möglich, die Atemluftunterstützung allein auf den geatmeten Flow und nicht auf Leckagenflow anzuwenden.Computing member, which from the signal of the instantaneous pressure loss Spectral components with a frequency of zero removed. This makes it possible to apply the breathing air support solely to the breathed flow and not to leakage flow.
[0027] Besonders bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Rechenglied gemäß Anspruch 3 in Kombination mit einem Amplitudenbegrenzer eingesetzt. Dieser begrenzt das hinter dem Rechenglied verbleibende Signal auf einen beliebig einstellbaren Betrag. Diese Begrenzung kann in negativer und positiver Amplitude sowohl in gleicher oder unterschiedlicher Höhe erfolgen.Particularly preferred is an inventive computing element according to claim 3 is used in combination with an amplitude limiter. This limits the signal remaining behind the arithmetic unit to an arbitrarily adjustable amount. This limitation can be made in negative and positive amplitude both in the same or different heights.
[0028] Durch eine solche Begrenzung kann, insbesondere dann, wenn sie nach einer Verstärkung zum Anpassen der Atemunterstützung erfolgt, eine Atemunterstützung realisiert werden, die eine Schwächung des Atemantriebes durch eine übermäßige Druckunterstützung verhindert. Ein die Begrenzung übersteigender Atemflow ist dennoch möglich, erfordert jedoch eigene Atemanstrengung. Somit steuert der Patient selbst den Übergang zwischen dem innerhalb und dem außerhalb der Begrenzung liegenden Unterstützungslevel, ohne dass ein Atemphasendetektor oder Atemtrigger notwendig ist.By such a limitation, in particular when it takes place after a gain to adjust the breathing support, a breathing assistance can be realized, which prevents weakening of the respiratory drive by an excessive pressure support. However, a breath flow that exceeds the limit is still possible, but requires your own breathing effort. Thus, the patient himself controls the transition between within and out-of-bound support levels without the need for a respiratory phase detector or breath trigger.
[0029] Die Erfindung eignet sich darüber hinaus zur Steuerung von Atemarbeit. Mit großer Druckunterstützung bei flacher Atmung und geringer bis gar keiner Unterstützung bei heftiger Atmung kann eine Normalisierung der Atemtätigkeit bewirkt werden. Diese Aufgabenstellung ergibt sich insbesondere bei der Therapie von Patienten mit einer Cheyne-Stokes-Atmung.The invention is also suitable for controlling breathing work. With high pressure support for shallow breathing and little to no support for heavy breathing, normalization of the respiratory activity can be achieved. This task arises in particular in the therapy of patients with Cheyne-Stokes respiration.
[0030] Dazu ist es besonders vorteilhaft gemäß Anspruch 3, statt desFor this purpose, it is particularly advantageous according to claim 3, instead of
Amplitudenbegrenzers Rechenglieder einzusetzen, die den alternierenden Anteil des momentan am Referenzwiderstand gemessenen Druckverlustes bewerten, und dieses als Zusatzdrucksignal zu verwenden. Dabei wird der Bewertungsfaktor als die Differenz zwischen einem Referenzwert und dem von einem Rechenglied aus dem alternierenden Anteils des momentan am Referenzwiderstand gemessenen Druckverlustes bestimmt. Dabei kann es sich bei dem Referenzwert um einen von außen vorgegeben oder einen dynamisch beispielsweise aus den letzten Atemzügen ermittelten Wert handeln. Dabei kann das Rechenglied beispielsweise fortlaufend das Amplitudenmaximum oder das Zeitintegral aus dem Betrag des alternierenden Anteils oder einen Mittelwert des Betrages des alternierenden Anteils des momentan am Referenzwiderstand gemessenen Druckverlustes bestimmen.Amplitudenbegrenzers use computational elements that evaluate the alternating proportion of the momentarily measured at the reference resistance pressure loss, and to use this as an additional pressure signal. In this case, the weighting factor is determined as the difference between a reference value and that of a computing element from the alternating portion of the pressure loss currently measured at the reference resistance. In this case, the reference value may be one specified from the outside or one dynamic, for example act value determined by the last breaths. In this case, the computing element may, for example, continuously determine the amplitude maximum or the time integral from the amount of the alternating component or an average value of the amount of the alternating component of the pressure loss currently measured at the reference resistor.
[0031] Durch eine solche Einrichtung des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes ist es beispielsweise möglich, die Atemunterstützung antiproportional zur Atemtiefe durchzuführen.By such a device of the ventilator according to the invention, it is for example possible to perform the respiratory support antiproportional to the breathing depth.
[0032] Zur Ermittlung des alternierenden Anteils des momentan amTo determine the alternating proportion of the currently
Referenzwiderstand gemessenen Druckverlustes kann ein Rechenglied zur Beseitigung der Spektralanteile mit einer Frequenz von Null aus dem Signal des momentanen Druckverlustes eingesetzt werden.Reference resistance measured pressure loss, a computing element for eliminating the spectral components with a frequency of zero from the signal of the instantaneous pressure loss can be used.
[0033] Bevorzugt wird das Beatmungsgerät gemäß Anspruch 4 so eingerichtet, dass externe Zusatzgeräte, die zwischen der Gasausleitung und der Patientenanschlussstelle angeordnet sind, eine auf der Basis von Transpondern oder Kontaktkodierungen arbeitende Kennung aufweisen und dass der Steuerteil des Beatmungsgerätes so eingerichtet ist, dass er die jeweilige Kennung dekodiert und den jeweils angeschlossenen Strömungswiderstands des externen Atemsystems berücksichtigt. Eine solche Einrichtung des Gerätes macht eine manuelle Eingabe der zusätzlichen Strömungswiderstände beziehungsweise ein erneutes Kalibrieren überflüssig. Dadurch können Umrüstungen der externen Zusatzgeräte sicherer, einfacher und schneller erfolgen.Preferably, the ventilator is set up according to claim 4 so that external accessories, which are arranged between the gas outlet and the patient connection point, have a working on the basis of transponders or contact codes identifier and that the control part of the ventilator is set up so that he decodes the respective identifier and takes into account the respectively connected flow resistance of the external breathing system. Such a device of the device makes a manual input of additional flow resistance or recalibration superfluous. This makes upgrading the external accessories safer, easier and faster.
[0034] Vorzugsweise wird gemäß Anspruch 5 als Referenzwiderstand ein interner Referenzwiderstand verwendet, der zwischen Atemgaserzeuger und Gasausleitung platziert ist und als Strömungswiderstand eine bestimmte Widerstandscharakteristik aufweist, die vorzugsweise mit der Widerstandscharakteristik der extern durchströmten Widerstände übereinstimmt.Preferably, an internal reference resistor is used as a reference resistor according to claim 5, which is placed between breathing gas generator and gas outlet and as flow resistance has a certain resistance characteristic, which preferably coincides with the resistance characteristic of the externally flowed through resistors.
[0035] Durch die Verwendung eines internen, im Gasverlauf vom Erzeuger zur Gasausleitung liegenden Referenzwiderstandes, ist es möglich den ohnehin notwendigen Gasstrom zur Messung des Referenzwiderstandes zu verwenden. Dadurch kann der erzeugte Gasstrom effizient genutzt werden. Wird dabei ein Referenzwiderstand verwendet, dessen Charakteristik mit der der extern durchströmten Widerstände übereinstimmt, so ist eine besonders präzise Steuerung der Atemunterstützung ohne aufwändige Rechenschritte möglich.By using an internal, lying in the gas flow from the generator to the gas outlet reference resistance, it is possible to use the gas flow necessary anyway for measuring the reference resistance. As a result, the generated gas stream can be used efficiently become. If a reference resistor is used, the characteristic of which corresponds to that of the externally flowed resistors, a particularly precise control of the breathing assistance is possible without complicated calculation steps.
[0036] Besonders vorteilhaft und energie-, bauteil- und platzsparend ist es, ein ohnehin notwendiges Bauteil als Referenzwiderstand gemäß Anspruch 6 zu verwenden.Particularly advantageous and energy, component and space saving is to use an already necessary component as a reference resistor according to claim 6.
[0037] Bevorzugt wird gemäß Anspruch 7 zur Feststellung des Verlustdrucks am Strömungswiderstand des inneren Atemsystems ein Parameter des Atemgaserzeugers, vorzugsweise seine momentane Drehzahl oder seine momentane Betriebsstromaufnahme verwendet wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da diese Parameter vergleichsweise einfach erfasst werden können und zeitgleich zur Betriebskontrolle des Atemgaserzeugers verwendet werden können.Preferably, according to claim 7, a parameter of the respiratory gas generator, preferably its instantaneous speed or its current operating current consumption, is used to determine the loss pressure at the flow resistance of the inner respiratory system. This is particularly advantageous since these parameters can be detected comparatively easily and can be used simultaneously with the operational control of the respiratory gas generator.
[0038] Kurze Beschreibung der Abbildungen der ZeichnungenBrief description of the figures of the drawings
[0039] Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist, erläutert werden. An Hand dessen werden weitere Vorteile und Ausführungsmöglichkeiten deutlich. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below with reference to an embodiment to which the invention is by no means limited. On the other hand, further advantages and execution options become clear. The accompanying drawings show:
[0040] Figur 1 : Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen BeatmungsgerätesFIG. 1 shows a block diagram of a ventilator according to the invention
[0041] Figur 2: Einen schematisierten Signalverlauf des Blockschaltbildes in der Fig. 1FIG. 2 shows a schematic signal course of the block diagram in FIG. 1
[0042] Figur 3: Ein Beispiel zur geregelten Atemunterstützung bei Cheyne-Stokes-AtmungFIG. 3 shows an example of regulated respiratory support in Cheyne-Stokes respiration
[0043] Die Zeichnungen sind rein schematisch und beschränken die die Erfindung nicht.The drawings are purely schematic and do not limit the invention.
Weg(e) zur Ausführung der ErfindungWay (s) for carrying out the invention
[0044] Das Beispielgerät in der Figur 1 besitzt ein inneres Atemsystem 1 , das einen Atemgaserzeuger 2, einen Referenzwiderstand 3, eine Gasausleitung 4, einen Atemschlauch 5, eine Patientenanschlussstelle 6, die vorzugsweise eine Gesichtsmaske ist, und ein Ausatemventil 7 besitzt. Der Atemgaserzeuger 2 ist vorzugsweise ein Gebläse, das in einer Druckregelvorrichtung betrieben wird und die eingeleitete Atemluft auf den vorgesehenen Beatmungsdruck verdichtet. Diese wird dem Patienten über den Referenzwiderstand 3 und mögliche weitere Strömungswiderstände des inneren Atemsystems 1 und des Atemschlauchs 5 zugeführt. Der Patient weist einen physiologischen Atemwegwiderstand 8 und eine physiologischen Atempumpe 9 auf. Das Ausatemventil 7 dient zur Entlüftung des gesamten Systems und ist vorzugsweise nur eine Öffnung mit einem Querschnitt von etwas mehr als 10 mm2. Systemtechnisch betrachtet ist dieses Ausatemventil 7 ein Strömungswiderstand gegen den Atmosphärendruck und verursacht eine künstliche Leckage.The example device in FIG. 1 has an internal breathing system 1, which has a respiratory gas generator 2, a reference resistor 3, a gas outlet 4, a breathing tube 5, a patient connection point 6, which is preferably a face mask, and an exhalation valve 7. The respiratory gas generator 2 is preferably a fan which is operated in a pressure control device and the introduced breathing air on the prescribed ventilation pressure. This is supplied to the patient via the reference resistor 3 and possible further flow resistance of the inner respiratory system 1 and the breathing tube 5. The patient has a physiological airway resistance 8 and a physiological breathing pump 9. The exhalation valve 7 serves to vent the entire system and is preferably only an opening with a cross section of slightly more than 10 mm 2 . From a systemic point of view, this exhalation valve 7 is a flow resistance to the atmospheric pressure and causes an artificial leakage.
[0045] Die Druckregelvorrichtung für den Atemgaserzeuger 2 besteht aus einer Regeleinrichtung 12, die über ein Stellglied 13 das Gebläse steuert, wodurch der Beatmungsdruck so eingestellt wird, dass am Differenzpunkt 11 die Differenz zwischen dem mit einem Drucksensor 10 gemessenen Istwert des Basisdrucks pθ und dem vom Addierer 21 gelieferten Sollwert ein Minimum ist. Dieses Ziel wird umso besser erreicht, je größer die Dynamik insbesondere des Atemgaserzeugers 2 ist.The pressure control device for the breathing gas generator 2 consists of a control device 12 which controls the fan via an actuator 13, whereby the ventilation pressure is adjusted so that at the difference point 11, the difference between the measured with a pressure sensor 10 actual value of the base pressure pθ and the Setpoint supplied by adder 21 is a minimum. This goal is achieved the better the greater the dynamics of the respiratory gas generator 2 in particular.
[0046] Der Referenzwiderstand 3, der Differenzdrucksensor 14 und der aus den Widerständen 23 und 24 bestehende Teiler für die Größe des Signals V1 bilden ein System zur Kompensation des Verlustdruckes am Atemschlauch 5. Unter der Voraussetzung, dass der Referenzwiderstand 3 größer ist als der Strömungswiderstand des Atemschlauchs 5, gilt die DimensionierungsregelThe reference resistor 3, the differential pressure sensor 14 and consisting of the resistors 23 and 24 dividers for the size of the signal V1 form a system for compensating the loss pressure on the breathing tube 5. Provided that the reference resistance 3 is greater than the flow resistance of the breathing tube 5, the dimensioning rule applies
[0047] Δp(5) = R(24)Δp (5) = R (24)
Ap(3) R(24) + R{23)Ap (3) R (24) + R {23)
[0048] Wenn der Referenzwiderstand 3 kleiner als der Strömungswiderstand des Atemschlauches 5 sein sollte, dann muss das vom Differenzdrucksensor 14 gemessenen Signal V1 nicht geteilt sondern verstärkt werden.If the reference resistance 3 should be smaller than the flow resistance of the breathing tube 5, then measured by the differential pressure sensor 14 signal V1 must not be shared but amplified.
[0049] Der Addierer 21 erhält die Summe aus einem vorgegebenen Basisdruck pθ, der mit Hilfe des Einstellelementes 22 eingestellt werden kann, und dem kalkulierten Verlustdruck, der als Signal über dem Widerstand R24 bereitsteht. Das entstehende Summensignal V5 wird der Druckregelvorrichtung als Sollwert kontinuierlich zugeführt.The adder 21 obtains the sum of a predetermined base pressure pθ, which can be adjusted by means of the adjusting element 22, and the calculated loss pressure, which is available as a signal across the resistor R24. The resulting sum signal V5 is supplied to the pressure control device as a setpoint continuously.
[0050] In der Funktion bewirkt ein Gasstrom durch den Atemschlauch 5 einen Druckverlust. Da der Druckerzeuger seinen Solldruck an der Gasausleitung 4 bereitstellt, wäre der Druck in der Patientenanschlussstelle 6 immer um den Druckverlust am Atemschlauch 5 zu gering. Die Figur zeigt jedoch, dass der Verlustdruck am Referenzwiderstand 3 mit dem Differenzdrucksensor 14 gemessen und ein Teil (oder Vielfaches) dieses Signals durch den Addierer 21 zum vorgegebenen Signal des Basisdrucks pθ addiert wird. Damit wird erreicht, dass die Druckregelvorrichtung in der Gasausleitung 4 permanent den Basisdruck pθ und zuzüglich den über dem Atemschlauch 5 zu erwartenden Druckverlust erzeugt. Dieser ist nämlich einem Teil des Druckverlustes über dem Referenzwiderstand proportional und dieser Teil wird im Beispiel durch den aus den Widerständen 23 und 24 bestehenden Teiler hergestellt. In der Folge ist der Basisdruck pθ in der Patientenanschlussstelle 6 unabhängig vom Flow und unabhängig vom Druckverlust im Atemschlauch 5 konstant.In the function, a gas flow through the breathing tube 5 causes a Pressure loss. Since the pressure generator provides its desired pressure at the gas outlet 4, the pressure in the patient connection point 6 would always be too low by the pressure loss at the breathing tube 5. The figure shows, however, that the loss pressure at the reference resistor 3 is measured with the differential pressure sensor 14 and a part (or multiple) of this signal is added by the adder 21 to the predetermined signal of the base pressure pθ. This ensures that the pressure control device in the gas outlet 4 permanently generates the base pressure pθ and plus the expected pressure loss over the breathing tube 5. This is namely proportional to a portion of the pressure drop across the reference resistor and this part is made in the example by the consisting of the resistors 23 and 24 divider. As a result, the base pressure pθ in the patient connection point 6 is constant independently of the flow and independent of the pressure loss in the breathing tube 5.
[0051] Für eine Druckunterstützung der Atmung sind in der Beispielfigur dieFor a pressure support of the breathing in the example figure are the
Elemente 15 bis 20 angeordnet. Eine Atemunterstützung darf nur auf den geatmeten Flow angewendet werden und nicht auf den Leckageflow, der durch das Ausatemventil 7 oder durch andere parasitäre Leckagen entweicht. Zu diesem Zweck entfernt der Signalprozessor 15 aus dem Spektrum des vom Differenzdrucksensor 14 gelieferten Signals V1 den Spektralanteil mit der Frequenz Null. Damit steht an seinem Ausgang ein alternierendes Signal V2 zur Verfügung.Elements 15 to 20 arranged. Respiratory support may only be used on the breathed flow, not on the leakage that escapes through the exhalation valve 7 or through other parasitic leaks. For this purpose, the signal processor 15 removes the spectral component with the frequency zero from the spectrum of the signal V1 delivered by the differential pressure sensor 14. Thus, an alternating signal V2 is available at its output.
[0052] Mit dem Verstärker 16, dessen Verstärkung mit dem Einstellelement 17 von Null bis zu einer bestimmten Größe verändert werden kann, kann der Grad einer Druckunterstützung eingestellt werden. Praktischerweise könnte das Einstellelement 17 direkt eine Skala in Widerstandswerten erhalten so beispielsweise von 0 mbar/ (l/s) bis -20 mbar/ (l/s). Die Wirkung zeigt sich in einer unterschiedlichen Änderungsgeschwindigkeit des unterstützenden Zusatzdruckes.With the amplifier 16, whose gain can be changed with the adjusting member 17 from zero to a certain size, the degree of pressure support can be adjusted. Conveniently, the adjustment member 17 could directly obtain a scale in resistance values, for example, from 0 mbar / (l / s) to -20 mbar / (l / s). The effect manifests itself in a different rate of change of the assisting additional pressure.
[0053] Der Begrenzer 18 beschneidet die Amplituden des vom Verstärker 16 gelieferten Signals V3. Mit dem Einstellelement 19 kann dabei ein Wert zur Begrenzung der positiven Signalamplitude eingestellt werden. Das Einstellelement 20 dient zur Einstellung einer Begrenzung für die negative Signalamplitude. Das entstandene Signal V4 wird dem Addierer 21 zugeführt.The limiter 18 cuts the amplitudes of the signal V3 supplied by the amplifier 16. With the adjustment element 19, a value for limiting the positive signal amplitude can be set. The Adjustment element 20 is used to set a limit for the negative signal amplitude. The resulting signal V4 is supplied to the adder 21.
[0054] Wenn ein Patient mit seiner Atempumpe 9 atmet, dann entstehenWhen a patient breathes with his breathing pump 9, then arise
Druckverluste am Strömungswiderstand 8. Ohne Druckunterstützung muss der Patient zur Überwindung dieses Widerstandes Atemarbeit aufbringen. Die Druckunterstützung wäre optimal, wenn der negative Innenwiderstand des Beatmungsgerätes, in die Patientenanschlussstelle 6 hinein gemessen genau so groß ist wie der positive Atemwegwiderstand 8 des Patienten.Pressure losses at the flow resistance 8. Without pressure support, the patient has to work to overcome this resistance. The pressure assistance would be optimal if the negative internal resistance of the ventilator, measured into the patient interface 6, is exactly the same as the positive airway resistance 8 of the patient.
[0055] Der beim Atmen am Referenzwiderstand 3 entstehende Verlustdruck wird vom Differenzdrucksensor 14 auf das Signal V1 abgebildet. Der Signalprozessor 15 beseitigt aus diesem Signal den Spektralanteil mit der Frequenz Null, wodurch das Signal V2 entsteht. Dieses Signal wird nun vom Verstärker 16 in seiner Amplitude verstärkt, wobei der Verstärkungsgrad mit dem Einstellelement 17 vorgegeben werden kann. Das verstärkte Signal V3 wird vom Begrenzer 18 in der Amplitude beschnitten, sofern die Amplituden den mit den Einstellelementen 19 und 20 vorgegebenen Wert übersteigen.The resulting at breathing at the reference resistance 3 loss pressure is mapped by the differential pressure sensor 14 to the signal V1. The signal processor 15 eliminates from this signal the spectral component with the frequency zero, whereby the signal V2 is formed. This signal is amplified by the amplifier 16 in its amplitude, wherein the gain can be specified with the setting 17. The amplified signal V3 is clipped by the limiter 18 in amplitude, provided that the amplitudes exceed the value set by the setting elements 19 and 20.
[0056] Zunächst soll angenommen werden, dass die Signalgröße und dieFirst, assume that the signal magnitude and the
Verstärkung so eingestellt sind, dass die Beschneidungsgrenzen nicht erreicht werden. In diesem Fall ist das Signal V4 am Ausgang des Begrenzers 18 mit dem Signal V3 an seinem Eingang identisch. Die Druckverluste am Atemwegwiderstand 8 und am Referenzwiderstand 3 sind in ihrem Verlauf ähnlich, in der Größe jedoch unterschiedlich. Nach Messung des Verlustdrucks am Referenzwiderstand 3 und Verstärkung des Signals wird durch Addition dieses Signals V4 zum Basisdruck pθ vom Druckerzeuger in der Patientenanschlussstelle 6 ein Druck erzeugt, der im Idealfall genau um den Verlustdruck am Atemwegwiderstand größer ist als der vorgegebene Basisdruck pθ. Somit stellt das Beatmungsgerät einen Zusatzdruck zur Überwindung des Atemwegwiderstandes 8 oder eines Teils davon zur Verfügung und entlastet die Atemmuskulatur des Patienten. [0057] Vorteilhaft dabei ist, dass die Druckunterstützung nicht flowproportional ist, sondern proportional zu demjenigen Druckverlust, den der gleiche Flow an einem Strömungswiderstand generiert. Eine Anwendung wäre ein CPAP-Beatmungsgerät, das den Druckverlust an den Nasengängen kompensiert. Dadurch wird nicht nur das Atmen erleichtert, sondern auch mit geringerem Behandlungsdruck die gleiche Therapiewirkung erzielt.Gain are set so that the cropping limits are not reached. In this case, the signal V4 at the output of the limiter 18 is identical to the signal V3 at its input. The pressure losses at the respiratory resistance 8 and at the reference resistance 3 are similar in their course, but different in size. After measuring the loss pressure at the reference resistor 3 and amplifying the signal, a pressure is generated by the addition of this signal V4 to the base pressure pθ from the pressure generator in the patient interface 6, which is ideally greater by exactly the loss pressure at the respiratory resistance than the predetermined base pressure pθ. Thus, the ventilator provides an additional pressure to overcome the airway resistance 8 or a portion thereof and relieves the respiratory muscles of the patient. The advantage here is that the pressure support is not flow proportional, but proportional to the pressure loss that generates the same flow at a flow resistance. One application would be a CPAP ventilator that compensates for the pressure loss at the nasal passages. This not only makes breathing easier, but also achieves the same therapeutic effect with lower treatment pressure.
[0058] Eine übermäßige Druckunterstützung kann den Atemantrieb einesExcessive pressure support can be the respiratory drive of a
Patienten schwächen. Durch Begrenzung der Amplituden des Signals V3 wird die Druckunterstützung während der Begrenzungsphase ausgesetzt. Der Patient kann zwar trotzdem seinen Atemf low forcieren, muss das aber durch eigene Anstrengung tun. Eine Druckunterstützung erfolgt lediglich in den Übergängen bis zum Einsetzen einer Begrenzung. Wenn mit dem Einstellelement 17 eine große Verstärkung vorgegeben wurde und die Begrenzungen entsprechend eingestellt sind, dann arbeitet das Gerät ähnlich wie ein Bi-Level-Gerät, vermeidet jedoch dessen Nachteile. Der Unterschied besteht insbesondere darin, dass nicht das Gerät sondern der Patient selbst den Druckübergang von einem Begrenzer-Level auf den anderen steuert. Außerdem können für Inspiration und Exspiration getrennte Einstellungen der Begrenzer vorgenommen werden. Somit kann die Exspiration erleichtert werden, weil der Basisdruck pθ am Ende einer Inspiration nicht sofort auf den unteren Drucklevel fällt, sondern zunächst erst auf den Basisdruck pθ, und eine weitere Drucksenkung von der Exspirationsstärke gesteuert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Atemphasendetektor oder Atemtrigger nicht notwendig ist.Weaken patients. By limiting the amplitudes of signal V3, the pressure support is suspended during the limiting phase. Although the patient can still force his breath, he has to do so by his own efforts. Pressure support occurs only in the transitions until the onset of a limit. If a large gain has been specified with the setting element 17 and the limits are set accordingly, then the device works much like a bi-level device, but avoids its disadvantages. The difference lies in the fact that not the device but the patient himself controls the pressure transfer from one limiter level to the other. In addition, separate settings of the delimiter can be made for inspiration and expiration. Thus, the expiration can be facilitated because the base pressure pθ at the end of an inspiration does not fall immediately to the lower pressure level, but first to the base pressure pθ, and a further pressure reduction is controlled by the expiratory strength. Another advantage is that a respiratory phase detector or breath trigger is not necessary.
[0059] In der Figur 2 sind die Signalverläufe V1 bis VO der Beispielanordnung zum besseren Verständnis einmal für eine tiefe Atmung mit Begrenzerwirkung und einmal für eine flache Atmung dargestellt.In the figure 2, the signal waveforms V1 to VO of the example arrangement are shown for better understanding once for a deep breathing with limiting effect and once for a shallow breathing.
[0060] Die Figur 3 zeigt, wie eine Anwendung zur Stabilisierung der Atemtiefe aussehen könnte. Eine derartige Stabilisierung ist bei einer Cheyne-Stokes-Atmung erforderlich, die dadurch auffällt, dass der Patient eine auf- und abschwellende Atemtiefe besitzt.FIG. 3 shows what an application for stabilizing the breathing depth could look like. Such stabilization is required in Cheyne-Stokes respiration, which is remarkable in that the patient has an increasing and decreasing depth of breathing.
[0061] An die Stelle des Verstärker 16 und des Begrenzers 18 treten die zwei Mittelwertprozessoren 25 und 25, deren Ausgangssignale in einem Differenzpunkt 27 überlagert werden, und ein Multiplizierer 28. Der Mittelwertprozessor 26 berechnet den Signalmittelwert über einen längeren Zeitraum und der Mittelwertprozessor 25 berechnet den Signalmittelwert über einen wesentlich kürzeren Zeitraum, beispielsweise nur während einer einzelnen Atemperiode. Vorzugsweise werden die Ausgangswerte beider Prozessoren auf ein einheitliches Maximum normiert, bevor sie auf den Differenzpunkt 27 geliefert werden. Daraus entsteht dann ein Steuersignal V6. Der Multiplizierer 28 bildet das Produkt aus dem Steuersignal V6 und dem originalen Atemsignal V2. Im Ergebnis erhält man das Signal V4, welches ein Maß für die Druckunterstützung der Atmung ist. Wie die Zeitverläufe zeigen, ist die Druckunterstützung klein, wenn die Atemtiefe groß ist. Dagegen ist die Atemunterstützung groß, wenn die Atmung nur flach ist. Dieses Verhalten bewirkt, dass die Atemtiefe eines Patienten mit Cheyne-Stokes-Atmung gleichmäßig wird, denn jedes Absinken der Atemtiefe hätte sofort eine Druckunterstützung zur Folge.In place of the amplifier 16 and the limiter 18, the two average processors 25 and 25, whose output signals in a The mean value processor 26 calculates the signal mean over an extended period of time and the mean value processor 25 calculates the signal mean over a much shorter period of time, for example only during a single period of respiration. Preferably, the output values of both processors are normalized to a uniform maximum before being supplied to the difference point 27. This then results in a control signal V6. The multiplier 28 forms the product of the control signal V6 and the original breath signal V2. The result is the signal V4, which is a measure of the pressure support of the respiration. As the time courses show, the pressure support is small when the breathing depth is large. On the other hand, breathing support is great when breathing is only shallow. This behavior causes the breathing depth of a patient with Cheyne-Stokes breathing to become even, as any decrease in the depth of breath would immediately result in pressure support.
[0062] Für die Beispielanordnungen wurden elektrische Schaltelemente undFor the example arrangements, electrical switching elements and
Elemente aus Blockdarstellungen verwendet, weil diese gut geeignet sind, allgemeine Funktionen zu vermitteln. In der Praxis ist es natürlich sehr viel vorteilhafter, die gesamte Signalverarbeitung von digitalen Rechnern mit einem entsprechenden Programm ausführen zu lassen.Elements of block representations are used because they are well suited to convey common functions. In practice, of course, it is much more advantageous to have the entire signal processing performed by digital computers with a corresponding program.
[0063] Liste der verwendeten BezugszeichenList of reference symbols used
[0064] 1 inneres Atemsystem des Beatmungsgerätes[0064] 1 inner breathing system of the ventilator
[0065] 2 Atemgaserzeuger[0065] 2 respiratory gas generators
[0066] 3 Referenzwiderstand3 reference resistance
[0067] 4 Atemgasausleitung[0067] 4 Breathing gas evacuation
[0068] 5 Atemschlauch[0068] 5 breathing tube
[0069] 6 Patientenanschlussstelle[0069] 6 Patient connection point
[0070] 7 Ausatemventil7 exhalation valve
[0071] 8 Atemwegwiderstand[0071] 8 airway resistance
[0072] 9 Atempumpe9 respiratory pump
[0073] 10 Drucksensor10 pressure sensor
[0074] 11 Differenzpunkt [0075] 12 Regeleinrichtung[0074] 11 difference point [0075] 12 control device
[0076] 13 Stellglied[0076] 13 actuator
[0077] 14 Differenzdrucksensor[0077] 14 differential pressure sensor
[0078] 15 Signalprozessor15 signal processor
[0079] 16 Verstärker16 amplifiers
[0080] 17 Einstellelement[0080] 17 setting element
(Einstellung eines Verstärkungsfaktors >0)(Setting a gain> 0)
[0081] 18 Begrenzer18 limiters
[0082] 19 Einstellelement (positive Signalamplitude)19 setting element (positive signal amplitude)
[0083] 20 Einstellelement (negative Signalamplitude)[0083] 20 setting element (negative signal amplitude)
[0084] 21 Addierer21 adders
[0085] 22 Einstellelement (Basisdruck)[0085] 22 adjustment element (base pressure)
[0086] 23 Signalteilerwiderstand[0086] 23 Signal Divider Resistor
[0087] 24 Signalteilerwiderstand24 Signal divider resistor
[0088] 25 Mittelwertprozessor (Kurzzeitiger Mittelwert25 Mean value processor (short-term average
[0089] 26 Mittelwertprozessor (langzeitiger Mittelwert)26 mean value processor (long term average)
[0090] pθ BasisdruckPθ base pressure
[0091] V1 Signal (Verlustdruck am Referenzwiderstand)[0091] V1 signal (loss pressure at the reference resistor)
[0092] V2 SignalV2 signal
(alternierender Anteil des Verlustdrucks)(alternating part of the loss pressure)
[0093] V3 SignalV3 signal
(mit einem Faktor bewerteter alternierender Anteil des(Factor - weighted alternating portion of the
[0094] Verlustdrucks)[0094] loss pressure)
[0095] V4 Signal (Signal für einen Zusatzdruck)[0095] V4 signal (signal for an additional pressure)
[0096] V5 Signal (Signal der Regelgröße)[0096] V5 signal (signal of the controlled variable)
[0097] V6 SignalV6 signal
(Bewertungsfaktor für eine Druckunterstützung ) (Evaluation factor for pressure support)

Claims

Ansprüche claims
1. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung, das ein inneres Atemsystem (1) mit einem Atemgaserzeuger (2) in einer Druckregelvorrichtung (11 , 12, 13) enthält, bei dem eine Gasausleitung (4) zur Bereitstellung von unter einem vorgegebenen Druck stehendem Atemgas und beliebige externe Zusatzgeräte, vorzugsweise nur ein Atemschlauch (5) zum Leiten des Atemgases über eine Patientenanschlussstelle (6), vorzugsweise eine Gesichtsmaske, in die Atemwege eines Patienten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzdrucksensor (14) zur Bestimmung des momentanen Druckverlusts (V1) an einem Referenzwiderstand (3), mindestens ein Rechenelement zur Berechnung mindestens eines Zusatzdrucksignals (V4) aus dem momentanen Druckverlust (V1) und ein Addierer (21) zum Addieren des mindestens einen Zusatzdrucksignals (V4) mit einem Signal für einen Basisdruck (pθ) zu einer Regelgröße (V5) der Druckregelvorrichtung (11 , 12, 13) vorgesehen sind.A variable pressure assist ventilator including an inner breathing system (1) with a breathing gas generator (2) in a pressure control device (11, 12, 13) comprising a gas exhaust (4) for providing breathing gas under a predetermined pressure and any one of external accessories, preferably only a breathing tube (5) for guiding the respiratory gas via a patient connection point (6), preferably a face mask, are provided in the respiratory tract of a patient, characterized in that a differential pressure sensor (14) for determining the instantaneous pressure loss (V1) at a reference resistor (3), at least one computing element for calculating at least one additional pressure signal (V4) from the instantaneous pressure loss (V1) and an adder (21) for adding the at least one additional pressure signal (V4) to a signal for a base pressure (pθ) a control variable (V5) of the pressure control device (11, 12, 13) are provided.
2. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechenglied (15) zum Entfernen von Spektralanteile mit einer Frequenz von Null aus dem Signal des momentanen Druckverlustes (V1) und ein Amplitudenbegrenzer (18) zum Begrenzen des verbleibenden Signals auf einen beliebig einstellbaren Betrag, in negativer und positiver Amplitude in gleicher oder unterschiedlicher Höhe, vorzugsweise nach vorheriger Verstärkung durch einen Verstärker (16) vorgesehen sind.A variable pressure ventilator as claimed in claim 1, characterized in that a calculating member (15) for removing zero frequency spectral components from the instantaneous pressure loss signal (V1) and an amplitude limiter (18) for limiting the remaining signal to one are any adjustable amount, in negative and positive amplitude in the same or different heights, preferably after prior amplification by an amplifier (16) are provided.
3. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil des Beatmungsgerätes so eingerichtet ist, dass der alternierende Anteil (V2) des momentan am Referenzwiderstand (3) gemessenen Druckverlustes (V1) mit einem Verstärker oder einem Potentiometer oder einem Multiplizierer (28) bewertet und als Zusatzdrucksignal (V4) verwendet wird, wobei der Bewertungsfaktor (V6) die Differenz zwischen einem bestimmten Referenzwert und einem von einem Rechenglied (25) fortlaufend aus dem alternierenden Anteils (V2) des momentan am Referenzwiderstand (3) gemessenen Druckverlustes (V1) ermittelten Werts, vorzugsweise der Amplitudenhüllkurve, ist.3. ventilator with variable pressure support according to claim 1, characterized in that the control part of the ventilator is set up so that the alternating portion (V2) of the currently at the reference resistor (3) measured pressure loss (V1) with an amplifier or a potentiometer or a multiplier (28) and used as an additional pressure signal (V4), wherein the weighting factor (V6) is the difference between a specific reference value and one of a computing element (25) continuously from the alternating portion (V2) of the pressure loss currently measured at the reference resistor (3) (V1) determined value, preferably the amplitude envelope, is.
4. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass externe Zusatzgeräte, die zwischen der Gasausleitung (4) und der Patientenanschlussstelle (6) angeordnet sind, eine auf der Basis von Transpondern oder Kontaktkodierungen arbeitende Kennung aufweisen und dass der Steuerteil des Beatmungsgerätes so eingerichtet ist, dass er die jeweilige Kennung dekodiert und den jeweils angeschlossenen Strömungswiderstands des externen Atemsystems berücksichtigt.4. ventilator with variable pressure support, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that external auxiliary devices, which are arranged between the gas outlet (4) and the patient connection point (6), have an identifier that operates on the basis of transponders or contact codes and that the control part of the ventilator is set up so that it decodes the respective identifier and takes into account the respectively connected flow resistance of the external breathing system.
5. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Atemgaserzeuger (2) und Gasausleitung (4) ein interner Referenzwiderstand (3) angeordnet ist, der als Strömungswiderstand eine bestimmte Widerstandscharakteristik aufweist, die vorzugsweise mit der Widerstandscharakteristik der extern durchströmten Widerstände übereinstimmt.5. ventilator with variable pressure support, according to one of claims 1 to 4, characterized in that between breathing gas generator (2) and gas outlet (4) an internal reference resistor (3) is arranged, which has a certain resistance characteristic as a flow resistance, preferably with the Resistance characteristic of the externally flowed resistors matches.
6. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der interne Referenzwiderstand (3) der Strömungswiderstand eines ohnehin dort befindlichen Bauteils ist.6. ventilator with variable pressure support, according to one of claims 1 to 5, characterized in that the internal reference resistor (3) is the flow resistance of a component located there anyway.
7. Beatmungsgerät mit variabler Druckunterstützung, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil des Beatmungsgerätes so eingerichtet ist, dass zur Feststellung des Verlustdrucks (V1) am Strömungswiderstand des inneren Atemsystems (1) ein Parameter des Atemgaserzeugers (2), vorzugsweise seine momentane Drehzahl oder seine momentane Betriebsstromaufnahme verwendet wird. 7. ventilator with variable pressure support, according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control part of the ventilator is set up so that to determine the loss pressure (V1) at the flow resistance of the inner respiratory system (1) a parameter of the breathing gas generator (2) , Preferably its instantaneous speed or its current operating current consumption is used.
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