DE10253946B3 - Procedure for a ventilator, ventilator and storage medium - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Beatmungsgerät. Hierbei wird ein erstes Polynom an den zeitlichen Verlauf eines Atemflusses angepasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein Beatmungsgerät, bei dem die Ableitung des Atemflusses nach der Zeit geschätzt wird und ein zweites Polynom an die Ableitung angepasst wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Beatmungsgerät, insbesondere ein CPAP-Gerät, zur Durchführung dieser Verfahren sowie ein Speichermedium, das entsprechende Programme enthält.The invention relates to a method for a ventilator. Here, a first polynomial is adapted to the time course of a respiratory flow. Furthermore, the invention relates to a method for a ventilator, in which the derivation of the respiratory flow is estimated over time and a second polynomial is adapted to the derivative. Furthermore, the invention relates to a ventilator, in particular a CPAP device, for carrying out these methods and a storage medium containing corresponding programs.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein Beatmungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Beatmungsgerät und ein Speichermedium. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Auswertung von Atemzyklen durch das Extrahieren therapierelevanter Information.The invention relates to a Procedure for a respirator according to the generic term of claim 1 and a ventilator and a storage medium. In particular The invention relates to the evaluation of respiratory cycles extracting therapy-relevant information.

Bekannt sind Beatmungsgeräte oder Respiratoren zur maschinellen, künstlichen Beatmung bei allen Formen des Sauerstoffmangelzustands. Sie werden unter anderem für die Langzeitbeatmung eingesetzt, wobei je nach dem Umschaltmechanismus von In- zu Expiration drei Grundtypen unterschieden werden, nämlich druckgesteuerte, volumengesteuerte und zeitgesteuerte Respiratoren. Die Beatmungsgeräte neueren Typs verfügen über technische, meist elektronisch gesteuerte Einrichtungen, die einen patientengerechten Beatmungstyp erlauben. Beispielsweise kann die Inspirationszeit bis auf das Dreifache der Expirationszeit verlängert werden, eine Druckbeatmung durchgeführt werden sowie der Respirator durch den Patienten „getriggert" werden, wobei bereits schwache Atemzüge impulsgebend für die maschinelle Unterstützung sind (Roche Lexikon Medizin, 4. Auflage, herausgegeben von der Hoffmann-La Roche AG und Urban & Fischer, Urban & Fischer, München, Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm).Are known ventilators or Respirators for mechanical, artificial Ventilation in all forms of hypoxia. you will be for, among other the long-term ventilation used, depending on the switching mechanism be differentiated from in- to expiration three basic types, namely pressure-controlled, Volume-controlled and timed respirators. The ventilators newer Type have technical, usually electronically controlled devices that are patient-friendly Allow ventilation type. For example, the inspiratory time be extended to three times the Expirationszeit, a pressure ventilation carried out being as well as the respirator "triggered" by the patient, being already weak breaths impulsive for the machine support are (Roche Lexicon Medicine, 4th edition, edited by the Hoffmann-La Roche AG and Urban & Fischer, Urban & Fischer, Munich, Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm).

Bekannt sind ferner Geräte zur Durchführung der CPAP (continuous positive airway pressure)-Therapie, die in dieser Anmeldung auch als Beatmungsgeräte bezeichnet werden. Die CPAP-Therapie wird in Chest. Volume No. 110, Seiten 1077–1088, Oktober 1996 und Sleep, Volume No. 19, Seiten 184–188 beschrieben. Ein CPAP-Gerät appliziert mittels eines Kompressors, vorzugsweise über einen Luftbefeuchter, über einen Schlauch und eine Nasenmaske einen positiven Überdruck bis zu etwa 30 mbar in den Atemwegen des Patienten. Dieser Überdruck soll gewährleisten, dass die oberen Atemwege während der gesamten Nacht vollständig geöffnet bleiben und somit keine obstruktiven Atmungsstörungen (Apnoen) auftreten ( DE 198 49 571 A1 ).Also known are devices for carrying out the CPAP (continuous positive airway pressure) therapy, which are also referred to in this application as ventilators. The CPAP therapy is in Chest. Volume No. 110, pages 1077-1088, October 1996 and Sleep, Volume No. 19, pages 184-188. A CPAP device applies by means of a compressor, preferably via a humidifier, via a hose and a nasal mask a positive overpressure up to about 30 mbar in the respiratory tract of the patient. This overpressure is intended to ensure that the upper respiratory tract remains fully open throughout the night and thus no obstructive respiratory disorders (apnea) occur ( DE 198 49 571 A1 ).

1 zeigt CPAP-Gerät 1 und einen Patienten 19. Das CPAP-Gerät wiederum umfasst einen Kompressor 4, einen Beatmungsschlauch 9, eine Beatmungsmaske 18, einen Drucksensor 11 sowie einen Flusssensor 16. Zur Erzeugung eines Überdrucks enthält der Kompressor eine Turbine 8. Die Turbine wird auch als Lüfter, Lüftereinheit, Verdichter, Ventilator oder Gebläse bezeichnet. Diese Begriffe werden in diesem Patent synonym verwendet. Bei dem dargestellten CPAP-Gerät befindet sich der Drucksensor 11 im Kompressorgehäuse. In oder nahe bei der Maske sind ein oder mehrere kleine Löcher 2 angebracht, so dass im zeitlichen Mittel ein Luftstrom vom Kompressor zu den Löchern 2 entsteht. Dies verhindert die Anreicherung von CO2 in Beatmungsschlauch 9 und ermöglicht die Versorgung des Patienten mit Sauerstoff. 1 shows CPAP device 1 and a patient 19 , The CPAP device in turn includes a compressor 4 , a breathing tube 9 , a respiratory mask 18 , a pressure sensor 11 as well as a flow sensor 16 , To generate an overpressure, the compressor includes a turbine 8th , The turbine is also referred to as fan, fan unit, compressor, fan or blower. These terms are used synonymously in this patent. The illustrated CPAP device contains the pressure sensor 11 in the compressor housing. In or near the mask are one or more small holes 2 attached so that on average over time an air flow from the compressor to the holes 2 arises. This prevents the accumulation of CO 2 in the breathing tube 9 and allows the patient to be supplied with oxygen.

Die Drehzahl der Turbine 8 wird durch einen Mikrocontroller 5 so geregelt, dass der mit dem Drucksensor 11 gemessene Istdruck mit einem vorgegebenen Solldruck übereinstimmt. Der Solldruck wird herkömmlicherweise unter Aufsicht eines Arztes voreingestellt und als Titrationsdruck bezeichnet. Der Flusssensor kann z. B. ein Sensor mit Heizdraht 17 sein, der sein Messsignal über eine Messleitung an den Mikrocontroller im Kompressorgehäuse liefert. Bei einer anderen Bauform des CPAP-Geräts kann für die Atemflussmessung eine Verengung im Beatmungsschlauch vorgesehen sein. Der Mikrocontroller kann auch die Druckregelung übernehmen.The speed of the turbine 8th is through a microcontroller 5 so regulated that with the pressure sensor 11 measured actual pressure coincides with a predetermined target pressure. The target pressure is conventionally preset under the supervision of a physician and referred to as titration pressure. The flow sensor can, for. B. a sensor with heating wire 17 be, which delivers its measuring signal via a measuring line to the microcontroller in the compressor housing. In another design of the CPAP device, a narrowing in the breathing tube may be provided for the respiratory flow measurement. The microcontroller can also take over the pressure control.

Im Lauf der Therapie ist eine Überprüfung der Verträglichkeit des Gerätes und des eingestellten CPAP-Drucks notwendig. Gewöhnlich verbringt ein Patient zu diesem Zweck eine Kontrollnacht in einem Schlaflabor.In the course of therapy is a review of compatibility of the device and the set CPAP pressure. Usually a patient spends for this purpose, a night of control in a sleep laboratory.

Es hat sich herausgestellt, dass die Patienten den vom CPAP-Gerät erzeugten Überdruck als unangenehmen Widerstand empfanden, gegen den sie ausatmen mussten. Es wurden deshalb Steuerverfahren für CPAP-Geräte entwickelt, die den Solldruck so weit wie möglich absenken. Die WO 94/23780 beschreibt ein solches Vertahren zur Steuerung des Solldrucks. Falls keine Atmungsstörungen während des Schlafes auftreten, wird der Druck allmählich abgesenkt. Falls Schlafstörungen wie Apnoen, Hypopnoen oder Schnarchen auftreten wird der Druck erhöht.It has been found that the patients found the overpressure generated by the CPAP device an unpleasant resistance against which they had to exhale. Therefore, control methods have been developed for CPAP devices that lower the target pressure as much as possible. The WO 94/23780 describes such a procedure for controlling the target pressure. If no respiratory disturbances occur during sleep, the pressure is gradually lowered. If sleep disorders such as apneas, hypopneas or snoring occur, the pressure is increased.

Die US 5,335,654 , EP 0 612 257 B1 , WO 99/24099 und EP 0 934 723 A1 beschreiben ähnliche Verfahren.The US 5,335,654 . EP 0 612 257 B1 . WO 99/24099 and EP 0 934 723 A1 describe similar methods.

Um den als unangenehm empfundenen Überdruck zu reduzieren wurden ferner BiPAP-Geräte und Multilevel-Geräte entwickelt. Ein solches Gerät ist in der DE 691 32 030 T2 beschrieben. Der Druck wird durch ein Ventil während des Einatmens angehoben und während des Ausatmens abgesenkt.To reduce the perceived overpressure, BiPAP devices and multilevel devices have also been developed. Such a device is in the DE 691 32 030 T2 described. The pressure is raised by a valve during inhalation and lowered during exhalation.

Gemäß der US 5,740,795 wird das Atemflusssignal einem bandbegrenzten Differentiator zugeführt. Wenn das Ausgangssignal des Differentiators eine Einatemschwelle überschreitet oder eine Ausatemschwelle unterschreitet wird ein Ausatemdetektionssignal bzw. ein Einatemdetektionssignal ermittelt.According to the US 5,740,795 the respiratory flow signal is fed to a band limited differentiator. If the output signal of the differentiator exceeds an inhalation threshold or falls below an exhalation threshold, an exhalation detection signal or a one-event detection signal is determined.

In der DE 101 18 968 ist weiteres ein Steuerungsverfahren für CPAP-Geräte beschrieben. Die DE 101 18 968 wird durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen. Das Steuerungsverfahren berechnet zunächst aus einer gemessenen Atemflusskurve und einer gemessenen Istdruckkurve eines CPAP-Geräts Merkmale. Spezielle Kombinationen der Merkmale werden zu Detektoren zusammengefasst. In den Detektoren werden Flags gesetzt, wenn sie ein Ereignis detektieren. Das Steuerverfahren verändert dann anhand der Ereignis-Flags der Detektoren den Solldruck.In the DE 101 18 968 Further, a control method for CPAP devices is described. The DE 101 18 968 is incorporated by reference into this application. The control method first calculates characteristics from a measured respiratory flow curve and a measured actual pressure curve of a CPAP device. Special combinations of features are combined into detectors. Flags are set in the detectors when they detect an event. The control method then changes based on the Er Event flags of the detectors the target pressure.

Die Merkmale umfassen die Expirationszeit, eine Rückwärtskorrelation, ein mittleres Inspirationsvolumen, eine mittlere Krümmung des Atemflusses während der Inspiration sowie Häufigkeit von Nulldurchgänge im Wechselanteil des CPAP-Istdrucks.The features include the expiration time, a backward correlation, a mean inspiratory volume, a mean curvature of the Respiratory flow during the inspiration as well as frequency from zero crossings in the Alternating part of the CPAP actual pressure.

Beim Übergang von Inspiration zu Expiration ist im zeitlichen Verlauf des Atemflusses eine ausgeprägte Flanke zu erkennen, welche zur Detektion einzelner Atemzüge verwendet wird. Die lokalen Maxima der ersten Ableitung des Atemflusses nach der Zeit entsprechen der maximalen Steigung des Atemflusses beim Übergang zwischen Inspiration und Expiration. Vom Ende der Inspiration aus wird der Anfang der Inspiration gesucht, indem nach dem ersten lokalen Minimum in der geschätzten Ableitung gesucht wird. Die Expirationszeit ergibt sich als Zeitdifferenz zwischen einem Minimum der geschätzten Ableitung und dem davor liegenden Maximum der geschätzten Ableitung. Auf Grund von Rauschen in der Atemflusskurve wird die Atemflusskurve nicht lediglich abgeleitet, sondern zusätzlich tiefpassgefiltert. Die Ableitung und Tiefpassfilterung erfolgt in einem Filterschritt durch geeignete Wahl der Koeffizienten eines digitalen Filters. "Schätzung der Ableitung" wird in dieser Anmeldung Oberbegriff für ableiten und ableiten mit Tiefpassfilterung verwendet.In the transition from inspiration to Expiration is a pronounced flank in the course of the respiratory flow to detect which used for the detection of individual breaths becomes. The local maxima of the first derivative of the respiratory flow the time correspond to the maximum slope of the respiratory flow at the transition between inspiration and expiration. From the end of inspiration the beginning of the inspiration is searched for, after the first local Minimum in the estimated Derivation is sought. The expiration time is a time difference between a minimum of the estimated Derivative and the preceding maximum of the estimated derivative. Due to noise in the respiratory flow curve, the respiratory flow curve does not only derived, but additionally low-pass filtered. The Derivation and low-pass filtering takes place in a filtering step suitable choice of the coefficients of a digital filter. "Estimation of Derivative "is in this application generic term for Derive and derive used with low pass filtering.

Zur Berechnung der mittleren Krümmung des Atemflusses während der Inspiration wird die geschätzte erste Ableitung des Atemflusses während der Inspiration nach der Zeit verwendet. Anschließend wird an die geschätzte erste Ableitung eine Gerade angepasst. Die Steigung dieser angepassten Geraden ergibt die mittlere Krümmung der Inspiration.To calculate the mean curvature of the Respiratory flow during the inspiration becomes the valued first Derivation of the respiratory flow during used the inspiration after the time. Subsequently, will to the esteemed first derivative adapted a straight line. The slope of this adapted The straight line gives the mean curvature of inspiration.

Gemäß der Lehre der DE 101 18 968 werden aus den Merkmalen ein Atemstillstands-Detektor, ein Apnoe-Detektor, ein Hypopnoe-Detektor und ein Atemflusslimitations-Detektor als Hinweis auf eine Druckerhöhung sowie ein Normal-Detektor als Hinweis auf stabile Atmung und mögliche Drucksenkung berechnet.According to the teaching of DE 101 18 968 From the features a respiratory arrest detector, an apnea detector, a hypopnea detector and a Atemflußlimitations detector are calculated as an indication of an increase in pressure and a normal detector as an indication of stable breathing and possible pressure reduction.

Für die Erkennung stabiler Atmung verwendet der Normal-Detektor die Rückwärtskorrelation. Stabile Atmung liegt vor, wenn der Solldruck während einer vorgegebenen Zeit z. B. 180 sec. nicht geändert wurde und während dieser Zeit die Rückwärtskorrelation beispielsweise ≥ 0.86 ist.For the detection of stable respiration, the normal detector uses the Reverse correlation. Stable breathing occurs when the set pressure is during a given time z. B. 180 sec. Not changed was and during this time the backward correlation for example ≥ 0.86 is.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiterentwickeltes Verfahren für ein Beatmungsgerät, ein weiterentwickeltes Beatmungsgerät sowie ein Speichermedium anzugeben.The object of the invention is a advanced method for a respirator, an advanced ventilator and a storage medium specify.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This task is accomplished by the objects of independent claims solved.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred developments of the invention are the subject of the dependent Claims.

Vorteilhaft am Anpassen eines Polynoms an den zeitlichen Verlauf einer Atemflusskurve oder deren Ableitung ist eine erhebliche Datenreduzierung, eine Tiefpassfilterung zur Rauschunterdrückung sowie die Extraktion therapierelevanter Information, also Information, die den Zustand des Patienten charakterisiert. Diese Information kann in vorteilhafter Weise sofort vom Beatmungsgerät beispielsweise zur Korrektur eines Solldrucks verwendet werden.Beneficial to fitting a polynomial on the time course of a respiratory flow curve or its derivation is a significant data reduction, a low-pass filtering for noise reduction as well as the extraction of therapy-relevant information, ie information, which characterizes the condition of the patient. This information can advantageously immediately from the ventilator, for example be used to correct a target pressure.

Ferner kann das Polynom in Form seiner Koeffizienten gespeichert werden und Oftline von einem Arzt zur Therapiekontrolle ausgewertet werden. Diese Form der Auswertung macht für einen geringen Mehraufwand an elektronischen Bauteilen Kontrollnächte in Schlaflabors überflüssig, wodurch sich eine Kostenvorteil für die Krankenkassen ergibt. Die Daten, die während einer Kontrollnacht gewonnen werden, können so auf für den Patienten angenehmere Weise in seiner häuslichen Umgebung aufgezeichnet werden.Furthermore, the polynomial in the form of his Coefficients are stored and Oftline by a doctor Therapy control are evaluated. This form of evaluation makes for a small extra effort on electronic components Sleep laboratories superfluous, causing itself a cost advantage for the health insurance companies. The data gained during a control night can, can so on for the patient more pleasantly recorded in his home environment become.

Ein an den Atemflussverlauf während einer Inspirationsphase angepasstes Polynom vierten Grades enthält gerade noch die therapierelevante Information und stellt so einen guten Kompromiss zwischen Datenreduktion und Beibehalten von therapierelevanter Information dar.An on the respiratory flow during a Inspiratory phase adapted fourth degree polynomial contains straight nor the treatment-relevant information and thus provides a good Compromise between data reduction and maintaining therapy-relevant Information is.

Das Anpassen des Polynoms an eine Inspirationsphase des Atemflussverlaufs ist insbesondere für die CPAP-Therapie vorteilhaft, weil nur während der Inspirationsphase der Druck in den Atemwegen geringer als der Umgebungsdruck ist und deshalb die Atemwege zusammenfallen und zu einer Apnoe führen können.Adapting the polynomial to a Inspiration phase of the respiratory flow is especially for CPAP therapy advantageous because only during the inspiratory phase the pressure in the airways is less than that Ambient pressure is and therefore the airways collapse and shut to lead an apnea can.

Das Vorsehen einer Schnittstelle für eine externe Speichereinheit macht das Beatmungsgerät bedienungsfreundlicher, weil der Patient nicht das ganze Gerät, sondern lediglich die externe Speichereinheit für die Therapiekontrolle zum Arzt bringen muss.The provision of an interface for one external storage unit makes the ventilator more easy to use because the patient does not use the whole device, but only the external memory unit for therapy control for Doctor must bring.

Noch bequemer ist die Datenfernübertragung per Modem, weil hier kein physikalischer Gegenstand bewegt werden muss.Even more convenient is the remote data transmission via modem, because no physical object is moved here got to.

In vorteilhafter Weise können die drei evtl. komplexen Nullstellen der Ableitung eines Polynoms vierten Grades, das an den zeitlichen Atemflussverlauf angepasst wurde, zur Einstellung des Solldrucks herangezogen werden. In gleicher Weise eignen sich die drei evtl. komplexen Nullstellen eines Polynoms dritten Grades, das an die zeitliche Ableitung des Atemflussverlaufs angepasst wurde.Advantageously, the three possibly complex zeros of the derivation of a polynomial of the fourth degree, which was adapted to the temporal flow flow, for adjustment the target pressure are used. In the same way are suitable the three possibly complex zeros of a third degree polynomial, the was adapted to the time derivative of the respiratory flow course.

Ein Merkmal für die Qualität der Atmung ist der Imaginärteil der konjugiert komplexen Nullstellen, falls vorhanden.A quality feature for breathing is the imaginary part the conjugate complex zeros, if any.

Ein noch stabileres Merkmal scheint die Fläche des von den drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks zu sein.An even more stable feature seems the area of the three zeros spanned in the complex plane To be a triangle.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:The following are preferred embodiments the invention explained with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:

1 ein CPAP-Gerät, 1 a CPAP device,

2 Inspirationsphasen einer Atemflusskurve bei regelmäßiger Atmung, 2 Inspiration phases of a respiratory flow curve with regular breathing,

3 Inspirationsphasen einer Atemflusskurve bei flusslimitierter Atmung, sowie 3 Inspiratory phases of a respiratory flow curve with flow-limited respiration, as well

4 und 5 Flussdiagramme zweier erfindungsgemäßer Verfahren. 4 and 5 Flowcharts of two methods according to the invention.

Wie oben erwähnt, verbringt herkömmlicherweise ein Patient zur Therapiekontrolle hin und wieder eine Kontrollnacht in einem Schlaflabor. Die Informationen, die in einer Kontrollnacht gewonnen werden, lassen sich im wesentlichen aus den aufgezeichneten Flussdaten extrahieren. Insbesondere muss zur Therapiekontrolle anhand der aufgezeichneten Flussdaten entschieden werden, ob der Atemfluss während des Schlafs begrenzt ist oder nicht. Deshalb lassen sich Kontrollnächte mit einer Speichervorrichtung für Flussdaten am CPAP-Gerät einsparen.As mentioned above, traditionally spends a patient for therapy control every now and then a night of control in a sleep laboratory. The information in a control night can be obtained essentially from the recorded Extract flow data. In particular, for therapy control be decided on the basis of the recorded flow data, whether the Respiratory flow during of sleep is limited or not. That's why you can take control nights with you a storage device for Flow data on the CPAP device save.

Die erforderliche Datenmenge lässt sich wie folgt abschätzen: Bei einer durchschnittlichen Schlafdauer von 8 Stunden entsprechend 28800 s atmet ein Mensch ca. 28 800s/3 s = 9600 mal. Bei einer Sampling-Rate von 100 Hz beläuft sich somit die Datenanzahl auf 2,88⋅106 Datenpunkte pro Nacht. Diese Datenmenge ist für eine Speicherung in einem herkömmlichen CPAP-Gerät zu groß.The required amount of data can be estimated as follows: With an average sleep time of 8 hours corresponding to 28800 s, a person breathes about 28,800s / 3 s = 9600 times. At a sampling rate of 100 Hz, the data count is 2.88⋅10 6 data points per night. This amount of data is too large for storage in a conventional CPAP device.

Die therapierelevante Information in den unterschiedlichen Inspirationsmustern bei normaler bzw. flusslimitierter Atmung lässt sich mit einem reellen Polynom 4. Ordnung (Gleichung 1) herausfiltern. Ein Polynom 4. Ordnung enthält genügend Information, um die unterschiedlichen Inspirationsmuster zwischen normaler und flusslimitierter Atmung genau genug zu beschreiben, um sich zur Therapiekontrolle zu eignen.The therapy-relevant information in the different inspiration patterns in normal or flow-limited respiration can be determined with a real polynomial 4 , Filter out order (equation 1). A polynomial 4 , Order contains enough information to describe the different inspiratory patterns between normal and flow-limited breathing accurately enough to be suitable for therapy control.

Mehrere Inspirationsphasen von normalen und flusslimitierten Atemzügen sind in den 2 bzw. 3 dargestellt. Die weniger glatten Kurven 81 und 83 stellen die gemessenen Flussdaten dar. Die glatteren Kurven 82 und 84 sind die an die Flussdaten angepassten Polynome 4. Ordnung. Man erkennt deutlich, dass die Inspirationsphasen von normalen, regelmäßigen Atemzügen in 2 nach unten geöffneten Parabeln ähneln. Im Gegensatz dazu weisen die in 3 dargestellten Inspirationsphasen einen eher eckigen, parallelogrammförmigen Verlauf auf. Nach einem Maximum nach dem ersten Fünftel der Inspirationsphase fällt der Atemfluss langsam fast bis zum Ende der Inspirationsphase ab. Der Abfall des Atemflusses beschleunigt sich oft erst im letzten Zehntel der Inspirationsphase. Wie man an den glatteren Polynomkurven 84 sieht, verläuft der Atemfluss über einen weiten Teil der zweiten Hälfte der Inspirationsphasen horizontal oder hat sogar in der zweiten Hälfte der Inspirationsphasen ein lokales Maximum. Insbesondere bei der ersten, dritten und vierten der in 3 dargestellten Inspirationsphasen weisen die angepassten Polynome zwei Maxima und ein dazwischen liegendes lokales Minimum auf.

Figure 00070001
Several inspiratory phases of normal and flow-limited breaths are in the 2 respectively. 3 shown. The less smooth curves 81 and 83 represent the measured flow data. The smoother curves 82 and 84 are the polynomials adapted to the flow data 4 , Order. It can be clearly seen that the inspiration phases of normal, regular breaths in 2 resemble parabolas that are open at the bottom. In contrast, the in 3 shown inspiratory phases on a more angular, parallelogram course. After a maximum after the first fifth of the inspiratory phase, the respiratory flow slowly drops almost to the end of the inspiration phase. The drop in the respiratory flow often accelerates only in the last tenth of the inspiration phase. How to look at the smoother polynomial curves 84 The respiratory flow is horizontal over a large part of the second half of the inspiratory phases or even has a local maximum in the second half of the inspiratory phases. Especially in the first, third and fourth of in 3 shown inspiration phases, the adjusted polynomials have two maxima and an intermediate local minimum.
Figure 00070001

In Gleichung 1 ist V(t) der Luftfluss, t die Zeit und a0 bis a4 wählbare Polynomkoeffizienten. Zur Darstellung einer Inspirationsphase genügt es, die 5 Polynomkoeffizienten a0 bis a4 zu speichern. Somit reduziert sich der Speicherbedarf pro Nacht bei 9 600 Atemzügen auf 48 000 Polynomkoeffizienten anstelle von 2,88⋅106 Datenpunkten. Der Speicherbedarf reduziert sich also um einen Faktor 60.In Equation 1, V (t) is the air flow, t is time, and a 0 through a 4 are selectable polynomial coefficients. To represent an inspiration phase, it is sufficient to store the 5 polynomial coefficients a 0 to a 4 . Thus, the memory requirement per night with 9 600 breaths is reduced to 48 000 polynomial coefficients instead of 2.88⋅10 6 data points. The memory requirement is thus reduced by a factor of 60.

Das Anpassen der Polynomkoeffizienten a0 bis a4 kann in herkömmlicher Weise dadurch erfolgen, dass die Summe Quadrate der Abweichungen zwischen gemessenen und berechneten Flusswerten gemäß Gleichung 2 minimiert werden. Hierzu gibt es bekannte Algorithmen, die eine numerisch aufwendige Minimumsuche durch das Lösen eines linearen Gleichungssystems bewerkstelligen. In anderen Ausführungsformen können andere Kriterien für das Anpassen eines Polynoms, insbesondere eines 4. Ordnung an den Atemflussverlauf herangezogen werden. Insbesondere können gemäß Gleichung 3 die Summe der Absolutwert der Differenzen zwischen Messwerten und Polynomwerten minimiert werden.

Figure 00070002
The adaptation of the polynomial coefficients a 0 to a 4 can be carried out in a conventional manner by minimizing the sum squares of the deviations between measured and calculated flux values according to Equation 2. For this purpose, there are known algorithms that accomplish a numerically complex minimum search by solving a linear system of equations. In other embodiments, other criteria may be used for fitting a polynomial, in particular a 4th order, to the flow of the respiratory flow. In particular, according to Equation 3, the sum of the absolute values of the differences between measured values and polynomial values can be minimized.
Figure 00070002

Ein Polynom 4. Ordnung kann entweder 1 oder 3 Extrema besitzen. Wie Fachleuten bekannt ist, findet man Extrema, indem man in der Ableitung nach Nullstellen sucht. Gleichung 4 enthält die Ableitung des Polynoms 4. Ordnung aus Gleichung 1 nach der Zeit. Es kann als Polynom 3. Ordnung mit dem Koeffizienten b0 bis b3 dargestellt werden. Die Koeffizienten b0 bis b3 können durch einen Koeftizientenvergleich mit dem Koeffizienten a1 bis a4 in einen Zusammenhang gesetzt werden.

Figure 00080001
A polynomial 4 , Order can have either 1 or 3 extremes. As is known to those skilled in the art, extrema is found by searching for zeros in the derivative. Equation 4 contains the derivative of the polynomial 4 , Order from equation 1 after time. It can be called a polynomial 3 , Order with the coefficient b 0 to b 3 are shown. The coefficients b 0 to b 3 can be related by a coefficient comparison with the coefficients a 1 to a 4 .
Figure 00080001

Ein Polynom 3. Ordnung mit reellen Koeffizienten weist drei Nullstellen n1, n2 und n3 auf, von denen zwei konjugiert komplexe Nullstellen sein können. Ohne Beschränken der Allgemeinheit soll die Nullstelle n1 stets reell sein. Findet man in Gleichung 5 drei reelle Nullstellen, so hat das entsprechende Polynom 4. Ordnung in Gleichung 1 zwei lokale Maxima und ein lokales Minimum (vgl. Inspirationsmuster in 3). Findet man lediglich eine reelle von zwei konjugiert komplexen Nullstellen in Gleichung 5, so hat das entsprechende Polynom 4. Ordnung in Gleichung 1 lediglich ein Maximum. In letzterem Fall gleichen die Inspirationsphasen nach unten geöffneten Parabeln (vgl. Inspirationsmuster in 2).A polynomial 3 , Order with real coefficients has three zeros n 1 , n 2 and n 3 , of which two may be conjugate complex zeros. Without limiting the generality, the zero point n 1 should always be real. If we find three real zeros in Equation 5, then we have the corresponding polynomial 4 , Order in Equation 1 two local maxima and one local minimum (see inspiration pattern in 3 ). If one finds only a real of two complex conjugate zeros in Equation 5, then the corresponding polynomial has 4 , Order in equation 1 only one maximum. In the latter case, the phases of inspiration are similar to parabolas open at the bottom (see inspiration pattern in 2 ).

Es hat sich herausgestellt, dass die Auswertung des Betrags der betragsmäßig gleichgroßen Imaginärteile der beiden konjugiert komplexen Nullstellen ein Merkmal im Sinne der DE 101 18 968 liefert. Je größer der Betrag der Imaginärteile, desto stabiler ist die Atmung. Hieraus kann ein anderer Normal-Detektor im Sinne von DE 101 18 968 gewonnen werden, indem der Betrag der Imaginärteile mit einem Schwellenwert verglichen wird und ein Normalereignis ermittelt wird, falls der Betrag der Imaginärteile über dem Schwellwert liegt. Vorteilhaft an einem solchen Normal-Detektor gegenüber dem auf der Rückwärtskorrelation beruhendem Normal-Detektor aus DE 101 18 968 ist, dass er pro Atemzug ein Ergebnis liefert, also nicht eine Vielzahl von Atemzügen benötigt.It has been found that the evaluation of the magnitude of the equal-magnitude imaginary parts of the two complex conjugate zeros is a feature in the sense of DE 101 18 968 supplies. The greater the amount of imaginary parts, the more stable is the respiration. From this, another normal detector in the sense of DE 101 18 968 are obtained by comparing the amount of imaginary parts with a threshold and determining a normal event if the amount of imaginary parts is above the threshold. Advantageous in such a normal detector over the based on the backward correlation normal detector DE 101 18 968 is that he delivers a result per breath, so does not require a large number of breaths.

Nach derzeitigem Kenntnisstand ist die Fläche des durch die drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks sogar ein noch stabileres Merkmal im Sinne der DE 101 18 968 . Sollten sich bei instabiler Atmung drei reelle Nullstellen ergeben, so ist diese Fläche Null. Durch Berechnung der Fläche braucht keine Fallunterscheidung zwischen drei reellen oder nur einer reellen Nullstelle durchgeführt werden.According to the current state of knowledge, the area of the triangle spanned by the three zeros in the complex plane is even an even more stable feature in the sense of DE 101 18 968 , If unstable breathing results in three real zeros, this area is zero. By calculating the area, no case distinction needs to be made between three real or only one real zero.

Zur Definition eines weiteren Normal-Detektors kann diese Dreiecksfläche mit einem Schwellenwert verglichen werden, wobei ein Normalereignis vorliegt, wenn der Schwellenwert überschritten wird. Auch ein so definierter Normal-Detektor liefert pro Atemzug ein Ergebnis.To define another normal detector can this triangular area are compared to a threshold, where a normal event is present when the threshold is exceeded. Also a Thus defined normal detector delivers a result per breath.

Vorteilhaft an solchen Merkmalen ist, dass sie die Qualität von Normalatmung bewerten können. Eine Drucksteuerung zur optimalen Einstellung des Solldrucks in einem CPAP-Gerät braucht dann nicht mehr, wie in der SEP 20 (anwaltliches Aktenzeichen: SEP 20, "Verfahren zum Steuern des von einem CPAP-Gerät gelieferten Drucks, CPAP-Gerät sowie Speichermedium", Anmelder: seleon gmbh) respiratorische Ereignisse provozieren, um zu erkennen, dass der Solldruck nicht weiter abgesenkt werden kann. Durch die oben beschriebenen Merkmale kann vielmehr noch im Bereich der Normalatmung erkannt werden, unterhalb welchen Drucks eine Atemflusslimitation droht. Der Patient wird dann in seinem Schlaf weniger durch provozierte repiratorische Ereignisse gestört.An advantage of such features is that they can assess the quality of normal breathing. A pressure control for optimal setting of the target pressure in a CPAP device then no longer needs, as in the SEP 20 (Attorney's reference: SEP 20 , "Method for controlling the pressure supplied by a CPAP device, CPAP device and storage medium", applicant: seleon gmbh) provoke respiratory events to detect that the target pressure can not be further lowered. By virtue of the features described above, it is still possible to detect in the area of normal respiration below which pressure a respiratory flow limitation is imminent. The patient is then less disturbed in his sleep by provoked repiratory events.

In einer anderen Ausführungsform kann ein Polynom dritten Grades (siehe Gleichung 4) an die zeitliche Ableitung oder die geschätzte zeitliche Ableitung des Atemflusses angepasst werden. Die zeitliche Ableitung des Atemflusses wird zur Bestimmung der Übergänge zwischen Inspiration und Expiration sowieso geschätzt, so dass Daten über die Ableitung des Atemflusses vorliegen. Das Anpassen eines Polynoms dritten Grades ist weniger rechenaufwendig als die Anpassung eines Polynoms vierten Grades. Das Anpassen des Polynoms an die Ableitung kann gemäß der in Gleichungen 2 und 3 genannten Kriterien oder anderer Kriterien erfolgen. Da das Anpassen von Polynomen an Messkurven keine lineare Operation ist, werden sich durch das Vertauschen der Reihenfolge von Polynomanpassung und Ableitung leicht unterschiedliche Koeffizienten für die Polynome dritter Ordnung ergeben, auch wenn von identischen Messdaten ausgegangen wird. Somit werden auch die Nullstellen leicht unterschiedlich sein. Dies kann jedoch durch ein Verschieben der Schwellenwerte in den entsprechenden Normal-Detektoren ausgeglichen werden.In another embodiment can be a third degree polynomial (see equation 4) to the temporal Derivative or the estimated temporal derivative of the respiratory flow to be adjusted. The temporal Derivation of the respiratory flow is used to determine the transitions between Inspired and Expiration anyway, so that data on the Derivation of the respiratory flow are present. The fitting of a polynomial third degree is less computationally expensive than the adaptation of a Polynom's fourth degree. Adapting the polynomial to the derivative can according to the in Equations 2 and 3 or other criteria. Because fitting polynomials to waveforms is not a linear operation is, by interchanging the order of polynomial fitting and derivative slightly different coefficients for the polynomials third order, even if assumed identical measurement data becomes. Thus, the zeros will be slightly different. However, this can be done by moving the thresholds into the corresponding normal detectors are compensated.

Die Polynome dritter Ordnung enthalten zwar weniger therapierelevante Information. Insbesondere enthalten diese Polynome keine Information über das mittlere Inspirationsvolumen. Wenn es hierauf jedoch nicht ankommt, können auch die Koeffizienten der Polynome dritter Ordnung aufgezeichnet werden und später von einem Arzt zur Therapiekontrolle ausgewertet werden.Contain the third-order polynomials Although less treatment-relevant information. In particular included these polynomials have no information about the mean inspiratory volume. If it does not matter, then the coefficients can also be used the polynomials of the third order are recorded later and later be evaluated by a doctor for therapy control.

Ein Beatmungsgerät kann zur Durchführung des Datenreduktionsverfahrens einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder einen Mikrocontroller 5 enthalten. Zum Speichern der Daten kann eine externe Speichereinrichtung 7 z. B. in Form einer PCMCIA-Karte, einer Smartcart, eines Speichdongels oder eines Memonsticks vorgesehen sein, für die das CPAP-Gerät einen Steckplatz 6 aufweisen kann.A ventilator may use a digital signal processor (DSP) and / or a microcontroller to perform the data reduction procedure 5 contain. For storing the data, an external storage device 7 z. In the form of a PCMCIA card, a smartcart, a storage dongle or a memo stick for which the CPAP device has a slot 6 can have.

In einer anderen Ausführungsform kann das Beatmungsgerät mit einem Modem 12 (modulator demodulator) ausgerüstet sein, über das das CPAP-Gerät die Daten beispielsweise über ein öffentliches Telefonnetz (PSTN, public switched telephone network) zu einem Computer eines Arztes übertragen kann. Ferner können bei Beatmungsgeräten auch Notrufe über das Modem 12 abgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Flussdaten zunächst im Beatmungsgerät zwischenzuspeichern, um nicht eine laufende Verbindung über das öffentliche Telefonnetz aufrecht erhalten zu müssen. Eine Datenreduktion vermindert die Verbindungsdauer und damit die Telefonkosten.In another embodiment, the ventilator may be connected to a modem 12 be equipped (modulator demodulator) over which the CPAP device, the data can be transmitted via a public switched telephone network (PSTN), for example, to a computer of a physician. In addition, respirators can also make emergency calls via the modem 12 be delivered. It is particularly advantageous, the Caching flow data first in the ventilator in order not to have to maintain an ongoing connection over the public telephone network. A data reduction reduces the connection duration and thus the telephone costs.

Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt.The invention has been described above of preferred embodiments explained in more detail. For a specialist However, it is obvious that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of protection by the following claims and their equivalents established.

11
CPAP-GerätLochCPAP device hole
22
Lochhole
44
Kompressorcompressor
55
Mikrocontrollermicrocontroller
66
Steckplatzslot
77
Speichermediumstorage medium
88th
Turbineturbine
99
Beatmungsschlauchbreathing tube
1010
Datenleitungdata line
1111
Drucksensorpressure sensor
1212
Modemmodem
1616
Flusssensorflow sensor
1717
Heizdrahtheating wire
1818
Beatmungsmaskebreathing mask
1919
SchlafenderSleeping
4040
FlußdiagrammFlow chart
41–4841-48
Schrittesteps
5050
FlußdiagrammFlow chart
51–5851-58
Schrittesteps
8181
gemessene Atemflusskurvemeasured Respiratory flow curve
8282
angepasste Atemflusskurvecustomized Respiratory flow curve
8383
gemessene Atemflusskurvemeasured Respiratory flow curve
8484
angepasste Atemflusskurvecustomized Respiratory flow curve

Claims (11)

Verfahren für ein Beatmungsgerät mit: wiederholtem Messen (16, 17, 42) eines Atemluftflusses während des Betriebs des Beatmungsgeräts (1) zu mehreren Zeitpunkten; und Abspeichern der Messpunkte des Atemflusses; gekennzeichnet durch: Anpassen eines ersten Polynoms (44) an den zeitlichen Verlauf der Messpunkte.Procedure for a ventilator with: repeated measurement ( 16 . 17 . 42 ) of a breathing air flow during the operation of the ventilator ( 1 ) at several times; and storing the measuring points of the respiratory flow; characterized by : fitting a first polynomial ( 44 ) on the time course of the measuring points. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Polynom um ein Polynom vierten Grades handelt.A method according to claim 1, characterized in that it is the first polynomial is a fourth degree polynomial. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte des Atemflusses in einzelne Inspirations- und Expirationsphasen unterteilt werden und das erste Polynom an die zu einer Inspirationsphase gehörenden Punkte angepasst wird.Method according to one of the above claims, characterized that the measuring points of the respiratory flow in individual inspiratory and Expirationsphasen be divided and the first polynomial to the belonging to an inspiratory phase Points is adjusted. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beatmungsgerät die Polynomkoeffizienten des ersten Polynoms über eine Schnittstelle (6) an die externe Speichereinheit (7) überträgt.Method according to one of the above claims, characterized in that the ventilator transmits the polynomial coefficients of the first polynomial via an interface ( 6 ) to the external storage unit ( 7 ) transmits. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beatmungsgerät die Polynomkoeffizienten des ersten Polynoms über ein Modem (12) und ein öffentliches Telefonnetz (PSTN) zu einem weiteren Computer überträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ventilator transmits the polynomial coefficients of the first polynomial via a modem ( 12 ) and a Public Switched Telephone Network (PSTN) to another computer. Verfahren nach Anspruch 2 oder den Ansprüchen 3 und 5, soweit sie sich auf Anspruch 2 rückbeziehen, mit: Berechnen (46) der Ableitung des ersten Polynoms, wobei ein zweites Polynom dritten Grades entsteht.Method according to claim 2 or claims 3 and 5, as far as they relate to claim 2, comprising: calculating ( 46 ) of the derivative of the first polynomial, resulting in a second polynomial of third degree. Verfahren für ein Beatmungsgerät mit: wiederholtem Messen (16, 17, 42) des Atemflusses während des Betriebs des Beatmungsgeräts (1) zu mehreren Zeitpunkten; und Abspeichern der Messpunkte des Atemflusses; gekennzeichnet durch Schätzen (53) der Ableitung des Atemflusses nach der Zeit; Anpassen (54) eines zweiten Polynoms dritten Grades an die Ableitung.Procedure for a ventilator with: repeated measurement ( 16 . 17 . 42 ) of the respiratory flow during the operation of the ventilator ( 1 ) at several times; and storing the measuring points of the respiratory flow; characterized by treasures ( 53 ) the derivative of the respiratory flow with time; To adjust ( 54 ) of a second third degree polynomial to the derivative. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner mit: Bestimmen der drei Nullstellen (46, 56) des zweiten Polynoms; Auswerten (47, 57) des Imaginärteils der zwei konjugierten komplexen Nullstellen, falls das zweite Polynom nur eine reelle Nullstelle hat.The method of claim 6 or 7, further comprising: determining the three zeros ( 46 . 56 ) of the second polynomial; Evaluate ( 47 . 57 ) of the imaginary part of the two conjugate complex zeroes if the second polynomial has only one real root. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner die Fläche (47, 57) des von den drei Nullstellen in der komplexen Ebene aufgespannten Dreiecks wird.The method of claim 8, further comprising the area ( 47 . 57 ) of the triangle spanned by the three zeros in the complex plane. Beatmungsgerät, insbesondere CPAP-Gerät mit einem Flusssensor (16), einem Befehlsspeicher und einer zentralen Verarbeitungseinheit (5), die in dem Befehlsspeicher abgelegte Befehle abarbeitet, so dass das Beatmungsgerät ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.Ventilator, especially CPAP device with a flow sensor ( 16 ), a command memory and a central processing unit ( 5 ) executing instructions stored in the instruction memory so that the ventilator performs a method according to any one of claims 1 to 9. Speichermedium zur Verwendung mit einem Beatmungsgerät, insbesondere CPAP-Gerät, das einen Flusssensor (16) und eine zentrale Verarbeitungseinheit (5) zur Abarbeitung der in dem Speichermedium gespeicherten Befehle umfasst, wobei das Beatmungsgerät bei der Abarbeitung der im Speichermedium gespeicherten Befehle ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 durchführt.Storage medium for use with a respirator, in particular a CPAP device containing a flow sensor ( 16 ) and a central processing unit ( 5 ) for processing the instructions stored in the storage medium, the respirator performing a method according to claims 1 to 9 during the execution of the instructions stored in the storage medium.
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