DE20008049U1 - Arrangement for diagnosis and / or therapy of sleep-related breathing disorders - Google Patents
Arrangement for diagnosis and / or therapy of sleep-related breathing disordersInfo
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Description
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MAP Medizintechnik für Arzt und Patient GmbH & Co. KG MAP Medical Technology for Doctors and Patients GmbH & Co. KG
Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie schlafbezogener AtmungsstörungenOrder for diagnosis and/or treatment of sleep-related breathing disorders
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie schlafbezogener Atmungsstörungen.The invention relates to an arrangement for the diagnosis and/or therapy of sleep-related breathing disorders.
Schlafbezogene Atmungsstörungen, insbesondere in Verbindung mit Obstruktionen im Bereich der oberen Atemwege können in vielen Fällen auf physiologisch gut verträgliche Weise durch eine Überdruckbeatmung therapiert werden. Diese allgemein als CPAP-Therapie bezeichnete Überdruckbeatmung basiert auf dem Effekt einer durch den Überdruck erreichten pneumatischen Schienung der oberen Atemwege, wodurch die Obstruktionsanfälligkeit in diesem Atemwegsbereich vermindert wird. Um eine möglichst hohe physiologische Verträglichkeit der CPAP-Therapie zu gewährleisten, ist man bestrebt, den Beatmungsdruck möglichst gering zu halten.Sleep-related breathing disorders, particularly in connection with obstructions in the upper airways, can in many cases be treated in a physiologically well-tolerated manner using positive pressure ventilation. This positive pressure ventilation, generally referred to as CPAP therapy, is based on the effect of pneumatic splinting of the upper airways achieved by the positive pressure, which reduces the susceptibility to obstruction in this area of the airways. In order to ensure that CPAP therapy is as physiologically tolerable as possible, the aim is to keep the ventilation pressure as low as possible.
Günstige Beatmungsdruckpegel können bislang entweder durch den Patienten selbst gewählt werden oder beispielsweise auch unter ärztlicher Betreuung im Rahmen des Aufenthalts des Patienten in einem Schlaflabor ermittelt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß sowohl die vom Patienten selbst gewählten, als auch die im Rahmen des Aufenthalts in einem Schlaflabor ermittelten Therapiedrücke teilweise deutlich über dem für den überwiegenden Teil der Schlafphase erforderlichen Beatmungsdruckpegeln liegen.Up to now, favorable ventilation pressure levels could either be selected by the patient themselves or determined under medical supervision during the patient's stay in a sleep laboratory. However, studies have shown that both the therapy pressures selected by the patient themselves and those determined during the stay in a sleep laboratory are sometimes significantly higher than the ventilation pressure levels required for the majority of the sleep phase.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, durch welche der erforderliche Therapiedruck präziser ermittelt werden kann. WeiterhinThe invention is based on the object of creating an arrangement by which the required therapy pressure can be determined more precisely. Furthermore
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, durch welche, bzgl. einer Überdruckbeatmung, eine auf die physiologischen Bedürfnisse des Patienten verbessert abgestimmte Überdruckbeatmung ermöglicht werden kann.The invention is based on the object of creating an arrangement by means of which, with regard to positive pressure ventilation, positive pressure ventilation can be better tailored to the physiological needs of the patient.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie schlafbezogener Atmungsstörungen mit einer Fördereinrichtung zur Förderung eines Atemgases zu einem Patienten unter einem definiert veränderbaren Beatmungsdruck, einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Beatmungsdruckes, Einrichtungen zur Erfassung von hinsichtlich des momentanen physiologischen Zustands indikativen und im Zusammenhang mit der Atemgassäule abgreifbaren Meßwerten, wobei die Steuereinrichtung mit einer weiteren Erfassungseinrichtung operativ verbunden ist, zur Berücksichtigung wenigstens eines weiteren außerhalb der Atemgassäule abgegriffenen, hinsichtlich des physiologischen Zustands des Patienten indikativen Signales.This object is achieved according to the invention by an arrangement for the diagnosis and/or therapy of sleep-related breathing disorders with a delivery device for delivering a respiratory gas to a patient under a defined, variable ventilation pressure, a control device for controlling the ventilation pressure, devices for detecting measured values indicative of the current physiological state and which can be tapped in connection with the respiratory gas column, wherein the control device is operatively connected to a further detection device for taking into account at least one further signal indicative of the patient's physiological state which is tapped outside the respiratory gas column.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Atemgasdruck in erheblich verbesserter Weise auf die physiologischen Bedürfnisse des Patienten abzustimmen. This makes it possible to adjust the breathing gas pressure to the patient's physiological needs in a significantly improved manner.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Erfassungseinrichtung derart ausgebildet, daß diese die neurale Aktivität des Patienten erfaßt. Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die neurale Aktivität des Patienten durch die hirnelektrischen Potentiale des Patienten erfaßt. Die hirnelektrische Aktivität des Patienten kann gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch frontal plazierte Elektroden ermittelt werden. Diese Elektroden können beispielsweise, wie in der auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung DE 199 56 841.3, erläutert, unmittelbar in eine Atemmaskenanordnung integriert sein. Hierdurch wird mit hoher Wiederholgenauigkeit eine lagerichtige Plazierung der Elektroden gewährleistet. Die seitens der Elektroden erfaßten Meßsignale werden gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch im Bereich der Atemmaske in potentialfreie Meßsignale umgewandelt und als solche einem Steuerungs-, insbesondere Rechnersystem zugeführt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the further detection device is designed in such a way that it detects the neural activity of the patient. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the neural activity of the patient is detected by the patient's brain electrical potentials. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the patient's brain electrical activity can be determined by frontally placed electrodes. These electrodes can, for example, be integrated directly into a breathing mask arrangement, as explained in the applicant's patent application DE 199 56 841.3. This ensures that the electrodes are positioned correctly with high repeatability. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the measurement signals detected by the electrodes are converted into potential-free measurement signals in the area of the breathing mask and fed as such to a control system, in particular a computer system.
200 08 OU.200 08 OU.
In Kombination mit der Erfassung der neuralen Aktivität des Patienten erfolgt gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch eine Ermittlung von hinsichtlich der Schlafstadien indikativer Angaben.In combination with the recording of the patient's neural activity, according to a particularly preferred embodiment of the invention, information indicative of the sleep stages is also determined.
Alternativ zu den vorangehend beschriebenen Maßnahmen oder auch in Kombination hiermit ist es auch möglich, daß die weitere Erfassungseinrichtung den Blutsauerstoffgehalt des Patienten erfaßt. Die Erfassung des Blutsauerstoffgehaltes kann beispielsweise auf optischem Wege erfaßt werden, indem bestimmte, &iacgr;&ogr; stark durchblutete Gewebeabschnitte durchleuchtet und das entsprechende Lichtspektrum ausgewertet wird. Eine insbesondere im Hinblick auf die Hirnsauerstoffversorgung vorteilhafte Erfassung des Blutsauerstoffgehaltes kann beispielsweise durch Photodioden erfolgen, die beispielsweise in Form eines Ohrclips an dem Patienten angesetzt sind.As an alternative to the measures described above, or in combination with them, it is also possible for the additional detection device to detect the patient's blood oxygen content. The blood oxygen content can be detected optically, for example, by shining a light through certain tissue sections with a high blood flow and evaluating the corresponding light spectrum. The blood oxygen content can be detected, for example, using photodiodes, which are particularly advantageous with regard to the brain's oxygen supply, and which are attached to the patient in the form of an ear clip.
Gem. einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die Schlafposition erfaßt. Die Schlafposition des Patienten wird vorzugsweise durch einen Lagegeber erfaßt, der beispielsweise auf den Brustbereich des Patienten aufgeschnallt werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, einen ggf. zusätzlichen Lagegeber im Kopfbereich des Patienten anzuordnen, so daß die Schlafposition des Patienten auch unter Auflösung der Relativposition von Kopf- und Torso bestimmt werden kann. Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lagegeber zur Erfassung der kopfbezogenen Schlafposition des Patienten unmittelbar in eine Atemmaskenanordnung oder in eine Kopfbandanordnung integriert.According to another particularly preferred embodiment of the invention, the sleeping position is detected by the additional detection device. The patient's sleeping position is preferably detected by a position sensor, which can be strapped onto the patient's chest area, for example. It is also possible to arrange an additional position sensor in the patient's head area, so that the patient's sleeping position can also be determined by resolving the relative position of the head and torso. According to another particularly preferred embodiment of the invention, the position sensor for detecting the patient's head-related sleeping position is integrated directly into a breathing mask arrangement or a headband arrangement.
Gem. einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die Atembewegung, insbesondere die Thoraxweitung erfaßt. Anhand der derart aufgezeichneten Atmungsbewegung kann in vorteilhafter Weise der theoretische Atemgasstrom errechnet werden, wodurch wiederum regelungstechnisch verarbeitbare Bewertungen des statischen Druckabfalls im Bereich der obstruktionsgefährdeten Atemwegsabschnitte möglich sind.According to another particularly preferred embodiment of the invention, the respiratory movement, in particular the expansion of the thorax, is recorded by the additional recording device. The theoretical respiratory gas flow can be calculated in an advantageous manner on the basis of the respiratory movement recorded in this way, which in turn enables control-processable evaluations of the static pressure drop in the area of the airway sections at risk of obstruction.
Gem. einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird seitens der weiteren Erfassungseinrichtung die Herzfrequenz, bzw. die Herzaktivität erfaßt. Die Herzfrequenz sowie die Herzaktivität können, ähnlich wie die vorangehend beschriebene Erfassung der neuralen Aktivität des Patienten ebenfalls über entsprechen plazierte EEG-Elektroden ermittelt werden. Durch den Abgriff mehrerer herzfrequenzindikativer Signale von unterschiedlichen, wird es möglich, die Pulswellenlaufzeit zu bestimmen, wodurch ebenfalls für den Beatmungsdruck relevante Rückschlüsse auf den physiologischen Zustand des Patienten möglich sind.According to a further preferred embodiment of the invention, the heart rate or the heart activity is recorded by the further recording device. The heart rate and the heart activity can also be determined via appropriately placed EEG electrodes, similar to the previously described recording of the patient's neural activity. By tapping several heart rate-indicating signals from different sources, it is possible to determine the pulse wave transit time, which also allows conclusions to be drawn about the patient's physiological state that are relevant for the ventilation pressure.
&iacgr;&ogr; Gem. einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird insbesondere in Kombination mit den vorangehend beschriebenen Maßnahmen über die weitere Erfassungseinrichtung der CO- und/oder der C02-Gehalt des ausgeatmeten Atemgases erfaßt.According to a further preferred embodiment of the invention, in particular in combination with the measures described above, the CO and/or C02 content of the exhaled respiratory gas is detected via the further detection device.
Eine im Hinblick auf eine besonders zuverlässige Erfassung etwaiger Atemwegsobstruktionen vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß der Obstruktionsgrad im kehlkopfnahen Bereich erfaßt wird. Dies wird insbesondere durch im Halsbereich plazierte Ultraschallsensoren erreicht.An embodiment of the invention which is advantageous with regard to a particularly reliable detection of any airway obstructions is provided in that the degree of obstruction is detected in the region near the larynx. This is achieved in particular by ultrasound sensors placed in the neck region.
Alternativ zu der vorangehend genannten Erfassung des Blutdrucks über die Pulswellenlaufzeiten ist es auch möglich, den Blutdruck des Patienten unmittelbar durch entsprechende Meßeinrichtungen zu erfassen und bei der Abstimmung und Steuerung des Atemgasdruckes zu berücksichtigen.As an alternative to the previously mentioned measurement of blood pressure via pulse wave transit times, it is also possible to measure the patient's blood pressure directly using appropriate measuring devices and to take this into account when adjusting and controlling the respiratory gas pressure.
Die durch die beschriebenen Maßnahmen zusätzlich erfaßten Meßsignale werden gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch lernfähige Auswerteprozeduren ausgewertet und zur Abstimmung des Beatmungsdruckes herangezogen. Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, auf Grundlage der Vielzahl der aufgenommenen Meßdaten ein Kennfeld zu definieren, auf dessen Grundlage im Rahmen einer späteren Therapie der Beatmungsdruck ggf. unter verringertem Signalerfassungsaufwand individuell gesteuert wird.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the measurement signals additionally recorded by the measures described are evaluated by adaptive evaluation procedures and used to adjust the ventilation pressure. According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is possible to define a characteristic map based on the large number of recorded measurement data, on the basis of which the ventilation pressure is individually controlled in the context of a later therapy, if necessary with reduced signal acquisition effort.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous measures are the subject of the subclaims.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:Further details of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing. They show:
Fig. 1: ein Diagramm zur Erläuterung einzelner Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung zur Diagnose und/oder Therapie schlafbezogener Atmungsstörungen; Fig. 1: a diagram explaining individual components of the arrangement according to the invention for the diagnosis and/or therapy of sleep-related breathing disorders;
Fig. 2: eine vereinfachte räumliche Darstellung eines auf Grundlage der er- Fig. 2: a simplified spatial representation of a system based on the
faßten Meßwerte für den jeweiligen Patienten, hier für unterschiedliche Schlafstadien, generierten Kennfeldes.collected measured values for the respective patient, here for different sleep stages, generated characteristic map.
In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 ein CPAP-Gerät, das hier eine durch eine Gebläseeinrichtung gebildete Fördereinrichtung sowie Einrichtungen zur Erfassung des Atemgasstromes und des Atemgasdruckes umfaßt. Dieses CPAP-Gerät kann über eine, hier nicht näher gezeigte, vorzugsweise flexible Schlauchleitung an eine Atemmaske 2 angeschlossen werden. Die hier dargestellte Atemmaske ist mit einem integrierten Stirnauflageelement 3 versehen, welches mehrere Elektroden 4 aufweist, über welche hirnelektrische Potentiale im Stirnbereich des Patienten erfaßt werden können. Die derart erfaßten hirnelektrischen Potentiale können über eine vorzugsweise noch im Bereich der Atemmaske 2, bzw. des Stirnauflageelementes 3 vorgesehene Meßschaltung verstärkt oder ausgewertet oder vorverarbeitet werden.In Fig. 1, reference number 1 designates a CPAP device, which here comprises a conveying device formed by a blower device and devices for detecting the respiratory gas flow and the respiratory gas pressure. This CPAP device can be connected to a breathing mask 2 via a preferably flexible hose line (not shown in detail here). The breathing mask shown here is provided with an integrated forehead support element 3, which has several electrodes 4, via which brain electrical potentials in the forehead area of the patient can be detected. The brain electrical potentials detected in this way can be amplified or evaluated or pre-processed via a measuring circuit preferably provided in the area of the breathing mask 2 or the forehead support element 3.
Zusätzlich zu den durch das CPAP-Gerät über die Atemgassäule vorgenommenen Aufzeichnungen kann die Schlafposition des Patienten durch einen Schlafpositionssensor 5 erfaßt werden. Dieser Schlafpositionssensor kann über ein Klettverschlußband 6 im Brustbereich des Patienten angebracht werden und die Schlafposition des Patienten, beispielsweise durch ein Massenelement erfassen. Das Massenelement kann so ausgebildet sein, daß dieses infolge der Gravitation unterschiedliche Positionen gegenüber einem Gehäuseelement, welches Teil des Schlafpositionssensors 5 bildet, einnimmt.In addition to the recordings made by the CPAP device via the respiratory gas column, the sleeping position of the patient can be detected by a sleeping position sensor 5. This sleeping position sensor can be attached to the patient's chest area via a Velcro fastener 6 and can detect the patient's sleeping position, for example, using a mass element. The mass element can be designed in such a way that, due to gravity, it assumes different positions relative to a housing element which forms part of the sleeping position sensor 5.
Alternativ zu den über die Atemmaske, bzw. den Schlafpositionssensor 5 vorgenommenen Aufzeichnungen oder auch in Kombination hiermit kann eine Herzfrequenzmessung erfolgen, wie sie hier durch das Herzfrequenzdiagramm 7 angedeutet ist. Die Herzfrequenzmessung erfolgt vorzugsweise über EEG-Elektroden, die an entsprechend indikativen Stellen des Patienten angesetzt sind. Durch Laufzeitunterschiede der jeweiligen Herzsignale ist es möglich, detaillierte Rückschlüsse auf den physiologischen Zustand des Patienten, insbesondere auf den Blutdruck des Patienten vorzunehmen.As an alternative to the recordings made using the breathing mask or the sleep position sensor 5, or in combination with this, a heart rate measurement can be carried out, as indicated here by the heart rate diagram 7. The heart rate measurement is preferably carried out using EEG electrodes that are placed at correspondingly indicative locations on the patient. Due to differences in the transit times of the respective heart signals, it is possible to draw detailed conclusions about the patient's physiological state, in particular about the patient's blood pressure.
&iacgr;&ogr; Durch die ebenfalls vereinfacht angedeutete Schaltungsanordnung 8, die hier aus einer Schallquelle und einer Mikrofoneinrichtung besteht, ist es möglich, Rückschlüsse auf den momentanen Atemwegswiderstand vorzunehmen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt die Erfassung des Atemwegs Widerstandes auf Grundlage eines vom Obstruktionsgrad abhängigen Laufzeitunterschiedes, der in die Atemwege des Patienten eingekoppelten Schallsignale. So wird beispielsweise aufgrund der erheblichen Strömungsgeschwindigkeitszunahme des Atemgases im Bereich der obstruktionsgefährdeten Atemwegsabschnitte ein Doppier-Effekt hervorgerufen, aus welchem der verbleibende Querschnitt der Atemwege errechnet werden kann. Durch diese Meßanordnung ist es auch möglich, eine vollständige Obstruktion der Atemwege zuverlässig und rasch zu erkennen.Î The circuit arrangement 8, which is also shown in simplified form and consists of a sound source and a microphone device, makes it possible to draw conclusions about the current airway resistance. In the embodiment shown here, the airway resistance is recorded on the basis of a time difference, which depends on the degree of obstruction, of the sound signals coupled into the patient's airways. For example, due to the considerable increase in the flow rate of the respiratory gas in the area of the airway sections at risk of obstruction, a Doppler effect is caused, from which the remaining cross-section of the airways can be calculated. This measuring arrangement also makes it possible to reliably and quickly detect a complete obstruction of the airways.
Durch einen vorzugsweise im Puls- oder Wadenbereich des Patienten applizierten Blutdrucksensors 9 ist es möglich, den Blutdruck des Patienten zu erfassen und die entsprechenden Daten bei der Abstimmung eines patientenbezogenen Druck-Steuerungskennfeldes, bzw. bei der Abstimmung des Beatmungsdruckes zu berücksichtigen. By means of a blood pressure sensor 9, preferably applied in the pulse or calf area of the patient, it is possible to record the patient's blood pressure and to take the corresponding data into account when adjusting a patient-related pressure control map or when adjusting the ventilation pressure.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Atmungsaktivität des Patienten auch durch Detektion der Thoraxmotorik bestimmt werden. Hierzu kann die durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Meßanordnung herangezogen werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform besteht die Meßanordnung 10 zur Detektion der Thoraxbewegung aus mehreren Bandelementen, in welche Dehnungssensoren integriert sind, über welche die Weitung, bzw. Verengung der entsprechenden gebildeten SchlaufenabschnitteAccording to a particularly preferred embodiment of the invention, the patient's respiratory activity can also be determined by detecting the thorax motor function. The measuring arrangement identified by the reference number 10 can be used for this purpose. In the embodiment shown here, the measuring arrangement 10 for detecting the thorax movement consists of several band elements in which strain sensors are integrated, via which the widening or narrowing of the corresponding loop sections formed
erfaßt werden kann. Hierdurch wird es insbesondere möglich, Thorax- und Zwerchfellatmungen zu unterscheiden. Auch wird es möglich, rechnerisch den durch die Atmungsmotorik hervorgerufenen Atemgasstrom zu bestimmen. Hierdurch wird es wiederum möglich, im Zusammenspiel mit weiteren Meßwerten den erwarteten statischen Druckabfall innerhalb der Atemwege zu errechnen.can be recorded. This makes it possible in particular to distinguish between thoracic and diaphragmatic breathing. It is also possible to calculate the respiratory gas flow caused by the respiratory motor function. This in turn makes it possible, in conjunction with other measured values, to calculate the expected static pressure drop within the respiratory tract.
Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine Einrichtung zur Erfassung des Blutsauerstoffgehalts. Bei der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen ohrclipartigen Sensor mit einem ersten Schenkel 12 und einem zweitenThe reference number 11 designates a device for detecting the blood oxygen content. The embodiment shown here is an ear clip-like sensor with a first leg 12 and a second
&iacgr;&ogr; Schenkel 13, wobei am ersten Schenkel 12 eine Photodiode und am zweiten Schenkel 13 ein Photosensor angebracht ist. Der erste Schenkel 12 wird um eine bestimmte Wegstrecke - beispielsweise 20 mm - in den entsprechenden Hörkanal des Patienten eingeführt und durchleuchtet das dem Hörkanal benachbarte Gewebe. Über den Photosensor wird das Farbspektrum des das Gewebe durchdringenden Lichtes erfaßt. Anhand des erfaßten Farbspektrums können Rückschlüsse auf den Blutsauerstoffgehalt gezogen werden. Die entsprechenden Signale können bei der Abstimmung des Beatmungsdruckes berücksichtigt werden.‘ leg 13, with a photodiode attached to the first leg 12 and a photosensor attached to the second leg 13. The first leg 12 is inserted a certain distance - for example 20 mm - into the corresponding auditory canal of the patient and illuminates the tissue adjacent to the auditory canal. The color spectrum of the light penetrating the tissue is recorded via the photosensor. Conclusions can be drawn about the blood oxygen content based on the color spectrum recorded. The corresponding signals can be taken into account when adjusting the ventilation pressure.
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Einrichtung zur Erfassung des Obstruktionszustandes im Kehlkopfbereich, bzw. Halsbereich des Patienten. Bei der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein Bandelement, das mit mehreren Ultraschallsensoren versehen ist, über welche die Atemwege des Patienten in diesem Bereich erfaßt werden können.The reference number 14 designates a device for detecting the obstruction state in the larynx area or neck area of the patient. The embodiment shown here is a band element that is provided with several ultrasound sensors, via which the patient's airways in this area can be detected.
Auf Grundlage der zusätzlich zu Druck und Atemgasstrom erfaßten Meßwerte ist es möglich, ein patientenspezifisches Kennfeld zu generieren, auf dessen Grundlage eine individuelle Steuerung des Beatmungsdruckes erfolgen kann. Beispielsweise ist es möglich, im Rahmen des Aufenthalts des Patienten in einem Schlaflabor (vorzugsweise sämtliche) der angesprochenen zusätzlichen Meßeinrichtungen anzuwenden und auf Grundlage dieser Meßsignale ein hochauflösendes patientenspezifisches Kenndatenfeld zu ermitteln. Im Rahmen der späteren Therapienutzung eines CPAP-Gerätes ist es möglich, bei der Steuerung des Atemgasdrukkes nur noch die Druck- und Volumenstrommeßwerte oder eine Kombination dieser Meßwerte mit nur noch wenigen ausgewählten zusätzlichen Meßorganen vor-Based on the measured values recorded in addition to pressure and respiratory gas flow, it is possible to generate a patient-specific characteristic field on the basis of which the ventilation pressure can be individually controlled. For example, it is possible to use (preferably all) of the additional measuring devices mentioned during the patient's stay in a sleep laboratory and to determine a high-resolution patient-specific characteristic field on the basis of these measuring signals. During later therapeutic use of a CPAP device, it is possible to only use the pressure and volume flow measured values or a combination of these measured values with only a few selected additional measuring devices when controlling the respiratory gas pressure.
zunehmen. Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt im Rahmen des Therapiebetriebes eine Steuerung des Beatmungsdruckes auf Grundlage der CPAP-geräteseitig erfaßten und ausgewerteten Druck- und Volumenstrommeßwerte in Kombination mit EEG-Signalen, die über das Stirnauflageelement 3 abgegriffen werden, sowie einem Schlafpositionssensor und ggf. noch Einrichtungen zur Erfassung der Brustkorbbewegung.increase. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the ventilation pressure is controlled during therapy on the basis of the pressure and volume flow measurements recorded and evaluated by the CPAP device in combination with EEG signals which are picked up via the forehead support element 3, as well as a sleeping position sensor and, if necessary, devices for detecting chest movement.
Auf Grundlage der erfaßten Meßsignale ist es möglich, ein patientenspezifisches Kenndatenfeld zu bestimmen, wie es andeutungsweise in Fig. 2 dargestellt ist.Based on the acquired measurement signals, it is possible to determine a patient-specific characteristic data field, as shown in Fig. 2.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kennfeld ist der Zusammenhang zwischen dem Beatmungsdruck und dem Atemgasvolumenstrom in Zuordnung zu unterschiedlichen Schlafstadien I1 Il und III, und damit einhergehenden unterschiedlichen, kritischen Drücken (Pcrit) des Patienten dargestellt. Wie ersichtlich, ergeben sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Schlafstadium unterschiedliche Zusammenhänge zwischen Beatmungsdruck und Atemgasstrom. Der Schlafzustand des Patienten kann auf Grundlage der hirnelektrischen Aktivität des Patienten erfaßt werden. Diese himelektrische Aktivität des Patienten wird vorzugsweise über im Stirnbereich des Patienten applizierte EEG-Elektroden in Verbindung mit einer selbstlernenden, lernfähigen Auswerteprozedur bestimmt.The characteristic diagram shown in Fig. 2 shows the relationship between the ventilation pressure and the respiratory gas volume flow in relation to the different sleep stages I , II and III, and the associated different critical pressures (Pcrit) of the patient. As can be seen, there are different relationships between ventilation pressure and respiratory gas flow depending on the respective sleep stage. The patient's sleep state can be recorded on the basis of the patient's brain electrical activity. This brain electrical activity of the patient is preferably determined using EEG electrodes applied to the patient's forehead area in conjunction with a self-learning, adaptive evaluation procedure.
Auf Grundlage des in Fig. 2 dargestellten Kennfeldes wird es möglich, eine Optimierung des Beatmungsdruckes vorzunehmen, ohne daß hierbei das Schlafverhalten des Patienten in unvorteilhafter Weise beeinflußt wird.Based on the characteristic map shown in Fig. 2, it is possible to optimize the ventilation pressure without adversely affecting the patient's sleeping behavior.
So ist es möglich, für ausgewählte Atmungszyklen den Beatmungsdruck zu variieren, beispielsweise innerhalb der hier angedeuteten Druckintervalle X2, X3. Anhand des auf Grundlage dieser Druckexperimente ermittelten Zusammenhangs zwischen Atemgasstrom und Beatmungsdruck kann der momentan gültige kritische Beatmungsdruck errechnet werden. Vorzugsweise wird der momentan zulässige Mindestbeatmungsdruck entsprechend einem definierten Sicherheitsabstand hier Xi - über den kritischen Beatmungsdruck eingeregelt. Der Sicherheitsabstand beträgt vorzugsweise 40 - 66 % des Druckintervalls zwischen dem kritischen Beatmungsdruck (Pcrit) und dem hier als Pmax bezeichneten Beatmungsdruck, beiThis makes it possible to vary the ventilation pressure for selected breathing cycles, for example within the pressure intervals X 2 , X3 indicated here. The currently valid critical ventilation pressure can be calculated using the relationship between the respiratory gas flow and ventilation pressure determined on the basis of these pressure experiments. Preferably, the currently permissible minimum ventilation pressure is regulated according to a defined safety margin, here Xi - above the critical ventilation pressure. The safety margin is preferably 40 - 66 % of the pressure interval between the critical ventilation pressure (Pcrit) and the ventilation pressure referred to here as Pmax, at
welchem im momentanen physiologischen Zustand des Patienten eine vollständige pneumatischen Schienung der Atemwege gewährleistet ist.which ensures complete pneumatic splinting of the airways in the patient's current physiological state.
Das zur Durchführung der Druckexperimente vorgesehene Druckintervall (X2 + X3) liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 20 - 45 % der Druckdifferenz zwischen Pmax und Pcrit. Der durchschnittliche Druckpegel der Druckexperimente liegt vorzugsweise im Bereich von Pcrit + 0,6 - 1,2 · (Pmax - Pcrit).The pressure interval (X2 + X3) used to carry out the pressure experiments is preferably in the range of approximately 20 - 45% of the pressure difference between Pmax and Pcrit. The average pressure level of the pressure experiments is preferably in the range of Pcrit + 0.6 - 1.2 · (Pmax - Pcrit).
In Abhängigkeit vom momentan ermittelten Schlafzustand kann sowohl die Breite des Intervalls der Druckexperimente, als auch der mittlere Druck der Druckexperimente definiert verändert werden. Vorzugsweise wird der mittlere Druck der Druckexperimente in dem Bereich der stärksten Krümmung der Pcrit/V.-Funktion verlagert.Depending on the currently determined sleep state, both the width of the interval of the pressure experiments and the mean pressure of the pressure experiments can be changed in a defined manner. Preferably, the mean pressure of the pressure experiments is shifted in the area of the strongest curvature of the Pcrit/V. function.
Alternativ zu der Berücksichtigung der Schlafstadien des Patienten oder auch in Kombination hiermit ist es möglich, Zusammenhänge zwischen dem Beatmungsdruck und dem Atemgasvoiumenstrom in Abhängigkeit von der Schlafposition des Patienten im Rahmen eines Datensatzes, insbesondere eines homogenen Kennfeldes, festzulegen. Auch ist es möglich, insbesondere die Relativposition von Kopf zu Torso, d.h. die Halsverdrehung zu berücksichtigen und für unterschiedliche Halsverdrehungsgrade entsprechende Zusammenhänge zwischen Beatmungsdruck und Atemgasstrom, bzw. definierte Beatmungsmindestdrücke festzulegen. As an alternative to taking the patient's sleep stages into account, or in combination with this, it is possible to define relationships between the ventilation pressure and the respiratory gas volume flow depending on the patient's sleeping position within a data set, in particular a homogeneous characteristic field. It is also possible to take into account the relative position of the head to the torso, i.e. the twisting of the neck, and to define corresponding relationships between ventilation pressure and respiratory gas flow, or defined minimum ventilation pressures, for different degrees of twisting of the neck.
Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird insbesondere in Abhängigkeit vom Halsverdrehungsgrad bei Bi-Ievel-Drucksteuerung sowohl der Inspirationsdruck als auch der Expirationsdruck in Abhängigkeit vom Halsverdrehungsgrad festgelegt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, both the inspiration pressure and the expiration pressure are determined as a function of the degree of neck twisting in bi-level pressure control.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines praktischen Anwendungsbeispieles beschrieben. Ein Patient, bei welchem Verdacht auf OSA besteht, begibt sich zur eingehenden Diagnose in ein Schlaflabor. Im Rahmen des Aufenthaltes im Schlaflabor werden die folgenden Erfassungseinrichtungen an dem Patienten appliziert: eine Atemmaske 2 mit integrierten EEG-Elektroden sowie integriertemThe invention is described below using a practical application example. A patient suspected of having OSA goes to a sleep laboratory for a thorough diagnosis. During the stay in the sleep laboratory, the following recording devices are applied to the patient: a breathing mask 2 with integrated EEG electrodes and integrated
Kopfpositionssensor, ein Schlafpositionssensor zur Erfassung der Schlafposition des Patiententorsos, mehrere Elektroden zur Erfassung der Herzfrequenz sowie der Pulswellenlaufzeiten, eine Meßanordnung zur Erfassung des Atemwegswiderstandes der oberen Atemwege, die hier durch eine in die Atemmaske 2 integrierte Piezoschallquelle und ein auf dem Brustkorb des Patienten appliziertes Piezomikrofon gebildet ist, eine Einrichtung zur Erfassung des Blutdruckes, beispielsweise in Form einer Handgelenkbandage, Einrichtungen zur Erfassung der Thoraxbewegung, Einrichtungen zur Erfassung des Blutsauerstoffgehaltes, hier in Form eines Ohrclips und eine Einrichtung zur Erfassung etwaiger Obstruktionen im Kehlkopf- bzw. Halsbereich.Head position sensor, a sleep position sensor for detecting the sleeping position of the patient's torso, several electrodes for detecting the heart rate and the pulse wave transit times, a measuring arrangement for detecting the airway resistance of the upper airways, which here is formed by a piezo sound source integrated into the breathing mask 2 and a piezo microphone applied to the patient's chest, a device for detecting blood pressure, for example in the form of a wrist bandage, devices for detecting thorax movement, devices for detecting the blood oxygen content, here in the form of an ear clip and a device for detecting any obstructions in the larynx or neck area.
Die Atemmaske wird über eine flexible Schlauchleitung an eine, in einem CPAP-Gerät vorgesehene, Fördereinrichtung angeschlossen. Seitens des CPAP-Gerätes erfolgt zudem eine Erfassung des Atemgasstromes V. sowie des Beatmungsdrukkes, ggf. über einen Druckmeßschlauch zur Erfassung des Beatmungsdruckes unmittelbar im Bereich der Maske sowie eine Impedanzmessung zur Erfassung etwaiger Obstruktionen auf Grundlage oszilloresistrischer Messungen.The breathing mask is connected to a delivery device provided in a CPAP device via a flexible hose. The CPAP device also records the respiratory gas flow V and the ventilation pressure, if necessary via a pressure measuring hose to record the ventilation pressure directly in the area of the mask, and an impedance measurement to detect any obstructions based on oscillator-resistive measurements.
Über die einzelnen Meßeinrichtungen werden über die gesamte Schlafphase des Patienten hinweg Meßsignale erzeugt, die in ggf. komprimierter Form aufgezeichnet werden. Zumindest ein Teil der hierbei erfaßten Meßwerte kann unmittelbar zur Anpassung des Beatmungsdruckes herangezogen werden, so daß die Untersuchung unter vergleichsweise geringen Beatmungsdrücken erfolgt, die im Falle des Auftretens etwaiger Obstruktionen entsprechend korrigiert werden.The individual measuring devices generate measurement signals throughout the patient's entire sleep phase, which are recorded in compressed form if necessary. At least some of the measured values recorded can be used directly to adjust the ventilation pressure, so that the examination is carried out under comparatively low ventilation pressures, which are corrected accordingly if any obstructions occur.
Nach Abschluß der Überwachungsphase des Patienten wird auf Grundlage der gesammelten Meßwerte ein patientenspezifischer Datensatz erzeugt, der beispielsweise auf einen tragbaren Datenträger aufgezeichnet werden kann. Auf Grundlage dieses Datensatzes erfolgt eine auf den Patienten abgestimmte Anpassung der Drucksteuerungscharakteristik des CPAP-Gerätes.After the patient monitoring phase has been completed, a patient-specific data set is generated based on the collected measurements, which can be recorded on a portable data storage device, for example. The pressure control characteristics of the CPAP device are adjusted to suit the patient on the basis of this data set.
Kann anhand des patientenspezifischen Kennfeldes festgestellt werden, daß ein erheblicher Zusammenhang zwischen dem erforderlichen Beatmungsdruck und der Schlafposition des Patienten und/oder auch der hirnelektrischen Aktivität desIf it can be determined from the patient-specific characteristic field that there is a significant correlation between the required ventilation pressure and the sleeping position of the patient and/or the brain electrical activity of the
Patienten besteht, so kann auch im Rahmen des Therapiebetriebes des CPAP-Gerätes eine Steuerung des Beatmungsdruckes unter Berücksichtigung entsprechender Meßsignale erfolgen.Patients, the ventilation pressure can also be controlled during therapy operation of the CPAP device, taking into account corresponding measurement signals.
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