DE10139881B4

DE10139881B4 - Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases und Verfahren zur Steuerung derselben

Info

Publication number: DE10139881B4
Application number: DE10139881.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Meier
Original assignee: Resmed R&D Germany GmbH
Current assignee: Resmed R&D Germany GmbH
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: US20040182386A1; US10112027B2; US7516740B2; US7997270B2; WO2003018096A1; US20110220105A1; US20090159079A1; US8671936B2; US20140166006A1; DE10139881A1

Abstract

Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases mit: – einer Fördereinrichtung (1) zur Förderung des Atemgases, – einer Leitungseinrichtung zur Zuleitung des durch die Fördereinrichtung geförderten Atemgases zu einer Person, – einer Befeuchtungseinrichtung (2) zur Befeuchtung des Atemgases, – einer Sensoreinrichtung (5, 5a, 5b) zur Generierung von hinsichtlich der Atemgasfeuchte und Umgebungsbedingungen indikativen Signalen, und – einer Steuereinrichtung zur Regelung der Befeuchtungseinrichtung unter Berücksichtigung eines Soll-Feuchtezustandes des Atemgases sowie des durch die Sensoreinrichtung generierten hinsichtlich der Atemgasfeuchte indikativen Signales, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei der Berechnung des Soll-Feuchtezustandes des Atemgases die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases sowie ein Verfahren zur Steuerung derselben.
Insbesondere zur Behandlung schlafbezogener Atmungsstörungen, ist es möglich, ein Atemgas, beispielsweise gefilterte Umgebungsluft auf einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druckniveau einem Patienten zuzuführen. Durch einen im Bereich von 4 bis 18 mbar über dem Umgebungsdruck liegenden Atemgasdruck wird es möglich, etwaigen Obstruktionen im Bereich der oberen Atemwege vorzubeugen.
Es ist möglich, den Druck des Atemgases definiert zu variieren. So ist es insbesondere möglich, den Druck derart zu steuern, dass während der Experationsphasen niedrigere Atemgasdrücke vorherrschen als während der Inspirationsphasen. Weiterhin ist es möglich, den Atemgasdruck derart abzustimmen, dass beispielsweise ein erhöhter Atemgasdruck erst eingeregelt wird, wenn die zu beatmende Person sich in einem vorgegebenen Schlafstadium befindet. Weiterhin ist es möglich, das dem Patienten zugeführte Atemgas mit ausgewählten Zusatzstoffen zu befrachten, insbesondere zu befeuchten. Die Befeuchtung des Atemgases kann erfolgen indem dieses mit erwärmtem Wasser in Kontakt gebracht wird. Der Befeuchtungsgrad des Atemgases kann hierbei über die Temperatur des Befeuchtungswassers eingestellt werden.
Die DE 199 28 003 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von OSA (obstruktive Schlafapnoe). Da die Menge des durch den Befeuchter erzeugten Wasserdampfs zu Beginn sehr gering ist (typischerweise weist der Befeuchter einen Wasserbehälter auf einer Heizplatte auf), wird der Druck der Gase, der durch die Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, so geregelt, dass der geforderte Druck und die resultierende Strömungsrate zur gleichen Zeit erreicht werden, in der das geforderte Feuchtigkeitsnivveau erreicht wird.
DE 196 02 077 A1 beschreibt ein Befeuchtungssystem zum Befeuchten der Atemluft, die einem Trachealtubus zugeführt wird. Im Befeuchtungsgerät sind ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher sowie ein Heizelement angeordnet. In einem Verbdinungsstück, an das der Trachealtubus angeschlossen ist, ist ein Feuchtigkeitssensor angeordnet, der die Feuchtigkeit der Atemluft misst.
Die EP 1 005 878 beschreibt ein system zur Überwachung von Änderungen von Patientenparametern während einer Beatmung durch eine Beatungsvorrichtung. Die Beatungsvorrichtung umfasst Mittel, die zur Bestimmung einer Differenz zwischen korrespondierenden Werten von Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur sowohl des Inspirations- als auch des Expirationsgases in dem Beatmungsgerät eingerichtet sind, um Änderungen in den Patientenparametern auszugeben, die verwendet werden, um eine Inspirationsgasvorbehandlungseineit so zu steuern, dass besagte Differenz zu minimieren.
Die WO 01/56454 betrifft ein indirektes Kalorimeter für medizinische Anwendungen.
Der Erfindung liet die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zufuhr eines Atemgases zu einer atmenden Person zu schaffen, wodurch eine verbesserte physiologische Verträglichkeit der Atemgaszufuhr erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Vorrichtung mit den in Patenanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Feuchte-Zustand des Atemgases in einem engen Toleranzbereich auf die momentanen physiologischen Bedürfnisse des Patienten abzustimmen. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise vermieden werden, dass das Atemgas aufgrund einer, seitens des Patienten anfänglich veranlassten Einstellung im Rahmen einer Tiefschlafphase oder bei Änderung der Atmungscharakteristik, unzureichend oder zu stark befeuchtet wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung zur Generierung eines, hinsichtlich der absoluten und/oder relativen Feuchte des Atemgases, indikativen Signales im Bereich einer zur Zufuhr des Atemgases vorgesehenen Atemmaske angeordnet.
Alternativ hierzu oder in besonders vorteilhafter Weise in Kombination mit dieser Massnahme ist es auch möglich, eine Sensoreinrichtung zur Erzeugung eines hinsichtlich des Feuchte-Zustandes des Atemgases indikativen Signales am Ausgang einer Luftbefeuchtungseinrichtung anzuordnen. Durch die kombinierte Betrachtung eines im Ausgangsbereich einer Luftbefeuchtungseinrichtung generierten Luft-Feuchte-Signales sowie eines im Patienten- bzw. Maskenbereich generierten Luft-Feuchte-Signales wird es möglich, zu überprüfen, ob im Bereich einer zwischen Atemmaske und Lufbefeuchtereinrichtung vorgesehenen Atemgasleitungseinrichtung eine unzulässig starke Änderung des Feuchte-Zustandes des Atemgases, insbesondere eine Ausfällung von Wasser erfolgt.
Es ist auch möglich, beispielsweise durch eine, im Bereich der Atemmaske vorgesehenen Temperaturerfassungseinrichtung, die Temperatur des Atemgases im Bereich des Patienten zu erfassen und auf Grundlage eines zusätzlich, beispielsweise im Bereich einer Luft-Befeuchtungseinrichtung gewonnenen Feuchte-Signales zu beurteilen, ob im Patienten-nahen Bereich eine unzulässig hohe relative Feuchte des Atemgases vorherrscht. Insbesondere in Verbindung mit einer im Bereich des Patienten vorgesehenen Sensoreinrichtung zur Erfassung eines hinsichtlich des Atemgases Feuchte-Zustands indikativen Signales ist es in vorteilhafter Weise möglich, zwischen experatorischen Feuchte-Zuständen sowie inspiratorischen Feuchte-Zuständen zu unterscheiden.
Die für die jeweiligen Atemphasen ermittelten Feuchte-Zustände können auf Grundlage einer vorgegebenen, oder vorzugsweise adaptiv angepassten Regelungsprozedur bei der Regelung der Atemgasbefeuchtung berücksichtigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, den Anteil an tropfenförmig in dem Atemgas mit geführten Wasser zu vermindern. Hierdurch wird auf zuverlässige Weise vermieden, dass etwaige Keime über Wassertropfen transportiert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung im Patienten-nahen Bereich eines Atemgasleitungsystemes angeordnet. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den für den Anwender tatsächlich relevanten Feuchte-Zustand des Atemgases zu erfassen. In besonders vorteilhafte Weise ist hierbei die Sensoreinrichtung im Bereich einer Atemmaske angeordnet, insbesondere in die Atemmaske integriert. Die Sensoreinrichtung ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass deren Messdynamik erheblich höher ist als die Atemfrequenz des Patienten. Hierdurch wird es möglich, den Feuchte-Zustand des Atemgases für die jeweiligen Atemphasen spezifisch zu erfassen. Die derart für die Expirationsphase und für die Inspirationsphase erfassten Messwerte bezüglich der Atemgasfeuchte, können durch eine vorzugsweise adaptiv optimierte Regelprozedur ausgewertet werden. Es ist möglich, die hinsichtlich der Expirationsphase ermittelten Atemgas-Feuchtewerte zu vernachlässigen oder lediglich als Kontrollwerte zu berücksichtigen und die Einstellung der Atemgas-Feuchte im wesentlichen im Hinblick auf die für die Inspirationsvorgänge erfassten Atemgas-Feuchtewerte vorzunehmen.
Alternativ zu der Anordnung der Sensoreinrichtung im Patienten-nahen Bereich – oder in besonders vorteilhafter Weise in Kombination hiermit – ist es möglich, die Sensoreinrichtung bzw. eine weitere Sensoreinrichtung im Bereich zwischen der Atemmaske und einem Schlauchleitungsabschnitt anzuordnen, insbesondere in eine Koppelungsstruktur beispielsweise eine Auswaschventilanordnung zu integrieren.
Die Sensoreinrichtung kann auch im Bereich der Befeuchtungseinrichtung angeordnet sein, so dass über die Sensoreinrichtung unmittelbar der Feuchte-Zustand des Atemgases erfasst werden kann und das Betriebsverhalten der Befeuchtungseinrichtung unter Berücksichtigung der momentanen Atemgas-Feuchte im Hinblick auf einen gewünschten Atemgas-Feuchte-Sollzustand abgestimmt werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung ein elektrisches Sensorelement, wobei im Bereich dieses Sensorelementes eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, zur Generierung einer Datensequenz über welche die seitens des Sensorelementes erfassten Atemgas-Feuchte-Messsignale kodiert übertragen werden können. Durch die Verarbeitung der durch das Sensorelement erfassten Atemgas-Feuchtesignale im Bereich des Sensorelementes selbst, wird es möglich, Verfälschungen des Signales beispielsweise aufgrund der Übertragungseigenschaften etwaiger Signalleitungen weitgehend zu vermeiden.
Das Sensorelement ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass dieses die Atemgas-Feuchte auf Grundlage induktiver, kapazitiver und/oder thermischer Wechselwirkungseffekte erfasst. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit der Anwendung derartiger physikalischer Messprinzipien ist es auch möglich, die Atemgas-Feuchte durch optische Mittel zu erfassen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird seitens der Sensoreinrichtung auch ein hinsichtlich der Temperatur des Atemgases indikatives Signal generiert. Soweit dies nicht der Fall ist, ist es möglich, eine zur Erfassung der Temperatur des Atemgases geeignete Messeinrichtung vorzugsweise ebenfalls in unmittelbarer Nähe des Sensorelementes anzuordnen.
Es ist möglich, im Bereich der Befeuchtungseinrichtung die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Atemgas-Feuchte anzuordnen und im Patienten-nahen Bereich eine Temperaturerfassungseinrichtung vorzusehen. Auf Grundlage des im Bereich der Befeuchtungseinrichtung erfassten Atemgas-Feuchtezustandes sowie der im Bereich des Patienten erfassten Atemgas-Temperatur ist es möglich, die relative Feuchte des am Patienten anliegenden Atemgases zu erfassen. Die seitens der Temperaturerfassungseinrichtung oder auch seitens der Feuchte-Sensoreinrichtung erfassten Messwerte können über die Ansteuerung der Befeuchtungseinrichtung hinaus, auch bei der Ansteuerung der Fördereinrichtung berücksichtigt werden. So ist es möglich, auf Grundlage der durch die Feuchte-Sensoreinrichtung und/oder Temperaturerfassungseinrichtung generierten Messwerte eine Atemphasenerkennung vorzunehmen und den Atemgasdruck entsprechend den erkannten Atemphasen zu modulieren.
Die Ermittlung eines für den Betrieb der Befeuchtungseinrichtung relevanten Soll-Atemgas-Feuchtewertes erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Datensatzes, insbesondere eines adaptiv optimierten Datenfeldes, das den Schlafzustand des Patienten dessen Atemzugsvolumen sowie beispielsweise auch dessen Schlaf-Position, insbesondere dessen Halsverdrehungsgrad berücksichtigt. So ist es beispielsweise möglich, im Rahmen von Zeitabschnitten bei welchen sich der Patient in einer Seitenlage befindet, niedrigere Atemgas-Feuchtepegel anzusteuern als beispielsweise bei einer Atemgaszufuhr in Rückenlage angesteuert werden.
Die nach Massgabe der durch die Feuchte-Sensoreinrichtung generierten Signale vorgenommene Einstellung der Befeuchtungs-Leistung der Befeuchtungsvorrichtung, erfolgt vorzugsweise durch Veränderung der Temperatur des mit dem Atemgas in Kontakt tretenden Befeuchtungswassers.
Alternativ zu der vorangehend beschriebenen Massnahme oder auch in Kombination hiermit, ist es auch möglich, die Befeuchtungsleistung der Befeuchtungsvorrichtung beispielsweise durch Veränderung der zur Befeuchtung zur Verfügung stehenden effektiven Wasseroberfläche zu verändern. Es ist auch möglich, die Atemgastemperatur, insbesondere die Temperatur des Atemgases vor dessen in-Kontakt treten mit dem Befeuchtungswasser definiert einzustellen.
Es ist auch möglich, die Strömungscharakteristik der mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt tretenden Luft derart zu verändern, dass sich am Ausgang der Befeuchtungseinrichtung die jeweils gewünschten und durch die Sensoreinrichtung überprüften Atemgas-Feuchtewerte ergeben.
Eine im Hinblick auf eine besonders präzise Konditionierung des Atemgases hinsichtlich der darin enthaltenen Feuchtigkeit vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass bedarfsweise nur ein Teilstrom des Atemgases mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt gebracht wird, wobei über das Verhältnis des mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt getretenen Atemgas-Teilstromes und dem an der Befeuchtungseinrichtung vorbei geführten Atemgas-Teilstrom, die Atemgasfeuchte bestimmt wird. Es ist möglich, die Leitungsführung durch die Befeuchtungseinrichtung derart vorzunehmen, dass ein während einer Expirationsphase über die Befeuchtungseinrichtung zurückgeschobenes Atemgas nicht mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt tritt.
Eine im Hinblick auf einen besonders hohen Handhabungskomfort vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass im Bereich der Sensoreinrichtung zur Erfassung der Atemgas-Feuchte eine Sendeeinrichtung vorgesehen ist, zur drahtlosen Übertragung der hinsichtlich der Atemgas-Feuchte generierten Datensequenz. Eine derartige Sendeinrichtung kann beispielsweise als blue-tooth-Sendeeinrichtung ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die seitens der Sensoreinrichtung generierten Signale auf optischem Wege insbesondere als Infrarot-Signale zu der Befeuchtungseinrichtung zurück zu übertragen. Bei der Verwendung einer, aus einem zumindest im Infrarotbereich lichtdurchlässigen Material gefertigten Atemgasleitung, ist es möglich, die Atemgas-Schlaucheitung als Lichtleiter zu verwenden über welchen die seitens der Sensoreinrichtung generierten Signale zu der Befeuchtungseinrichtung bzw. zu einer für die Steuerung der Befeuchtungseinrichtung vorgesehenen Steuereinrichtung übertragen werden können.
Die eingangs angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst, durch ein Verfahren zur Zufuhr eines Atemgases zu einem Patienten bei welchem das Atemgas mittels einer Fördereinrichtung in ein zu einem Patienten führendes Leitungssystem eingebracht und befeuchtet wird, wobei die Fördereinrichtung derart betrieben wird, dass in dem Luftleitungssystem ein zumindest phasenweise über dem Umgebungsdruck liegender Atemgasdruck herrscht, wobei mittels einer Sensoreinrichtung hinsichtlich der relativen und/oder absoluten Feuchte des Atemgases indikative Signale generiert werden und die Feuchte des Atemgases auf Grundlage der derart generierten Signale eingestellt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Feuchte des Atemgases im Patienten-nahen Bereich, insbesondere im Bereich einer Atemmaske erfasst. Dadurch wird es insbesondere möglich, die Atemgas-Feuchte sowohl für die Expirationsphasen als auch für die Inspirationsphasen zu erfassen und die derart individuell gewonnenen Messwerte bei der Ermittlung eines Atemgas-Feuchte-Sollwertes zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie auch die vorangehend beschriebene Vorrichtung eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für den Beatmungs- und Atemtherapiebereich. Die Befeuchtung des Atemgases kann insbesondere auch durch Ultraschallvernebler, Sprudelverdunster, Oberflächenkontaktanfeuchter und Einspritzsysteme erfolgen. Die Dynamik der Atemgasbefeuchtung ist vorzugsweise derart hoch gewählt, dass insbesondere unzulässig hohe oder auch unzulässig niedrige Atemgas-Feuchtewerte hinreichend rasch ausgeglichen werden können.
Zu einer Regelung der Atemgastemperatur und/oder der Atemgas-Feuchtigkeit werden vorzugsweise die folgenden Führungsparameter (X) ausgewertet: Der Atemgas-Volumenstrom, die Atemgas-Temperatur, die Feuchtigkeit der Atemluft in relativer und/oder absoluter Feuchte, Gaskonzentrationen, insbesondere die CO₂-Sättigung, der Therapiedruck und/oder der Maskendruck und/oder der Unterschied zwischen einem Therapie-Solldruck und dem tatsächlich am Patienten anliegenden Maskendruck, polysomnographische Parameter wie Schnarchen, Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, Körperlage; Umgebungsbedingungen wie Luftdruck, Temperatur und Feuchtigkeit sowie vorzugsweise auch EEG-Signale, insbesondere daraus abgeleitete hinsichtlich der Schlafphase indikative Messwerte.
Die Atemgas-Temperatur und/oder die Atemgas-Feuchtigkeit, kann über die Wasseroberfläche (vorzugsweise durch Veränderung der effektiven Wasseroberfläche im Luftbefeuchter) und/oder die Wassermenge (vorzugsweise durch die Menge an Wasser, welches im Luftbefeuchter ist) und/oder die Wassertemperatur (vorzugsweise durch Erwärmung bzw. Kühlung des Wassers und/oder Wassermoleküle in der Luft) und/oder der Atemgastemperatur (vorzugsweise durch Erwärmung bzw. Kühlung der Atemluft) und/oder der Mischung von Gasen (vorzugsweise durch Mischung von verschiedenen Gasen z. B. trockener Luft mit Nebel hoher Feuchte oder auch durch Mischung von Gasströmen mit unterschiedlicher Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit sowie auch durch veränderbare Strömungswiderstände im Bereich des Luftbefeuchters eingestellt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte Schemadarstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen erfindungsgemäßen Regelkreis zur Einstellung der Atemgasfeuchte.
Das in 1 dargestellte System zur Zufuhr eines Atemgases, umfasst eine Atemgasfördereinrichtung 1, eine mit dieser gekoppelte Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 sowie eine mit der Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 über eine flexible Schlauchleitung 3a gekoppelte Atemmaskeneinrichtung 4.
Die Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 kann als sog. stand-alone-Variante ebenfalls über eine vorzugsweise flexible Schlauchleitung 3b mit der Atemgasfördereinrichtung 1 gekoppelt sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 und die Atemgasfördereinrichtung 1 zu einer Integraleinheit zusammenzufassen.
Im Bereich des zur Förderung des Atemgases vorgesehenen, durch die Atemgasfördereinrichtung 1, gegebenenfalls die flexible Schlauchleitung 3b, die Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2, die flexible Schlauchleitung 3a und insbesondere auch die Atemmaskeneinrichtung 4 gebildeten Leitungssystem, ist wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen, zur Erfassung des Feuchte-Zustands des geförderten Atemgases. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist insbesondere im Bereich der Atemmaskeneinrichtung 4 ein Feuchtesensor 5 vorgesehen über welchen ein hinsichtlich des Feuchte-Zustands des Atemgases indikatives Signal generiert und einer Steuereinrichtung CPU zugeführt wird. Die Steuereinrichtung CPU kann entweder noch im Bereich des Feuchtesensors 5 angeordnet sein oder vorzugsweise in die Atemgasbefeuchtungseinrichtung oder die Atemgasfördereinrichtung 1 integriert sein.
Auf Grundlage der seitens des Feuchtesensors 5 generierten Signale kann die Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 derart angesteuert werden, dass der Feuchte-Zustand des in der Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 befeuchteten Atemgases in einem engen Toleranzbereich den momentanen physiologischen Bedürfnissen der über die Atemmaskeneinrichtung 4 beatmeten Person Rechnung trägt.
Bei der Bestimmung des momentan maßgeblichen Atemgas-Soll-Feuchte-Zustandes wird vorzugsweise neben den durch den Feuchtesensor 5 generierten Signalen auch ein Kennfeld berücksichtigt das beispielsweise weiteren polysomnographische Parameter wie z. B. dem Sauerstoffsättigungsgrad des Blutes der beatmeten Person, Geräuschen, insbesondere Schnarchereignissen sowie der Herzfrequenz und der momentanen Atmungscharakteristik Rechnung trägt. Es ist auch möglich, bei der Berechnung des Soll-Feuchte-Zustandes des Atemgases Schlafstadien, Umgebungsbedingungen sowie weitere physiologische Parameter, insbesondere die Schlafposition des Patienten zu berücksichtigen.
Bei dem hier dargestellten System sind weitere Sensoreinrichtungen 5a, 5b vorgesehen, durch welche zur definierten Konditionierung des Atemgases herangezogene Signale generiert werden. Bei der Sensoreinrichtung 5b handelt es sich um eine Sensoreinrichtung zur Generierung hinsichtlich der Atemgastemperatur indikativer Signale: Unter Berücksichtigung des seitens der Sensoreinrichtung 5b generierten Atemgas-Temperatursignales ist es möglich, die zur Erreichung eines gewünschten Soll-Feuchte-Zustands erforderliche Befeuchtungsleistung der Befeuchtungseinrichtung 2 definiert abzustimmen.
Durch den im Bereich der Befeuchtungseinrichtung 2 vorgesehenen Sensor 5a ist es möglich, den Feuchte-Zustand des Atemgases unmittelbar nach dessen Befrachtung mit Wasser zu erfassen.
Durch Berücksichtigung des durch die im Umgebungsbereich der Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 vorgesehenen Sensoreinrichtung 5a generierten Signales sowie des im maskennahen Bereich durch die Sensoreinrichtung 5 generierten Signales, wird es möglich, etwaige, durch die flexible Schlauchleitung 3a verursachte Zustandsänderungen des Atemgases, insbesondere die Bildung von Kondenswasser in der flexiblen Schlauchleitung 3a zu erkennen und hierauf basierend Korrekturen der Befeuchtungsleistung der Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 vorzunehmen.
Die im Bereich der Atemmaskeneinrichtung 4 vorgesehene Sensoreinrichtung 5 umfasst vorzugsweise ein Sensorelement das den Feuchte-Zustand auf Grundlage elektromagnetischer Wechselwirkungen, insbesondere kapazitiven Wechselwirkungen erfasst. Die seitens des Sensorelementes generierten Messsignale werden vorzugsweise noch im Bereich des Sensorelementes durch eine angeschlossene Messschaltung in ein digitales Datenformat umgewandelt und über einen vorzugsweise potentialfreien Messdatenausgang zur CPU übertragen.
Es ist möglich, die Übertragung der im Bereich der Atemmaske generierten Feuchtesignale, über eine Datenleitung vorzunehmen die vorzugsweise in die flexible Schlauchleitung 3a integriert ist oder zumindest an dieser entlang geführt ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die seitens des Feuchtesensors 5 generierten Messsignale drahtlos beispielsweise über eine blue-tooth-Anordnung zur CPU oder auch zu weiteren Erfassungseinrichtungen zu übertragen. Die Spannungsversorgung des Feuchtesensors 5 erfolgt hierbei vorzugsweise durch eine im Bereich der Atemmaskeneinrichtung 4 beispielsweise in Form einer Knopfzelle oder einer Solarzelle vorgesehene Spannungsquelle.
Die Atemgasbefeuchtungseinrichtung 2 kann beispielsweise eine Ultraschall-Vernebelungseinrichtung, einen Sprudelverdunster oder einen Oberflächenkontaktanfeuchter umfassen. Vorzugsweise ist die Befeuchtungsleistung der Befeuchtungseinrichtung 2 innerhalb eines eine Zeitdauer von 10 Minuten nicht überschreitenden Zeitfensters auf die erforderliche Befeuchtungsleistung abstimmbar.
In 2 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Regelkreises zur Abstimmung des Feuchte-Zustandes des Atemgases dargestellt. Durch diesen Regelkreis wird es möglich, die Atemgastemperatur und/oder die Atemgasluftfeuchtigkeit auf den momentanen physiologischen Zustand des Patienten individuell abzustimmen d. h. phasenweise zu Erhöhen bzw. zu erniedrigen.
Zur Regelung des Atemgas-Zustandes werden vorzugsweise die folgenden Führungsparameter (X) ausgewertet:

• Volumenstrom
• Atemgastemperatur
• Feuchtigkeit der Atemluft in relativer und/oder absoluter Feuchte Gaskonzentrationen (Gaszusammensetzung, insbesondere O₂-Gehalt)
• Therapiedruck und/oder Maskendruck und/oder Delta zwischen Therapiedruck und dem tatsächlich angelegten Maskendruck
• polysomnographische Parameter wie Schnarchen, Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, Körperlage
• Umgebungsbedingungen wie Luftdruck Temperatur und Feuchtigkeit
• EEG (Schlafphase wie NREM 1–4, REM)
• mathematische Führungsgrößen (X_M)
• mathematische Berechnungen aus den Führungsparametern X

Für die Atemgastemperatur und/oder der Atemgasfeuchtigkeit werden vorzugsweise folgende Ausgangsfrößen (Y) geregelt:

• Wasseroberfläche (vorzugsweise durch Veränderung der effektiven Wasseroberfläche im Luftbefeuchter) und/oder
• Wassermenge (vorzugsweise durch Menge an Wasser, welches im Luftbefeuchter ist) und/oder
• Wassertemperatur (vorzugsweise durch Erwärmung bzw. Kühlung des Wassers und/oder Wassermoleküle in der Luft) und/oder
• Atemgastemperatur (vorzugsweise durch Erwärmung bzw. Kühlung der Atemluft) und/oder
• Mischung von Gasen (vorzugsweise durch Mischung von verschiedenen Gasen z. B. trockener Luft mit Nebel/hoher Feuchte mit unterschiedlicher Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit) und/oder
• Strömungswiderstände (vorzugsweise durch die Strömungsgeschwindigkeit im System)

Die Auswertung erfolgt vorzugsweise auf Grundlage des nachfolgend beschriebenen Auswertealgorithmus:
1. Merkmal
Für die Regelung der Atemtemperatur und/oder der Atemfeuchtigkeit ist mindestens eine Führungsgröße (X) oder eine geeignete Kombination erforderlich.
2. Merkmal
Die Führungsparameter werden über ein bestimmtes Zeitintervall vorzugsweise über die Ex- und Inspirationszeit ausgewertet. Die so gewonnenen Messwerte innerhalb eines Intervalls werden mathematisch weiter berechnet vorzugsweise Maxima und/oder Minima und/oder Delta zwischen Minimum und Maximum und/oder Mittelwerte.
3. Merkmal
Typische Verhaltensmuster der Patienten können aus den Führungsparametern (X) errechnet werden. So kann durch die Rückwärtskorrelation bestimmter Führungsparameter (X) z. B. Volumenstrom, Temperaturschwankung der Atemluft, der momentane Atemzustand festgestellt werden, d. h. es kann zwischen stabiler (gleichmäßige Amplituden und regelmäßige Atemfrequenz) und instabiler Atmung (unregelmäßige Amplitude und Atemfrequenz, periodischer Atmung) unterschieden und die Regelung kann anhand der math. Führungsgrößen (X_M) geregelt werden.
Nachfolgend wird die Funktion eines erfindungsgemäß ausgestalteten Atemgas-Zufuhrsystems beschrieben.
Führungsgrößen:
Volumenstrom:

1. Überschreitet der gemessene Volumenstrom einen Grenzwert (z. B. durch eine Mundleckage) erfolgt vorzugsweise eine Erwärmung der Atemgastemperatur bzw. eine Erhöhung der Atemfeuchtigkeit. Unterschreitet der gemessene Volumenstrom einen Grenzwert (z. B. durch ein kleines Atemzugsvolumen) erfolgt vorzugsweise eine Abkühlung der Atemgastemperatur bzw. eine Erniedrigung der Atemfeuchtigkeit.
2. Vorzugsweise durch die Rückwärtskorrelation aus dem Volumenstrom kann zwischen stabiler (gleichmäßige Amplitude und regelmäßiger Atemfrequenz) und instabiler Atmung (unregelmäßige Amplitude und Atemfrequenz, periodischer Atmung) unterschieden werden. Die Atemgastemperatur und der Atemfeuchtigkeit wird durch das Ergebnis der Rückwärtskorrelation geregelt.

Atemgastemperatur:

1. Unterschreitet die gemessene Atemgastemperatur einen Grenzwert (z. B. durch Mundleckage) erfolgt vorzugsweise eine Erwärmung der Atemgastemperatur bzw. Erhöhung der Atemgasfeuchtigkeit. Überschreitet die gemessenen Atemgastemperatur einen Grenzwert (z. B. durch kleine Atemzugsvolumen) erfolgt vorzugsweise eine Abkühlung bzw. eine Erniedrigung der Atemfeuchtigkeit.
2. Ausgewertet kann sowohl die Temperaturschwankungen während der In- und Expiration. Die aus der Ein- und Ausatmung gemessenen Temperaturdifferenz wird als Regelparameter verwendet. Im Falle großer Atemzüge (großer Volumenstrom) ist das Temperaturdelta zwischen In- und Expiration sehr ausgeprägt, so dass vorzugsweise die Atemgastemperatur bzw. die Atemfeuchtigkeit erhöht wird.
3. Vorzugsweise durch die Rückwärtskorrelation aus der Atemgastemperatur kann zwischen stabiler (gleichmäßige Amplitude und regelmäßiger Atemfrequenz) und instabiler Atmung (unregelmäßige Amplitude und Atemfrequenz, periodischer Atmung) unterschieden werden. Die Atemgastemperatur und die Atemgasfeuchtigkeit wird durch das Ergebnis der Rückwärtskorrelation geregelt.

Feuchtigkeit:
Gemessen wird die Atemluftfeuchtigkeit während der Ex- und Inspiration. Die Messung der Feuchtigkeit kann sowohl relativ als auch absolut erfolgen.

1. Die so gewonnenen Messwerte der Ex- und Inspiration werden mathematisch weiter berechnet, vorzugsweise über ein Zeitintervall in dem das Minimum und/oder das Maximum und/oder das Delta zwischen Minimum und Maximum und/oder der Mittelwert gebildet wird.
2. Die Führungsgröße Feuchtigkeit kann zum Beispiel auch in Abhängigkeit mit der Umgebungstemperatur, Art der Atmung (Rückwärtskorrelation) kombiniert werden.

Ausgangsgrößen:
Gaskonzentration:

1. Durch Mischung von trockener und feuchter Luft kann die Atemgasfeuchtigkeit und/oder die Atemgastemperatur geregelt werden. So kann der Luftstrom abgezweigt werden, so dass die Luft über die Wasseroberfläche und/oder über die Kühlung/Heizung geleitet wird.

Strömungswiderstand:

1. Der Strömungswiderstand innerhalb des Luftbefeuchters kann verändert werden. Wird beispielsweise eine hohe Luftfeuchtigkeit gefordert, so kann durch Erhöhung des Strömungswiderstandes in dem Luftbefeuchter der Kontakt oder die Verweilzeit in dem Befeuchter vergrößert werden.

Claims

Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases mit: – einer Fördereinrichtung (1) zur Förderung des Atemgases, – einer Leitungseinrichtung zur Zuleitung des durch die Fördereinrichtung geförderten Atemgases zu einer Person, – einer Befeuchtungseinrichtung (2) zur Befeuchtung des Atemgases, – einer Sensoreinrichtung (5, 5a, 5b) zur Generierung von hinsichtlich der Atemgasfeuchte und Umgebungsbedingungen indikativen Signalen, und – einer Steuereinrichtung zur Regelung der Befeuchtungseinrichtung unter Berücksichtigung eines Soll-Feuchtezustandes des Atemgases sowie des durch die Sensoreinrichtung generierten hinsichtlich der Atemgasfeuchte indikativen Signales, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei der Berechnung des Soll-Feuchtezustandes des Atemgases die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, wobei die Sensoreinrichtung (5) im Patienten-nahen Bereich eines Atemgasleitungssystems angeordnet ist
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasleitungssystem eine Atemmaske (4) umfasst, und dass die Sensoreinrichtung (5) im Bereich dieser Atemmaske angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5) in die Atemmaske integriert ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5) im Bereich einer zwischen der Atemmaske und einem Schlauchleitungsabschnitt vorgesehenen Koppelungsstruktur angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5a) im Bereich der Befeuchtungseinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5, 5a, 5b) ein elektronisches Sensorelement umfasst, und dass im Bereich des Sensorelementes eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, zur Generierung einer hinsichtlich der seitens des Sensorelementes erfassten Atemgas-Feuchte repräsentativen Datensequenz.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturerfassungseinrichtung vorgesehen ist, zur Erfassung der Temperatur des Atemgases.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung im Bereich einer Atemmaske angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Wirkung der Befeuchtungseinrichtung erzielte Befeuchtungsgrad durch Einstellung der Temperatur des in der Befeuchtungseinrichtung mit dem Atemgas in Kontakt tretenden Befeuchtungswassers geregelt wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungswirkung der Befeuchtungseinrichtung durch Veränderung der zur Befeuchtung zur Verfügung stehenden effektiven Kontaktfläche oder der Intensität des Kontakts des Atemgases mit der Wasseroberfläche geregelt wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Atemgas eingebrachte Wassermenge festgelegt wird, indem das Atemgas mit einer dosierten Wassermenge in Kontakt gebracht wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befrachtung des Atemgases mit Wasser durch Steuerung der Atemgastemperatur abgestimmt wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungsgrad des Atemgases eingestellt wird, indem die Strömungscharakteristik des mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt tretenden Atemgases definiert eingestellt wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungsgrad des Atemgases durch Einstellung des mit dem Befeuchtungswasser in Kontakt tretenden Atemgasstromes erfolgt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der (5, 5a, 5b) eine Sendeeinrichtung vorgesehen ist, zur drahtlosen Übertragung der hinsichtlich der Atemgas-Feuchte indikativen Datensequenz.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung als Bluetooth-Sendeeinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels der durch die im maskennahen Bereich (5) und im Bereich der Befeuchtungseinrichtung (5a) angeordneten Sensoreinrichtung generierten Signale Kondenswasser einer flexiblen Schlauchleitung (3a) der Leitungseinrichtung erkennbar ist.