DE69630889T2 - Volumenstromabschätzung bei einer behandlung mit kontinuierlichem positiven atemwegsdruck und bei einer assistierten beatmung - Google Patents

Volumenstromabschätzung bei einer behandlung mit kontinuierlichem positiven atemwegsdruck und bei einer assistierten beatmung Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung für die Abschätzung eines Atmungsflusses in dem Verlauf einer Behandlung mit einem kontinuierlichen positiven Luftwegdruck (Continuous Positive Airway Pressure; CPAP) oder einer unterstützten Beatmung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Handhabung von CPAP ist bei der Behandlung des Verhinderungs-Schlaf-Apnea-(Obstructive Sleep Apnea; OSA)-Syndroms und des Oberen-Luftweg-Widerstands-(Upper Airway Resistance)-Syndroms gebräuchlich. Die CPAP Behandlung wirkt effektiv als ein pneumatischer Splint eines oberen Luftwegs eines Patienten durch Bereitstellen von Luft oder Gas, welches eingeatmet werden kann, bei einem Druck, der über den atmosphärischen Druck angehoben ist, an dem Eintritt des Luftwegs des Patienten. Behandlungsdrucke in dem Bereich 4–20 cm H2O werden gewöhnlicherweise angetroffen. Verbesserte Formen des CPAP umfassen einen Zweipegel-CPAP, bei dem unterschiedliche Behandlungsdrucke synchron zu den Einatmungs- und Ausatmungsphasen der Atmung angewendet werden und ein sich automatisch einstellender (gesteuerter variabler Behandlungsdruck) CPAP, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,245,995 beschrieben. In sämtlichen Formen der CPAP Behandlung wird gewünscht den Behandlungsdruck aufrecht zu halten, der gewöhnlicherweise klinisch durch einen Arzt bestimmt wird, so dass er so konstant wie möglich ist, um eine Behandlungseffizienz aufrecht zu erhalten, ohne den Patienten unnötige Unannehmlichkeiten zu verursachen, indem er entgegen eines unnötig hohen positiven Luftwegdrucks arbeiten muss.
  • Gemeinsam für sämtliche Formen der CPAP Vorrichtung ist eine Maske, die von einem Patienten getragen wird und eine Verbindung zu einem Flussgenerator aufweist, und zwar über eine flexible Luftzuführungsröhre. Der Flussgenerator weist eine Turbine auf, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird, der sich unter der Steuerung eines mikroprozessor-gestützten Controllers befindet.
  • In dieser Beschreibung soll ein Begriff einer „Maske" so verstanden werden, dass er eine Nasenmaske, eine Mundmaske, eine Nasen- und Mundmaske in Kombination oder eine volle Gesichtsmaske einschließt.
  • Einfache CPAP Maschinen schätzen den Maskendruck aus der Motorgeschwindigkeit ab und arbeiten unter einer Geschwindigkeitsregelung. Verbesserte Maschinen beinhalten einen pneumatischen Druckwandler, der ein Rückkopplungssignal bereitstellt, das einen Druck an entweder der Maske oder einem Punkt innerhalb des Flussgenerators selbst darstellt. Wenn das Druckrückkopplungssignal von der Maske ist, müssen zusätzliche Röhrenverbindungen oder Drähte sich zwischen der Maske und dem Flussgenerator erstrecken, was Sterilisations- und/oder Sicherheitsprobleme hervorrufen kann. Wenn eine Druckrückkopplung von einem Punkt innerhalb des Flussgenerators oder irgendeinem anderen Punkt, der von der Maske entfernt ist, ist, kann die Impedanz der Luftzufuhrungsröhre zu fluss-induzierten Druckschwankungen an der Maske führen. Die Druckschwankungen können bis zu ± 5% des Behandlungsdruck sein und da gewünscht wird den Patienten mit dem minimalen Behandlungsdruck zu versehen, um eine Behandlungseffizienz bereitzustellen und dennoch zu vermeiden, dass der Patient während einer Ausatmung unnötige Arbeit verrichtet, sind diese Druckschwankungen unerwünscht und sollten soweit wie möglich beseitigt werden.
  • Es ist auch wünschenswert in der Lage zu sein einen dynamischen Luftfluss in der Zufuhrungsröhre und der Maske genau zu bestimmen. Die Offenbarung einer Flussabschätzung auf Grundlage einer Erfassung eines Flussgeneratorstroms, einer Ableitung einer gefilterten Spannung und eines Vergleichs der Ergebnisse mit vorgegebenen Flussgeneratorcharakteristiken bei der CPAP Behandlung ist in der Spezifikation der EP-A-0656216 offenbart. Im Gegensatz dazu offenbaren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung eine Flussabschätzung auf Grundlage einer Erfassung einer Motorgeschwindigkeit, eines Stroms, und/oder einer Ankerspannung und auf Grundlage eines direkt gemessenen Zuführungsrohrdrucks „Fluss" sei so verstanden, das er sowohl ein Ventilationsvolumen als auch eine volumetrische Flussrate einschließt. Der Fluss wird eine Komponente als Folge des Flussgenerators aufweisen, die durch eine Patientenatmung moduliert wird. Die Messung des Luftflusses in der Luftzufuhrungsröhre kann in vorteilhafter Weise verwendet werden, um das durchschnittliche Volumen zu messen, das von dem Patienten eingeatmet wird, und um zu bestimmen, ob der Patient inhaliert (einatmet) oder exhaliert (ausatmet), wobei der letztere Vorgang bei der Implementierung eines Zweipegel-CPAP von zentraler Bedeutung ist. Gegenwärtig wird dies unter Verwendung eines in einer Leitung angeordneten Sensors durchgeführt, um einen Fluss direkt zu messen, oder durch Messen des Druckabfalls über eine Einschnürung in der Luftzufuhrungsröhre (oder alternativ dem Druckabfall entlang der Luftzufuhrungsröhre). Diese Verfahren erfordern die Verwendung von zusätzlichen Wandlern und in einigen Fällen von zusätzlicher Verdrahtung oder Röhrenverbindungen, um den Wandler mit einem geeigneten Punkt in der Steuerschaltungsanordnung der CPAP Vorrichtung zu verbinden.
  • Es ist somit auch wünschenswert einen Luftfluss (eine Luftströmung) vom Standpunkt einer Ermöglichung einer verbesserten Steuerung der Handhabung einer CPAP Behandlung und der Sicherstellung einer Effizienz einer Behandlung und eines Wohlbefindens des Patienten genau zu messen oder abzuschätzen, ohne die Bequemlichkeit des Patienten zu verringern.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der vorangehenden Probleme zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung ist ein Verfahren mit der Vorrichtung vorgesehen, wie in den beiliegenden Ansprüchen aufgeführt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen zeigen
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer CPAP Behandlungsvorrichtung;
  • 2 eine Querschnittsansicht der Luftzuführungsröhre an dem Punkt, wo der Druck erfasst wird;
  • 3 ein Blockflussdiagramm, das die Abschätzung eines Flusses beschreibt;
  • 4 ein schematisches Blockdiagramm, welches sich auf 3 bezieht; und
  • 5 ein schematisches Blockdiagramm, welches sich auf die Kompensation von flussinduzierten Druckschwankungen bezieht; und
  • 6 ein Diagramm einer Druckschwankung gegenüber einem Soll-(Behandlungs)-Druck.
  • (5 und 6 illustrieren nicht die Erfindung, die beansprucht wird)
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN UND BESTE VORGEHENSWEISE
  • Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf eine CPAP Behandlungsvorrichtung, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung genauso eine Anwendung in einer Vorrichtung für die Bereitstellung einer unterstützten Atmung oder Ventilation fidet.
  • FLUSSABSCHÄTZUNG
  • Wie in 1 gezeigt ist der CPAP Flussgenerator 10 mit einer Zufuhrungsröhre 12 für Luft (oder ein Gas, welches eingeatmet werden kann) gekoppelt, die wiederum mit einer Nasenmaske 14 gekoppelt ist, die von einem Patienten 16 getragen wird. Der Flussgenerator 10 umfasst einen mikroprozessor-gestützten Motorcontroller 20, der in einer bevorzugten Ausbildung einen 8-Bit Mikrocontroller einschließen kann, beispielsweise den MotorolaTM MC68HC805B6. Der Motorcontroller 20 ist mit einer elektrischen Motorenergieversorgung 24 über eine Steuerleitung 22 verbunden. Die Energieversorgung 24 liefert eine Zuführung von elektrischer Energie, die in der bevorzugten Ausbildung DC ist, an den elektrischen Motor 28 über eine Zufuhrungsleitung 26. Der elektrische Motor 28 ist mit einer Turbine 32 über eine mechanische Kopplung 30 verbunden. Der elektrische Motor 28 ist auch mit dem Motorcontroller 20 über eine Signalleitung 34 verbunden.
  • Die Turbine 32 stellt ein einatmungsfähiges Gas (einschließlich Luft) an der Zufulirungsröhre 12 bei einem Druck, der über den Atmosphärischen angehoben ist, und bei einer Flussrate, um die Behandlung des Patienten und Atmungserfordernisse zu erfüllen, bereit. Dies wird durch eine Geschwindigkeitssteuerung des elektrischen Motors 28 und in Abhängigkeit von der pneumatischen Kapazität der Turbine 32 durchgefuhrt. Der elektrische Motor 28 ist vorzugsweise ein bürstenloser DC Typ, beispielsweise der PAPSTTM ECA 27-11. Dieser Motor weist integrale Hall-Effekt-Sensoren auf, die ein elektrisches Signal bereitstellen, das eine Motorgeschwindigkeit darstellt, die an dem Motorcontroller 20 über die Signalleitung 34 bereitgestellt wird. Mit dem elektrischen Motor 28 kann alternativ ein optischer oder mechanischer Tachometer oder irgendeine andere zweckdienliche Drehgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung verbunden sein. Die Geschwindigkeit eines DC Motors ist direkt proportional zu der Ankerspannung, sowie sie von der Motorenergieversorgung 24 bereitgestellt wird. Es gibt eine Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit, dem Turbinen-Zufuhrungsdruck und dem Fluss, der durch eine experimentelle Untersuchung bestimmt werden kann.
  • In der Zweipegel-Form der CPAP werden die getrennten Einatmungs- und Ausatmungs-Behandlungsdrucke durch eine schnelle Turbinengeschwindigkeitssteuerung erreicht, obwohl die Verwendung von solenoid-betriebenen Überlaufventilen in dem technischen Gebiet ebenfalls bekannt ist.
  • Eine Druckerfassungsröhre 40 ist mit der Luftzufuhrröhre 12 an einem Punkt proximal zu dem Ausgang der Turbine 32 innerhalb des Gehäuses des Flussgenerators 10 verbunden. Die Erfassungsröhre 40 ist mit einem Druckwandler 42 verbunden, was zu einem elektrischen Signal führt, das einen Turbinen-Zuführungsdruck anzeigt, der an den Motorcontroller 20 auf einer Signalleitung 44 übergeben wird.
  • Der Flussgenerator 10, einschließlich der Druckerfassungsröhre 40 und dem Druckwandler 42, ist kommerziell erhältlich als die SullivanTM III CPAP Maschine des vorliegenden Anmelders.
  • Die Druckerfassungsröhre 40 kann alternativ in die Zuführungsröhre 12 an irgendeinem Punkt entlang der Länge dieser Röhre enden, oder kann in der Maske 14 selbst enden. Es ist ferner möglich, dass der Druckwandler 42 proximal zu der Zuführungsröhre 12 ist, so dass nur eine kleine Länge der Röhrenverbindung von einem Anschluss in die Zuführungsröhre 12 hinein zu dem Wandler 42 vorhanden ist, wobei die Signalleitung 44 sich somit aus dem Gehäuse des Flussgenerators 10 herauserstreckt.
  • 2 zeigt in einem Querschnitt Einzelheiten des Bereichs der Zuführungsröhre 12, mit der die Druckerfassungsröhre 40 verbunden ist. Die Druckerfassungsröhre 40 befestigt einen Druckerfassungsanschluss 50, der sich stromabwärts von einer Öffnungsplatte 52 befindet. Die Öffnungsplatte stellt eine Impedanz dar, die eine lokale Druckstörung einführt, die zu einem Luftrezirkulierungsbereich 54 und einem Laminarflussbereich 56, die sich von der Öffnungsplatte 52 nach stromabwärts erstrecken, dar. Der Druckerfassungsanschluss 50 ist in dem Rezirkulierungsbereich 54 angeordnet. Eine derartige pneumatische Rezirkulierung kann auch durch eine lokalisierte Verringerung in dem Durchmesser der Luftzuführungsröhre 12 erreicht werden.
  • Ein Verfahren für eine Flussabschätzung wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden, kann die Verarbeitung, die beschrieben werden soll, mit Hilfe eines Computerprogramms leicht implementiert werden. In dem ersten Schritt 60 wird die Motorgeschwindigkeit mit Hilfe der Hall-Effekt-Sensoren 80 des Motors gemessen. Aus diesem Drehgeschwindigkeitswert wird mit Hilfe des Druckabschätzers 82, unter Verwendung einer vorgegebenen mathematischen Funktion, der equivalente Druck pest abgeschätzt, der von der Turbine 32 für diese gemessene Geschwindigkeit entwickelt werden würde, wenn der Fluss Null wäre.
  • Ein Verfahren zum Abschätzen des equivalenten Drucks pest besteht darin die Motorgeschwindigkeit als den Eingang zu einer quadratischen Funktion mit der folgenden Form anzuwenden: Pest = c1ω2 + c2ω + c3 (1)wobei c1, c2 und c3 Konstanten sind, die irgendeinen Wert einschließlich Null annehmen können, abgeleitet von vorher bestimmten Druck/Geschwindigkeits-Charakteristiken der Turbine 32 und ω ist die Motorgeschwindigkeit. Auf Grundlage der SullivanTM III Maschine des Anmelders, wie beschrieben, sind repräsentative Koeffizientenwerte c1 = 118, c2 = 0 und c3 = 0. Die Koeffizienten wurden unter Verwendung einer linearen Regressionstechnik für die Druck/Geschwindigkeits-Daten für einen Null-Fluss der SullivanTM III Vorrichtung berechnet. Die Impedanz von irgendeiner Einlassprallplatte und der pneumatischen Schaltung der Turbine beeinflussen die Koeffizienten.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann ein Polynom höherer Ordnung verwendet werden, um den equivalenten Druck, für einen Null-Fluss, aus der Motorgeschwindigkeit, dem Motorstrom und/oder der Ankerspannung abzuschätzen.
  • In einer anderen alternativen Implementierung kann eine Nachschlagtabelle verwendet werden, um den equivalenten Druck für einen Null-Fluss aus der Motorgeschwindigkeit, dem Motorstrom und/oder der Ankerspannung auf Grundlage eines empirischen Satzes von Messungen abzuschätzen.
  • Gleichzeitig mit der Geschwindigkeitsmessung und der Druckabschätzung mit den Druckschritten 60.62 wird im Schritt 64 mit Hilfe des Druckwandlers 42 der Zuführungsrohr-Druck pact gemessen und pact zusammen mit pest werden an eine differentielle Summationseinrichtung 84 übergeben, wo im Schritt 66 die Differenz zwischen den zwei Drucken berechnet wird. Der Ausgang von der Summationseinrichtung 84 stellt eine Abschätzung des Flusses fest bereit.
  • Eine herkömmliche Öffnungsplatten-Meßeinheit besteht aus einer dünnen Platte, die in die Luftzuführungsröhre eingefügt wird. Die Platte weist eine zentrale Öffnung auf, die kleiner als der Durchmesser der Röhre ist, und Anschlüsse auf jeder Seite der Platte für eine Messung des Drucks. Das Hindernis fuhrt zu einer Einschnürung des Flusses und einer lokalen Druckstörung, die gemessen werden kann. Der Fluss (die Strömung) q wird durch Messen des Drucks an den Erfassungsanschlüssen bestimmt und wird mit
    Figure 00050001
    gegeben, wobei c eine Konstante für eine gegebene Konfiguration ist, p1 der Druck an dem Erfassungsanschluss vor der Öffnungsplatte ist und p2 der Druck an dem Erfassungsanschluss nach der Platte ist.
  • Wie voranstehend angegeben erfordert eine Messung sowohl des Drucks als auch des Flusses in einer CPAP Maschine gewöhnlicherweise wenigstens zwei Wandler. Ein Druckwandler wird für eine Druckregelung benötigt und ein zweiter Wandler wird für eine Flussmessung benötigt. Der zweite Wandler kann entweder ein Druckwandler oder ein Flusswandler sein. In dem ersten Fall wird ein Fluss mit der Gleichung (2) gegeben, und in dem letzteren Fall wird der Fluss direkt gemessen.
  • Für einen Nicht-Null-Fluss lässt sich aus der Gleichung (2) ersehen, dass der Druck p1 größer ist als p2 konstant bleibt.
  • Bei einem Null-Fluss sind die Drucke p1 und p2 gleich und können aus einer quadratischen Funktion der Motorgeschwindigkeit, die die Form der Gleichung (1) aufweist, abgeschätzt werden.
  • Für einen Nicht-Null-Fluss wird p1 erhöht, um dem erhöhten Fluss gerecht zu werden, indem die Motorgeschwindigkeit erhöht wird. Deshalb nimmt auch die Druckabschätzung, die aus der Motorgeschwindigkeit abgeleitet wird, zu. Die Änderung in der Motorgeschwindigkeit ist ungefähr proportional zu der Änderung in dem Fluss, denn die Änderung in pest ist proportional zu der Änderung in p1. Der Fluss f ^ est kann deshalb aus der Differenz zwischen der Druckabschätzung pest und dem gemessenen Druck p2, d. h.
    Figure 00050002
    abgeschätzt werden. Die Öffnungsplatte 52 weist eine Quadratgesetz-Impedanz' auf, wobei in diesem Fall der Ausgang der Summationseinrichtung 84 einen „FLUSS QUADRIERT" darstellt. In einem derartigen Fall kann der „FLOW SQUARED" (FLUSS QUADRIERT) Wert im Schritt 68 durch eine Quadratwurzeleinrichtung 68 liniearisiert werden und dann im Schritt 70 durch die Kombination von Tiefpass- und Hochpass-Filtern 90.2 und 90 gefiltert, um einen „ABSCHÄTZUNG DES GEFILTERTEN FLUSSES" Wert abzuleiten, bei dem die Nicht-Atmungskomponenten entfernt worden sind. Das Tiefpassfilter wird vorzugsweise eine obere Frequenzgenze von 20 Hz zum Entfernen von Rauschen aufweisen, während das Hochpassfilter vorzugsweise eine niedrigere Frequenzgrenze von 0,1 Hz aufweisen wird, um Nicht-Atmungskomponenten zu entfernen.
  • FLUSSKOMPENSATION (NICHT VON DER BEANSPRUCHTEN ERFINDUNG ABGEDECKT)
  • Das Betriebsverhalten einer Flusskompensation, die fluss-induzierte Druckschwankungen an der Maske, die minimiert werden sollen, hervorruft, wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Das Verfahren einer Flusskompensation kann unter Verwendung des Flussabschätzungswerts, der in Übereinstimmung mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren oder auf Grundlage einer Flussmessung, die von einem Flusswandler durchgeführt wird, berechnet wird, verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Flussgenerator einen Druckwandler, der für eine Druckregelung verwendet wird, wie in 1 gezeigt. Der Wandler 42 misst einen Druck in der Gaszuführungsschaltung an einem Punkt, der von der Maske entfernt ist. Die fluss-induzierten Druckschwankungen an der Maske sind deshalb größer als diejenigen an dem gesteuerten Punkt. Die Kompensation von fluss-induzierten Druckschwankungen an der Maske findet mit Hilfe einer Kompensationssteuerung für den Maskendruck statt, während noch ein angemessener Fluss für Atmungszwecke beibehalten wird.
  • 5 zeigt die Verarbeitung, die von dem Motorcontroller 20 beim Betrieb der Flusskompensation ausgeführt wird. Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden, kann die Funktion der Logikblöcke mit Hilfe eines Computerprogramms implementiert werden. Sowohl die elektrische Motorgeschwindigkeit als auch der tatsächlich gemessene Zuführungsdruck werden an einem Computerelement 100, jeweils über die Signalleitungen 34 und 44, bereitgestellt. Das Computerelement 100 schätzt den Fluss in Übereinstimmung mit der Technik ab, die in Verbindung mit den 3 und 4 geschrieben wurde, so dass der Ausgang des Berechnungselements die „ABSCHÄTZUNG DES GEFILTERTEN FLUSSES" ist. Dieses Signal wird an ein Quadriererelement 102 übergeben, um ein Signal abzuleiten, welches „FLOW2" darstellt. Bei der Alternative, bei der die Öffnungsplatte, die zum Ableiten eines Zuführungsdrucks verwendet wird, ein Quadratgesetz-Typ ist, dann wird, wie voranstehend beschrieben, eine Abschätzung von „FLOW2" („FLUSS2") direkt bei dem Fluss-Abschätzungsverfahren erhalten, so dass die Quadrierungsfunktion des Quadriererelements 102 nicht ausgeführt werden muss. Der abgeschätzte „FLOW2" Wert wird an ein Verstärkungselement 104 übergeben, dass das Signal skaliert. Der Skalierungsfaktor kann irgendeinen Wert, einschließlich Eins und Null, annehmen, kann ein positives oder negatives Vorzeichen aufweisen und kann unterschiedliche Werte zu unterschiedlichen Zeiten annehmen. Bei einer typischen Implementierung, die eine Behinderung der Luftzuführungsschaltung beinhaltet, ist der Skalierungsfaktor Null für einen negativen Fluss, d. h. wenn der Maskendruck kleiner als der Druck an der Turbine ist, und eine kleine positive Konstante, die kleiner als Eins ist, wenn der Fluss positiv ist.
  • Das skalierte Flusssignal geht durch ein Begrenzerelement 106, dessen Funktion darin besteht, die Größe des „FLUSS-KOMPENSATIONS-WERTS" („FLOW COMPENSATION VALUE") auf eine vorgegebene Größe zu begrenzen, um eine Stabilität sicherzustellen.
  • Zur weiteren Erläuterung, wenn der Druck von innerhalb des Rezirkulierungsbereichs 54 gemessen wird und die gesteuerte Variable ist, dann nimmt der Maskendruck mit zunehmenden Fluss zu Anfang zu und fällt dann ab. Die Abweichung von dem Druck-Sollpunkt kann deshalb durch Subtrahieren der skalierten Flussabschätzung von dem Druck-Flusspunkt verringert werden. Wenn jedoch der abgeschätzte Fluss negativ ist (d. h. der gemessene Druck größer als der Abschätzungsdruck ist), wird keine Kompensation implementiert, um eine Instabilität als Folge einer positiven Rückkopplung zu vermeiden.
  • Wenn sich der Maskendruck mit dem Quadrat des Flusses verändert, kann die Flusskompensationstechnik verbessert werden, indem der Kompensationswert proportional zu dem Quadrat des Flusses gemacht wird. Über einen bestimmten Flusswert hinaus wird der Maskendruck beginnen mit zunehmenden Fluss abzufallen. Es kann deshalb gewünscht sein die Größe des Kompensationswerts zu beschränken. Die am meisten bevorzugte Grenze würde der Wendepunkt der Druck/Fluss-Kurve sein. Der Wendepunkt ist variabel und ist eine Funktion der Motorgeschwindigkeit. Alternativ und einfacher könnte eine feste Grenze verwendet werden.
  • Die Konstanten in der Gleichung (1) können aus aufgezeichneten Druck/Geschwindigkeits-Daten bei einem Null-Fluss berechnet werden. Für die Zwecke einer Flusskompensation kann der Wert der Konstanten in der Gleichung (3) jedoch unwichtig sein (da er durch einen Skalierungsfaktor ersetzt wird). Wenn jedoch erforderlich, kann er durch Anpassen der Gleichung (3) auf die gemessenen Flussdaten abgeleitet werden. Die vollständige Flusskompensationsprozedur ist wie folgt:
    • 1. Berechnen von pest aus der Gleichung (1),
    • 2. Messen des Drucks p2,
    • 3. Berechnen des Kompensationswerts (pest – P2), der proportional zu dem quadrierten Fluss ist,
    • 4. wenn der Kompensationswert negativ ist, setzen der Kompensation auf Null,
    • 5. Multiplizieren des Kompensationswerts mit dem Skalierungsfaktor,
    • 6. Begrenzen der Größe des Kompensationswerts und
    • 7. Subtrahieren der Flusskompensation von dem Druckfehler.
  • Die Steuerschleife minimiert die Differenz zwischen dem Solldruck und dem gemessenen Druck und minimiert gleichzeitig die Differenz zwischen dem Druck, der für die gemessene Motorgeschwindigkeit erzeugt werden sollte, und dem gemessenen Druck.
  • Die Ausgänge von dem Begrenzerelement 106 stellen den „FLUSS-KOMPENSATIONS-WERT" dar, der in Übereinstimmung mit den Drucksteuersignalen skaliert ist. Der „DRUCK-SOLLPUNKT" („PRESSURE SET POINT") wird mit dem gemessenen Druck an dem differentiellen Summationselement 108 verglichen, wobei ein „DRUCKFEHLER" Signal erzeugt wird. Das „DRUCKFEHLER" Signal und der "FLUSS-KOMPENSATIONS-WERT" bilden die Eingänge zu einem weiteren differentiellen Summationselement 110 und in dieser Weise wird die Steuervariable von „BEHANDLUNGS-DRUCK-FEHLER" in Übereinstimmung mit dem Fluss kompensiert, nämlich dem Ausgang von dem Summationselement 110, der an eine Controllereinheit 112 geht, die das Steuersignal an der Motorenergieversorgung 24 auf der Steuerleitung 22 bereitstellt.
  • Der Sollpunkt-Druck kann der Maskendruck sein, so wie dies der Fall für die in 1 gezeigte Anordnung ist, bei der es sich um den Turbinen-Ausgangsdruck handelt, der gemessen wird. In diesem Fall ist der Druck-Sollpunkt durch die Controllereinheit 112 vorkompensiert werden, um in Relation zu dem Punkt zu sein, wo ein Druck tatsächlich relativ zu dem gewünschten Masken-CPAP-Behandlungsdruck gemessen wird.
  • Bei Testen der Flusskompensationsmethologie, die unter Verwendung der hier beschriebenen CPAP Vorrichtung beschrieben wurde, für einen Sollmaskenbehandlungsdruck von 10 cm H2O, war die Größe der Druckschwankungen ohne eine Kompensation 1,8 cm H2O. Mit einer eingerichteten Flusskompensation werden die Schwankungen auf 0,7 cm H2O verringert. Über dem Bereich von 4–18 cm H2O betrug die durchschnittliche Verringerung in der Größe der Druckschwankung an der Maske, die durch den Atmungsfluss reduziert war, 64%. Die Daten sind in 6 gezeigt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Abschätzen des Flusses eines einatmungsfähigen Gases an einen Patienten (16) von einem Flussgenerator (10) mit einer Turbine (32) bei der Anwendung einer Behandlung mit einem kontinuierlichen positiven Luftwegdruck oder einer unterstützten Beatmung, mit den Schritten zum Messen des Drucks des Gases (pact), das von dem Flussgenerator (10) geliefert wird, und Messen der Drehgeschwindigkeit (ω) der Turbine (32), wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Abschätzen des equivalenten Drucks eines Gases (pest), welches von dem Flussgenerator (10) bei der gemessenen Drehgeschwindigkeit zugeführt werden würde, wenn kein Fluss zu dem Patienten (16) vorhanden wäre; Berechnen der Differenz zwischen pest und der pact, um eine Abschätzung über den Fluss an den Patienten (fest) zu geben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Quadratwurzelberechnung der Flussabschätzung, um eine linearisierte Flussabschätzung zu geben.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt zum Filtern der linearisierten Flussabschätzung, um Nicht-Atmungs-Komponenten zu entfernen.
  4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schritt zum Abschätzen gekennzeichnet ist durch den Schritt zum Ausführen der folgenden Berechnung: Pest = c1ω2 + c2ω + c3 wobei c, c2 und c3 bekannte Konstanten sind.
  5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schritt zum Abschätzen gekennzeichnet ist, durch den Schritt zum Durchsuchen einer Nachschlagtabelle, die inkrementale Drehgeschwindigkeiten mit vorgegebenen Werten eines Drucks für keinen Fluss tabellarisch aufführt, um den relevanten Wert von pest zu identifizieren.
  6. Vorrichtung zum Abschätzen des Flusses eines einatmungsfähigen Gases an einen Patienten von einem Flussgenerator (10) mit einer Turbine (32), und Zuführen von einatmungsfähigem Gas bei der Anwendung einer Behandlung mit einem kontinuierlichen positiven Luftwegdruck oder einer unterstützten Beatmung, mit einer Druckmesseinrichtung (42) zum Messen des Drucks von Gas von dem Flussgenerator (10) bei einem Betrieb bei einer bekannten Turbinendrehgeschwindigkeit, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Druckabschätzungseinrichtung (82) zum Abschätzen eines equivalenten Drucks eines Gases, das von dem Flussgenerator (10) bei der bekannten Drehgeschwindigkeit geliefert werden würde, wenn kein Fluss an den Patienten vorhanden ist, und eine Prozessoreinrichtung (20) zum Berechnen der Differenz zwischen dem gemessenen Druck und dem abgeschätzten Druck, um eine Abschätzung über einen Fluss an den Patienten zu geben.
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