DE69936767T2

DE69936767T2 - Patientenmonitor

Info

Publication number: DE69936767T2
Application number: DE69936767T
Authority: DE
Inventors: Eric W. Allison Park STARR; Michael T. Delmont KANE; Eugene N. Trafford SCARBERRY
Original assignee: Respironics Inc
Current assignee: Respironics Inc
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: WO1999043388A1; US6017315A; CA2321253A1; CA2321253C; AU3306799A; JP3641431B2; EP1058570A1; JP2002504408A; ES2289815T3; EP1058570B1; AU757615B2; DE69936767D1; EP1058570A4; US6342040B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Patientenüberwachungsapparat, mit dem man ein physiologisches Merkmal des Patienten überwachen und/oder quantitativ messen kann. Sie betrifft insbesondere einen Apparat zum Überwachen und/oder quantitativen Messen eines physiologischen Merkmals, das zumindest teilweise auf einem Druckdifferenzial zwischen einem Druck in einem Nutzerzwischenstück und einem Druck der umgebenden Atmosphäre außerhalb des Nutzerzwischenstücks beruht.
Beschreibung des Stands der Technik
Es gibt zahlreiche Situationen, in denen es erforderlich oder erwünscht ist, ein physiologisches Merkmal eines Patienten zu messen, beispielsweise Merkmale im Zusammenhang mit der Atmung. Zu den Merkmalen im Zusammenhang mit der Atmung gehören die Atemströmung des Patienten, die Einatmungsperiode, die Ausatmungsperiode, das Atemzugvolumen, das Einatmungsvolumen, das Ausatmungsvolumen, das Minutenvolumen, die Atemfrequenz, die Beatmungsperiode und das Einatmungs/Ausatmungs-Verhältnis (I zu E). in zahlreichen Situationen ist es auch wichtig, weitere Merkmale im Zusammenhang mit der Atmung zu erfassen, beispielsweise das Erfassen des Anfangs, des Endes und der Dauer der Einatmungsphase und der Ausatmungsphase eines Patienten, und auch zu erfassen, ob der Patient schnarcht. Wird beispielsweise eine Schlafstudie zum Diagnostizieren von Schlafstörungen durchgeführt oder werden andere Lungenüberwachungsfunktionen vorgenommen, wird üblicherweise die Atemfrequenz und/oder die Luftströmung zum und vom Patienten gemessen. Das Unterscheiden von Einatmung und Ausatmung ist beispielsweise zum Auslösen einer Druckunterstützungsvorrichtung nützlich, die einem Patienten Atemgas liefert.
Man kennt für diese Zwecke mehrere Vorgehensweisen zum Überwachen der Atmung von Patienten. Zu einer ersten herkömmlichen Vorgehensweise gehört das Anordnen eines temperaturabhängigen Widerstands oder eines Thermoelements in oder nahe an den Luftwegen des Patienten, damit der Atem des Patienten über die Temperaturerfassungsvorrichtung streicht. Das in den Patienten eintretende Atemgas hat eine Temperatur, die generell geringer ist als die Temperatur des ausgeatmeten Gases. Der temperaturabhängige Widerstand erfasst diese Temperaturdifferenz und gibt ein Signal aus, das man zum Unterscheiden zwischen Einatmung und Ausatmung verwenden kann.
Ein Hauptnachteil des Luftströmungs-Erfassungsverfahrens mit einem temperaturabhängigen Widerstand oder einem Thermoelement besteht darin, dass diese Vorrichtungen die Strömung und/oder das Volumen des Atemgases nicht quantitativ messen können, das dem Patienten geliefert und/oder von ihm ausgeatmet wird, da das Signal vom Sensor ein Maß für die Lufttemperatur darstellt, jedoch nicht für die Luftströmung oder den Luftdruck. In aller Regel setzt man einen Luftströmungssensor mit einem temperaturabhängigen Widerstand nur dazu ein, zwischen Einatmung und Ausatmung zu unterscheiden. Sensoren, die Feuchtigkeit erfassen, weisen ähnliche Anwendungsgebiete und ähnliche Nachteile auf.
Eine zweite herkömmliche Vorgehensweise zum Messen der Luftströmung von und zu einem Patienten ist in 1 dargestellt und umfasst das Anbringen eines Pneumotachsensors 30 in einem Atmungskreis 31 zwischen einer Atemgasversorgung, beispielsweise einem Beatmungsgerät oder einer Druckeinspeisevorrichtung, und den Luftwegen des Patienten. In einem herkömmlichen Pneumotach wird die gesamte Strömung von Atemgas Q_IN von einer Druckquelle 34 an einen Patienten 32 geliefert. Umgekehrt durchläuft sämtliches vom Patienten 32 abgegebene Gas den Pneumotach 30, so dass bei Betrieb eine Gasströmung in zwei Richtungen durch den Pneumotach 30 erfolgt.
In der einfachsten Form, die in 1 dargestellt ist, enthält der Pneumotach 30 ein Strömungselement 36, in dem eine Öffnung 38 mit einer bekannten Größe bestimmt ist. Das Strömungselement 36 stellt einen bekannten Widerstand R für die Strömung durch den Pneumotach dar, so dass am Strömungselement 36 ein Druckdifferenzial ΔP auftritt. Insbesondere bewirkt das Strömungselement 36, dass sich ein erster Druck P1 auf einer ersten Seite des Strömungselements von einem zweiten Druck P2 auf einer zweiten Seite des Strömungselements gegenüber der ersten Seite unterscheidet. Ob P1 größer als P2 ist oder umgekehrt hängt von der Richtung der Strömung durch den Pneumotach ab.
In einer ersten Bauart eines herkömmlichen Pneumotachs strömt ein Hauptteil Q₁ der Gesamtströmung Q_IN des an den Pneumotach 30 gelieferten Gases durch die Öffnung 38. Das durch das Strömungselement 36 erzeugte Druckdifferenzial ΔP bewirkt, dass ein geringerer Anteil Q₂ des an den Pneumotach 30 gelieferten Gases in einen Umgehungskanal 40 umgeleitet wird, der über dem Strömungselement 36 mit dem Atmungskreis 31 verbunden ist. Ein Luftströmungssensor 42 im Umgehungskanal 40 misst die Gasströmung durch den Kanal. Da man die Fläche der Öffnung 38 und die Fläche des Umgehungskanals 40 kennt und diese Größen relativ zueinander festliegen, stellt die durch den Umgehungskanal 40 fließende Gasmenge Q₂ einen bekannten Bruchteil der gesamten Gasströmung Q_IN dar, die an den Pneumotach 30 geliefert wird. Der Luftströmungssensor 42 misst quantitativ die Gasmenge Q₂, die den Umgehungskanal 40 durchläuft. Kennt man diese Größe, so kann man die Gesamtströmung Q_IN des Gases bestimmen, das den Pneumotach 30 durchläuft.
In einer zweiten Bauart eines herkömmlichen Pneumotachs ist im Umgehungskanal 40 ein Drucksensor anstelle des Luftströmungssensors bereitgestellt. Der Drucksensor wird nicht von Gas durchströmt. Statt dessen ist jede Seite einer Membran im Drucksensor mit den entsprechenden Drücken P1 und P2 zu beiden Seiten des Strömungselements 36 verbunden. Der Drucksensor misst das Druckdifferenzial ΔP am Strömungselement 36. Für eine Strömung in einer Richtung, die in 1 dargestellt ist, ist beispielsweise das Druckdifferenzial ΔP über dem Strömungselement 36 P1–P2. Kennt man das Druckdifferenzial ΔP, so kann man die Strömungsrate Q_IN des Gases, das den Pneumotach 30 durchläuft, mit Hilfe der Gleichung ΔP = RQ² ermitteln, wobei R der bekannte Widerstand des Strömungselements 36 ist.
Ein weiterer herkömmlicher Pneumotach 44 ist in 2 dargestellt. Der Pneumotach 44 ist gegenüber dem Pneumotach 30 in 1 dadurch verbessert, dass man ein erstes lineares Strömungselement 46 anstelle des Strömungselements 36 bereitstellt. Das erste lineare Strömungselement 46 arbeitet wie das Strömungselement 36 und erzeugt ein Druckdifferenzial in dem Atemkreis 31. Das Strömungselement 46 weist jedoch eine Anzahl honigwabenförmiger Kanäle auf, die sich in der Richtung des Gasflusses erstrecken, damit die Gasströmung durch den Pneumotach linearisiert wird. Das vorige Strömungselement 36 in 1 kann stromabwärtige Turbulenzen erzeugen, die die Gasströmung durch den Umgehungskanal stören oder Schwankungen im stromabwärtigen Druck erzeugen. Dadurch wird das Luftströmungs- oder Druckdifferenzialsignal verschlechtert, das der Sensor 42 ausgibt. Das Strömungselement 46 löst dieses Problem, indem es eine Anzahl honigwabenförmiger Kanäle bereitstellt, deren Längsachse parallel zur Achse des Atemkreises verläuft. Die honigwabenförmigen Kanäle stellen sicher, dass die Strömung über die stromabwärtige Öffnung des Umgehungskanals linear ist, d. h. nicht turbulent.
Um sicherzustellen, dass die Gasströmung über die Öffnung im Umgehungskanal 40 stromaufwärts des Strömungselements 46 ebenfalls linear ist, d. h. nicht turbulent, sind weitere lineare Strömungselemente 48 und 50 in dem Atemkreis bereitgestellt. Die Strömungselemente 48 und 50 haben die gleiche Honigwabenanordnung wie das Strömungselement 46. Da Gas in beiden Richtungen durch den Pneumotach 44 fließen kann, sind die Strömungselemente 48 und 50 jeweils zu beiden Seiten des Strömungselements 46 angeordnet, so dass sich jede Eintrittsöffnung für den Umgehungskanal 40 stromabwärts eines dieser zusätzlichen Strömungselemente befindet, und zwar unabhängig von der Strömungsrichtung durch den Pneumotach.
Obgleich ein Pneumotach gegenüber einem temperaturabhängigen Widerstand insoweit eine Verbesserung darstellt, als er quantitativ die Strömung und/oder das Volumen des ihn durchlaufenden Gases misst, weist er auch beträchtliche Nachteile auf. Ein Pneumotach ist beispielsweise relativ kompliziert und daher schwierig und teuer herzustellen. Er ist auch ziemlich groß und schwierig zu reinigen. Aufgrund seiner Größe, die durch die Notwendigkeit bestimmt wird, das Druckdifferenzial oder die Strömung über dem Strömungselement im Atemkreis zu messen, erzeugt er eine relativ große Menge Totraum im Atemkreis des Patienten. Dies ist dem Ziel, das Wiedereinatmen von CO₂ so gering wie möglich zu halten, nicht förderlich. Aufgrund seines komplizierten Aufbaus kann ein Pneumotach Lecks aufweisen, und seine Betriebsleistungen können durch Hitze und Feuchtigkeitsbildung leiden.
Ein dritter Typ eines herkömmlichen Luftströmungs-Messgeräts, das in 3 dargestellt ist, ist ein Nasenkanülen-Luftströmungs-Messgerät 52. Das Nasenkanülen-Luftströmungs-Messgerät 52 gleicht einer Nasensauerstoffkanüle, da es zwei Anschlüsse 54 und 56 enthält, die in die Nasenlöcher 58 und 60 des Nutzers eingeführt werden. Ein hohles Rohrstück 62 befördert einen Bruchteil der Gesamtmenge an Atemgas zu einem Sensor, beispielsweise einem Luftströmungs- oder Drucksensor. Kennt man die Gesamtfläche der Nasenlöcher des Nutzers bezogen auf die Gesamtfläche der Anschlüsse 54 und 56, so kann das Nasenkanülen-Luftströmungs-Messgerät eine quantitative Messung des Patientenluftstroms liefern.
Da sich die Gesamtfläche der Nasenlöcher eines Nutzers von Person zu Person ändern kann, kann ein normal bemessenes Nasenkanülen-Luftströmungs-Messgerät nicht für alle Nutzer ein exakte quantitative Messung des Luftstroms liefern. Weisen zwei Personen unterschiedlich große Nasenöffnungen auf, so kann man den Bruchteil der ausgeatmeten Luft, der in die Anschlüsse der Nasenkanüle gelangt, nicht für beide Nutzer kennen. Beispielsweise kann ein erster Nutzer 30 Prozent des ausgeatmeten Gases an die Anschlüsse der Nasenkanüle liefern, ein zweiter Nutzer dagegen nur 10 Prozent des ausgeatmeten Gases an die gleich große Nasenkanüle. Diese Schwankung im Anteil des Gases, das an die gleich große Kanüle geliefert wird, rührt von der Schwankung der Gesamtquerschnittsfläche der Nasenlöcher der beiden Anwender her. Bei einer gleich großen Kanüle liefert ein Nutzer mit größeren Nasenlöchern einen geringeren Anteil des gesamten ausgeatmeten Gases an die Anschlüsse der Nasenkanüle als ein Nutzer mit kleineren Nasenlöchern. Damit kann man mit einer herkömmlichen Nasenkanüle die Luftströmung für mehrere Nutzer mit unterschiedlich großen Nasenlöchern nicht exakt messen.
Zusätzlich zum Erfassen und Messen von Größen im Zusammenhang mit der Rate oder dem Volumen der Luft, die an einen Patienten geliefert wird, treten auch zahlreiche Fälle auf, in denen es wichtig ist, andere Merkmale im Zusammenhang mit der Atmung zu erfassen, beispielsweise das Schnarchen. Man kann das Einsetzen des Schnarchens und/oder die Intensität des Schnarchens beispielsweise als Auslöser verwenden, der eine Überdrucktherapie in Gang setzt, oder zum Steuern einer Überdrucktherapie, die dem Patienten verabreicht wird. Zudem kann man die Anwesenheit, Intensität und/oder Dauer des Schnarchens als Diagnosemittel einsetzen, um festzustellen, ob der Patient an einer Schlaf- und/oder Atmungsstörung leidet.
Es ist bekannt, ein Mikrofon oder einen Drucksensor, das oder der außen am Hals des Patienten befestigt ist, zum Erfassen von Geräuschen oder Rachenschwingungen zu verwenden, die durch das Schnarchen erzeugt werden. In zahlreichen Situationen sind diese Sensoren als individuelle Einheit am Nutzer befestigt und nicht mit anderen Strukturen verbunden, die der Patient trägt. Dies kann zu einer unkorrekten oder unwirksamen Plazierung derartiger Sensoren führen. Zudem sind herkömmliche Schnarcherfassungsvorrichtungen ziemlich empfindlich für Rauschen. Beispielsweise können Mikrofone äußere Geräusche aufnehmen, die nicht vom Patienten erzeugt werden, beispielsweise das Schnarchen einer Person oder eines Tiers in der Nähe des Patienten, und/oder Geräusche, die nicht durch Schnarchen zustande kommen, etwa Husten. Drucksensoren können nachteilig von Körperbewegungen beeinflusst werden, beispielsweise den normalen Bewegungen, die während der Nacht auftreten, und/oder Rachenschwingungen durch Husten.
Ein Dokument, das die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart, ist US-5,063,938 .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Patientenüberwachungsvorrichtung bereitzustellen, die ein physiologisches Merkmal des Patienten überwacht und/oder quantitativ misst, und insbesondere ein Merkmal im Zusammenhang mit der Atmung, wobei die Nachteile herkömmlicher Luftströmungs- oder Volumenmessgeräte und Schnarchdetektoren nicht auftreten. Diese Aufgabe wird durch das Bereitstellen eines Nutzerzwischenstücks erfüllt, das einen Innenbereich aufweist, der mit einem Luftweg eines Nutzers verbunden ist, so dass im Wesentlichen das gesamte Gas, das der Nutzer ein- und ausatmet, in den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks eintritt. Mindestens ein Belüftungs element ist dem Nutzerzwischenstück zugeordnet und verbindet den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks mit der umgebenden Atmosphäre außerhalb des Nutzerzwischenstücks. Das Belüftungselement und das Nutzerzwischenstück bestimmen ein Strömungselement, über dem während der Einatmung und der Ausatmung ein Druckdifferenzial erzeugt wird. Dieses Druckdifferenzial ist ein Druckunterschied zwischen einem ersten Druck innerhalb des Innenbereichs des Nutzerzwischenstücks und dem Druck der umgebenden Atmosphäre außerhalb des Nutzerzwischenstücks. Ein mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks gekoppelter Sensor misst eine Fließeigenschaft, die vom Druckdifferenzial verursacht wird, und gibt ein Signal aus, das diese Fließeigenschaft beschreibt. Dieses Signal kann man dazu verwenden, die physiologischen Merkmale des Patienten zu überwachen und/oder zu messen. Das von dem Sensor ausgegebene Signal entspricht einen Merkmal, das der Atmung zugeordnet ist. Eine Prozesseinheit empfängt dieses Signal und ermittelt daraus einen quantitativen Wert für das Merkmal, das der Atmung zugeordnet ist.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ein Patientenüberwachungsapparat bereitgestellt, umfassend
ein Nutzerzwischenstück mit einem Innenbereich, eingerichtet für eine Verbindung mit dem Luftweg des Nutzers, so dass von diesem im Wesentlichen alles Gas in- und exhaliert wird über diesen Luftweg, der in den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks mündet, wobei das Nutzerzwischenstück eine Maske ist, welche mindestens Nase und/oder Mund des Nutzers überdeckt, oder eine Nasenkanüle mit mindestens einer Abzweigung, die in den Rachen des Nutzers führt;
eine Atemgasversorgung, die mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks verbunden ist und die Atemgas in den Innenbereich des Nutzerstücks bereitstellt;
mindestens ein Ventilelement, ausgebildet in einer Wand des Nutzerzwischenstücks und verbunden mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks, wobei außerhalb des Nutzerzwischenstücks Umgebungsluft vorliegt, und wobei mindestens das eine Ventilelement und/oder Nutzerzwischenstück ein Fließelement enthalten, über das bei der Inhalierung und Exhalierung ein Druckdifferenzial auftritt, wobei das Druckdifferenzial ein Druckunterschied ist zwischen einem ersten Druck im Innenbereich des Nutzerzwischenstücks und dem Druck der Umgebungsluft außerhalb des Nutzerzwischenstücks;
einen Sensor, der mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks verbunden ist, wobei der Sensor eine Fließeigenschaft bestimmt, welche sich aus dem Druckdifferenzial ergibt, und der ein erstes Signals ausgibt, welches die Fließeigenschaft anzeigt; sowie
eine Prozesseinheit, die das erste Signal empfängt und die einen quantitativen Wert von einer physiologischen Eigenschaft des Nutzers auf Basis des ersten Signals bestimmt.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung sowie die Arbeitsweisen und Funktionen der zugehörigen Strukturelemente und die Kombination von Teilen und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung gehen deutlicher hervor aus der Betrachtung der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, die alle einen Teil dieses Patents bilden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen Abbildungen. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur dem Zweck der Erläuterung und Beschreibung dienen und damit keine Definition der Grenzen der Erfindung beabsichtigt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1–2 Skizzen von herkömmlichen Pneumotach-Luftströmungs-Messgeräten;
3 eine Skizze eines herkömmlichen Nasenkanülen-Messgeräts;
4A und 4B Skizzen einer ersten Ausführungsform eines ersten Teils eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung;
5 eine Schaltskizze eines zweiten Teils des in 4 dargestellten Zwischenstück-Messgeräts;
6, 7 und 8 Kurven mit dem Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal eines Sensors, der mit einer Zwischenstückvorrichtung gekoppelt ist, und der tatsächlichen Strömung durch das Zwischenstück;
9 einen ausführlicheren Schaltplan des in 5 dargestellten Zwischenstück-Messgeräts;
10A und 10B Kurvenverläufe, die die Strömung und das Volumen der Patientenatmung darstellen, und zwar gemessen mit dem Zwischenstück-Messgerät gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
11A einen Kurvenverlauf des unkalibrierten Strömungssignals, das der Sensorteil des Zwischenstück-Messgeräts bei einem schnarchenden Nutzer ausgibt, und 11B einen Kurvenverlauf des kalibrierten (tatsächlichen) Strömungssignals, das das Zwischenstück-Messgerät (nur Einatmung) bei vorhandenem Schnarchen ausgibt;
12A und 12B einen Kurvenverlauf, der ein Strömungssignal darstellt, das das Zwischenstück-Messgerät der Erfindung bei vorhandenem Schnarchen erzeugt, und das demonstriert, wie die Erfindung dazu verwendet wird, das Schnarchen des Patienten zu untersuchen;
13 und 13A–13E eine Skizze einer Schaltung, die zur Analyse eines Patien tenschnarchens gemäß den Prinzipien der Erfindung verwendet wird;
14 verschiedene Anordnungen eines Zwischenstück-Messgeräts;
15 ein zweites Zwischenstück-Messgerät;
16 eine Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung;
17 eine zweite Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung;
18 eine dritte Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung; und
19 eine vierte Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In 4A und 4B ist eine erste Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts 70 gemäß den Prinzipien der Erfindung skizziert. Das Messgerät 70 enthält ein Nutzerzwischenstück 72, das in dieser Ausführungsform eine Maske ist, die über der Nase und/oder dem Mund des Patienten (nicht dargestellt) getragen wird. Man beachte, dass die Begriffe "Nutzer" und "Patient" in diesem Schriftstück synonym verwendet werden. Eine Wand 73 des Nutzerzwischenstücks 72 bestimmt einen Innenbereich 74, der die Nase und/oder dem Mund des Patienten aufnimmt, wenn der Nutzer die Maske trägt. Atmet der Nutzer in das Nutzerzwischenstück, so wird Gas zwischen dem Nutzer und dem Innenbereich 74 der Nutzerzwischenstücks 72 übertragen. In der Wand 73 des Nutzerzwischenstücks 72 sind zahlreiche Löcher 76 vorhanden, die ausgeatmetes Gas aus dem Innenbereich 74 in die umgebende Atmosphäre außerhalb des Nutzerzwischenstücks 72 entlassen. Siehe hierzu 4A. Im Gegensatz dazu tritt vom Nutzer eingeatmetes Gas über die Löcher 76 in den Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 ein, bevor es der Nutzer einatmet. Siehe hierzu 4B.
Ein Sensor 78 ist mit einem Loch 80 in dem Nutzerzwischenstück verbunden und dient dem Messen einer Fließeigenschaft, beispielsweise einer Strömungsrate oder eines Druckdifferenzials, die der Gasübertragung zwischen dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 und der umgebenden Atmosphäre zugeordnet ist. In der in 4A und 4B dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 78 derart mit dem Nutzerzwischenstück 72 verbunden dargestellt, dass ein Teil des Gases, das in den Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 eintritt oder aus diesem austritt, den Sensor durchläuft. Die Größe und Form des Sensors 78, des Lochs 80 und eines Rohrstücks 82, das den Sensor 78 mit dem Loch 80 verbindet, sind so gewählt, dass der Strömungswiderstand zwischen dem Innenbereich 74 und dem Bereich außerhalb der Maske, der durch den Sensor 78, das Loch 80 und das Rohrstück 82 verursacht wird, so gering wie möglich ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 78 ein Luftströmungs-Messgerät, das die Strömungsrate des Gases misst, das das Messgerät durchläuft.
Die in dem Nutzerzwischenstück 72 bereitgestellten Löcher 76 arbeiten im Wesentlichen wie das Strömungselement in einem herkömmlichen Pneumotach. Die Löcher 76 erzeugen einen geringen Widerstand für die Strömung des Gases in den oder aus dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72, so dass während der Einatmung und Ausatmung ein Druckdifferenzial zwischen dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 und dem umgebenden Druck außerhalb der Maske erzeugt wird. Dieses Druckdifferenzial bewirkt, dass Gas durch den Kreis strömt, der durch das Rohrstück 82 und den Sensor 78 bestimmt wird, so dass man die Strömungsrate des Gases durch den Sensor 78 mit dem Sensor 78 qualitativ messen kann.
Für ein inkompressibles Fluid oder Gas muss die Strömung von Fluid in ein Gebiet gleich der Strömung des Fluids aus dem Gebiet sein (Q_IN = Q_OUT). Man beachte, dass in diesem Schriftstück die Begriffe "Fluid" und "Gas" als gleichbedeutend verwendet werden. Wendet man dieses Prinzip auf das Zwischenstück 72 an, so erhält man, dass die Fluidströmung Q_{TOT IN} vom Nutzer in den Innenbereich 74 während der Ausatmung gleich der Fluidströmung Q₁, Q₂, ... Qn von der Maske zu den Löchern 76 hinaus sein muss. Dabei ist angenommen, dass keine unberücksichtigten Leckagen in der Maske oder an der Grenze zwischen Maske und Nutzer auftreten. Siehe hierzu 4A. In ähnlicher Weise muss die Strömung zum Anwender während der Einatmung Q_{TOT OUT} gleich der Strömung in die Maske durch die Löcher Q₁, Q₂, ... Qn sein. Dabei ist wieder vorausgesetzt, dass keine unbeabsichtigten Leckagen in der Maske oder an der Grenze zwischen Maske und Nutzer auftreten. Siehe hierzu 4B. Somit gilt Q_TOT = Q₁ + Q₂ + ... Qn.
In der Ausführungsform ist das Maskenzwischenstück so beschrieben, dass es eine Anzahl Löcher aufweist, die direkt in der Wand des Zwischenstücks bestimmt sind. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese besondere Anordnung für das Verbinden des Zwischenstück-Innenbereichs mit der umgebenden Atmosphäre eingeschränkt. In der Erfindung werden ganz im Gegenteil alle beliebigen Belüftungsstrukturen für den Gebrauch in Betracht gezogen, die den Zwischenstück-Innenbereich mit der umgebenden Atmosphäre verbinden, wenn sie ein ausreichendes nutzbares Druckdifferenzial erzeugen. Eine Belüftung kann man beispielsweise in einer Maske ohne Austrittslöcher erzie len, indem man ein Anpassrohr an der Einlass/Auslassöffnung in der Maske anbringt. In dem Anpassrohr kann man Löcher vorsehen, die den Innenbereich des Anpassrohrs und damit den Innenbereich der Maske mit der umgebenden Atmosphäre verbinden. Die Kombination aus Maske und Anpassrohr ist dem in 4A und 4B dargestellten Nutzerzwischenstück 72 gleichwertig. Man beachte auch, dass die Belüftungsstrukturen nicht direkt in der Maske bereitgestellt werden müssen. Zudem kann der Belüftungsmechanismus, beispielsweise Löcher 16, jede beliebige Form, Muster oder Anzahl an Löchern aufweisen, solange sie den Zweck erfüllen, für den sie gedacht sind, nämlich das Innere des Nutzerzwischenstücks mit der umgebenden Atmosphäre zu verbinden und dabei ein Druckdifferenzial zu erzeugen, das ausreicht, eine Fließeigenschaft zu liefern, die man mit dem Sensor 78 messen kann. Zudem braucht der Belüftungsmechanismus nicht durch Löcher mit festem Durchmesser definiert zu sein. Der Durchmesser oder Öffnungsgrad der Belüftungsstruktur kann sich auch ändern.
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt die Fläche des Lochs 80 relativ zur Gesamtfläche der verbleibenden Löcher 76 in dem Nutzerzwischenstück 72 fest, so dass die Gasströmung Q₅ aus der Maske durch den Sensor 78 einen bekannten Bruchteil der Gesamtströmung des Gases aus dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 während der Ausatmung darstellt. Umgekehrt ist die Gasströmung Q₅ in die Maske durch den Sensor 78 ein bekannter Bruchteil der Gesamtströmung des Gases in den Innenbereich 74 während der Einatmung. Der Sensor 78 misst die ihn durchlaufende Gasströmung Q₅ in jeder Richtung und gibt ein Signal 84 aus, das diese Strömung beschreibt und die Richtung der Strömung durch den Sensor. Die Strömungsrate durch den Sensor ist ein Merkmal des Gases, das das Maskenzwischenstück durchströmt und beruht wie beschrieben auf dem Druckdifferenzial, das durch das Strömungselement erzeugt wird, das in dieser Ausführungsform dadurch bestimmt ist, dass direkt in der Maske Löcher vorhanden sind.
Weil der Anteil des Gases, das den Sensor 78 durchläuft, ein bekannter Bruchteil der Gesamtgasmenge ist, die die Löcher 76 und 80 durchströmt, kann man die Gesamtgasströmung zum und vom Innenbereich des Nutzerzwischenstücks 72 aus der gemessenen Strömung durch das Messgerät 78 ermitteln. Idealerweise hängt die gemessene Strömung durch den Sensor 78 linear mit der Gesamtströmung Q_TOT in den oder aus dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 zusammen. Kennt man also die Strömung durch den Sensor 78, so kann man die Gesamtströmung in die oder aus der Maske leicht ermitteln, indem man das vom Sensor 78 ausgegebene Signal 84 mit einem Faktor multipliziert. Dies kann beispielsweise durch das Verstärken des Signals 84 um eine vorbestimmte Größe geschehen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die vom Sensor 78 gemessene Strömung in der Regel nicht linear mit der Gesamtströmung durch das Nutzerzwischenstück verknüpft ist. Dies ist so, weil der Zusammenhang zwischen der Gesamtströmung Q_TOT durch den Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 und der gemessenen Strömung durch den Sensor 78 von einer Anzahl Faktoren abhängt, beispielsweise der Anzahl und der Größe der Löcher 76, der Form des Zwischenstücks 72, der Entfernung der Sensorfühlöffnung von der Druckquelle, dem Strömungswiderstand durch den Sensor und die zugehörigen Komponenten, und dem Ort des Lochs 80 in der Maske, an der der Sensor befestigt ist. Daher muss man das Signal 84 zusätzlich verarbeiten, bevor dieses Signal die tatsächliche Gesamtströmung durch das Nutzerzwischenstück exakt angibt.
Unabhängig davon, ob der Zusammenhang zwischen der Strömung durch den Sensor und der Gesamtströmung durch die Maske linear oder nichtlinear ist, ist das Bestimmen der Gesamtströmung Q_TOT in den Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 mit Hilfe der gemessenen Strömung durch den Sensor 78 im Wesentlichen für alle Nutzer unabhängig von den körperlichen Merkmalen des Patienten, der das Zwischenstück-Messgerät trägt, gleich, solange sich die Struktur des Zwischenstück-Messgeräts nicht verändert. Ist also der Sensor 78 einmal für ein bestimmtes Zwischenstück 72 mit festen Strukturmerkmalen kalibriert, d. h. ist der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Gesamtströmung durch das Maskenzwischenstück hergestellt, so kann man das gleiche Zwischenstück-Messgerät 70 für sehr unterschiedliche Patienten zum quantitativen Messen der Merkmale im Zusammenhang mit der Atmung verwenden, beispielsweise der Strömung und/oder dem Volumen des Gases, das dem Patienten geliefert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor 78 ein Massen-Luftströmungssensor, beispielsweise der Sensor AWM2100V, der von Honeywell Inc. hergestellt wird und einen Bereich von analogen Spannungen ausgibt, die einem vorbestimmten Bereich von Luftströmungsraten durch den Sensor entsprechen. Das Ausgangssignal des AWM2100V ist ein positives oder negatives Differenzialsignal, das der Rate und Richtung der Strömung durch den Sensor entspricht. Der Sensor AWM2100V eignet sich besonders gut für den Gebrauch beim Messen der Gasmenge, die einen Abschnitt des Nutzerzwischenstücks 72 durchläuft, da der AWM2100V in der Lage ist, eine sehr kleine Strömung exakt zu messen. Man hat beispielsweise festgestellt, dass der Druckabfall, den man zum Erzeugen einer Strömung durch den AWM2100V für Vollaus schlag benötigt, nur 0,5 cm Wassersäule beträgt. Da die Strömung von Atemgas durch den Sensor 78 ziemlich gering sein kann, ist der Druckabfall über dem Nutzerzwischenstück 72, den man zum Erzeugen einer Strömung durch den AWM2100V benötigt, ebenfalls ziemlich gering. Dadurch kann das Nutzerzwischenstück 72 einen außerordentlich geringen Widerstand aufweisen, so dass das Gas relativ leicht in den Innenbereich 74 bzw. aus ihm heraus fließt. Eine Verringerung des Strömungswiderstands, die man durch das Verringern des Druckabfalls über dem Nutzerzwischenstück erreicht, d. h. über dem Strömungselement, das durch die Maske und die Löcher in der Maske bestimmt wird, erzielt man beispielsweise durch das Bereitstellen von mehr Löchern in der Maske und/oder das Erhöhen der Lochgröße, so dass das Atemgas freier zwischen dem Innenbereich 74 und dem Gebiet außerhalb des Nutzerzwischenstücks 72 strömt.
Ein Vorteil, den man dadurch erzielt, dass der Maskenwiderstand so gering wie möglich gestaltet wird, besteht in einer guten (leckagefreien) Maskenabdichtung gegen den Patienten. Je geringer der Maskenwiderstand ist, umso wahrscheinlicher ist es, dass keine Lecks an der Grenze zwischen der Maske und dem Patienten auftreten. Unbeabsichtigte Lecks in der Maske oder an der Grenze zwischen der Maske und dem Patienten kann man einbeziehen, indem man die Gesamtströmung zum und vom Patienten ausgehend von der gemessenen Strömung durch den Sensor 78 bestimmt. Beispielsweise kann man den Leckabschätzungsalgorithmus, den die US-Patente 5,148,802 , 5,239,995 ; 5,313,937 ; 5,433,193 ; und 5,632,269 lehren, zum Ermitteln unerwünschter Lecks in der Maske oder an der Grenze zwischen der Maske und dem Patienten verwenden. Sind diese unerwünschten Lecks so gering, dass sie nicht ins Gewicht fallen, so braucht man keine Leckabschätzungs- und Korrekturverfahren einzusetzen.
Es hat sich herausgestellt, dass man eine gute Abdichtung erzielt, solange der Druck in dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 zwischen –2 cm Wassersäule und 2 cm Wassersäule liegt. Der relativ geringe Strömungswiderstand durch den AWM2100V erlaubt es, dass der Druck innerhalb der Maske in diesem Bereich liegt. Damit ist die Annahme, dass keine Maskenlecks außer durch die Löcher 76 und 80 vorhanden sind, gültig. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass der Druck in dem Nutzerzwischenstück 72 zusammen mit dem Druckabfall, den das Rohrstück 82 und ein Bakterienfilter (nicht dargestellt) verursacht, das zwischen dem Nutzerzwischenstück 72 und dem Sensor 78 angeordnet ist, bei einer Strömungsrate von 100 Litern pro Minute (lpm) 1 cm Wassersäule beträgt.
Auch dann wenn der Druckabfall, den man zum Erzeugen einer Strömung durch den Sensor benötigt, 2 cm Wassersäule übersteigt, kann man in jedem Fall unerwünschte Lecks an der Grenze zwischen der Maske und dem Patienten beseitigen, indem man die Abdichtkraft erhöht, die auf die Maske ausgeübt wird, damit die Maske auf dem Patienten gehalten wird, und/oder durch das Bereitstellen einer verbesserten Dichtung zwischen der Maske und dem Nutzer, beispielsweise einer klebenden Dichtung oder einer größeren Dichtfläche.
In der Erfindung wird auch in Betracht gezogen, dass man andere Sensoren als Luftströmungssensoren als Sensor 78 verwenden kann. Der Sensor 78 kann beispielsweise ein Drucksensor sein. Ein Beispiel für einen geeigneten Drucksensor ist ein Differenzialdrucksensor, der direkt das Differenzial zwischen dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 und einem Druck der umgebenden Atmosphäre außerhalb des Nutzerzwischenstücks misst. Dieses Druckdifferenzial entsteht wie die Gasströmung durch den Sensor in der vorherigen Ausführungsform durch die Einschränkung der Strömung zwischen der umgebenden Atmosphäre und dem Maskeninneren, die durch das Strömungselement bewirkt wird, das in dieser Ausführungsform durch die Löcher definiert ist, die in dem Nutzerzwischenstück 72 vorhanden sind. Ein weiterer geeigneter Sensor ist ein Absolutdrucksensor, der den Druck des Innenbereichs 74 gegen einen festen Referenzdruck misst. Jeder beliebige Sensor, beispielsweise ein Luftströmungssensor, ein Drucksensor oder ein quantitativer Temperatursensor, der eine Fließeigenschaft zu messen in der Lage ist, die durch das Druckdifferenzial erzeugt wird, das das Strömungselement verursacht, und der ein Signal ausgeben kann, das diese Charakteristik beschreibt, kann als Sensor 78 verwendet werden.
Ist der Sensor 78 ein Drucksensor, so strömt kein Gas durch den Sensor. Statt dessen ist bei einem Druckdifferenzialsensor eine Seite einer Membran im Sensor 78 mit dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 verbunden. Die andere Seite der Membran ist mit der umgebenden Atmosphäre verbunden. Der Drucksensor misst das Druckdifferenzial ΔP zwischen einem ersten Druck innerhalb des Innenbereichs des Nutzerzwischenstücks und dem umgebenden Atmosphärendruck außerhalb des Nutzerzwischenstücks. Kennt man dieses Druckdifferenzial, so kann man die tatsächliche Strömungsrate Q_IN des Gases, das das Maskenzwischenstück durchläuft, ermitteln, beispielsweise mit Hilfe einer Tabelle, die auf dem bekannten Zusammenhang zwischen Druck und Strömung beruht, d. h. ΔP = RQ². Ein ähnlicher Ansatz wird verwendet, falls der Drucksensor ein Absolutdrucksensor ist.
Unabhängig davon, ob der Sensor 78 ein Luftströmungssensor, ein Drucksensor oder irgendein anderer Sensortyp ist, handelt es sich bei dem Sensorausgangssignal in der Regel um ein analoges Signal. Ist der Sensor 78 ein Luftströmungssensor, entspricht das Signal 84 der Gasströmungsrate durch den Sensor, und es zeigt die relative Strömungsrichtung an. Ist der Sensor 78 ein Druckdifferenzialsensor, entspricht das Signal 84 einem Druckdifferenzial über dem Strömungselement, und es zeigt ebenfalls eine relative Strömungsrichtung abhängig davon an, ob der Druck in dem Zwischenstück größer oder kleiner ist als der Umgebungsdruck. Man kann feststellen, dass das Signal 84 zu einem Merkmal gehört, das der Atmung zugeordnet ist, da man das Signal 84 dazu verwenden kann, quantitativ eine Eigenschaft zu ermitteln, die der Atmung zugeordnet ist, beispielsweise Strömung oder Volumen eines Patienten. Selbst in seiner unverarbeiteten nicht kalibrierten Form kann man das Signal 84 zu verwenden, zwischen Einatmung und Ausatmung zu unterscheiden und/oder Schnarchen zu erkennen, und es ist damit dem Atmungsmerkmal Einatmung, Ausatmung und/oder Schnarchen zugeordnet. Der Wert des analogen Signals 84 stellt einen Wert einer dieser Atmungseigenschaften dar. Beispiele für Merkmale im Zusammenhang mit der Atmung, die man mit Hilfe des Signals 84 ermitteln kann, werden im Weiteren ausführlicher besprochen.
Das Signal 84 vom Sensor 78, siehe 5, wird an einen Verstärker 86 geliefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 86 gelangt an einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D) 88. Das digitale Ausgangssignal 90 des Analog-Digital-Umsetzers 88 wird in einen Prozessor 92 eingegeben, der die Nichtlinearität im Ausgangssignal des Sensors 78 korrigiert. Dadurch ist das Signal 94, das der Prozessor 92 ausgibt, ein digitales Signal, das einen quantitativen Wert für eine Eigenschaft angibt, die der Atmung zugeordnet ist.
Beispielsweise ist in einer bereits beschriebenen Ausführungsform der Erfindung das Signal 84 aus dem Sensor 78 ein Signal, das die Gasströmungsrate durch den Sensor angibt. Wie oben angegeben ist dieses Signal jedoch in der Regel nicht linear mit der Gesamtgasströmungsrate Q_TOT in den oder aus dem Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks verknüpft. Zur Korrektur dieser Nichtlinearität wird das Signal 84 in den Prozessor 92 eingegeben. Der Prozessor 92 ermittelt anhand des Signals 84 den quantitativen (tatsächlichen) Wert für die Gesamtgasströmung Q_TOT, die in den Innenbereich 74 des Nutzerzwischenstücks 72 eintritt bzw. daraus austritt. Die Einzelheiten dieses Vorgangs werden im Folgenden beschrieben. Man beachte, dass der Prozessor 92 anhand des Signals 84 andere Eigenschaften als die Strömungsrate ermitteln kann, die der Atmung zugeordnet sind. Beispielsweise kann der Prozessor 92 durch das Integrieren des korrigierten Strömungssignals ein Signal ausgeben, das das Gesamtgasvolumen V_TOT darstellt, das in den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks eintritt bzw. daraus austritt.
In der dargestellten Ausführungsform setzt ein Digital-Analog-Umsetzer 96 das Signal 94 vom Prozessor 92 in ein Analogsignal 98 um und liefert das Analogsignal 98 an eine Ausgabe- und/oder Speichervorrichtung 100. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgabevorrichtung 100 ein Monitor oder eine LCD-Anzeige, die das Signal 98 in ein vom Menschen aufnehmbares Ausgangssignal umsetzt, das das Merkmal im Zusammenhang mit der Atmung anzeigt, beispielsweise die Rate oder das Volumen der Strömung zum und vom Nutzer. Man bevorzugt auch, das Signal 98 in einem Speicher abzulegen, damit man es zum Bewerten der Atmungszustände des Patienten heranziehen kann. Wahlweise oder zusätzlich zur obigen Ausführungsform kann man das Ausgangssignal 94 aus dem Prozessor 92 in seinem digitalen Format an eine digitale Ausgabevorrichtung 99 liefern, beispielsweise eine Digitalanzeige, einen Speicher, ein Terminal und/oder ein Kommunikationssystem.
Da wie oben angegeben das Ausgangssignal des Sensors 78 normalerweise nicht linear bezüglich der Strömungsrate durch das Maskenzwischenstück ist, und zwar über den gesamten Bereich der Luftströmungen zum und vom Patienten, muss der Prozessor 92 die Nichtlinearität im Ausgangssignal des Sensors 78 korrigieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet der Prozessor 92 die Gesamtströmung Q_TOT, die in das Zwischenstück 72 eintritt bzw. daraus austritt, abhängig vom Ausgangssignal des Sensors 78 mit Hilfe einer Tabelle, die anhand eines vorab ermittelten Zusammenhangs zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Strömung durch das Zwischenstück erstellt wird. 6 zeigt eine graphische Darstellung dieses Zusammenhangs. Man beachte, dass die Kurve in 6 für ein bestimmtes Masken-Zwischenstück ermittelt wurde. Die durch die Kurve in 6 hergestellten Zusammenhänge gelten nicht für alle Zwischenstücke. Damit muss für jeden unterschiedlichen Zwischenstücktyp, mit dem der Prozessor verwendet werden soll, der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors und dem tatsächlichen quantitativen Wert für die interessierende Atmungseigenschaft vorab festgestellt werden, damit man diesen Zusammenhang danach zum Ermitteln des quantitativen Werts für die gewünschte Atmungseigenschaft einsetzen kann.
Die Kurve 102 in 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 für eine erste Bauart des Maskenzwischenstücks und der Strömung durch dieses Zwischenstück. Auf der vertikalen Achse der Kurve in 6 ist das Ausgangssignal des Sensors 78 aufgetragen, das für den Sensor AWM2100V normalerweise im Bereich von –60 mV bis 60 mV liegt. Auf der waagrechten Achse ist die Gesamtströ mung Q_TOT in das Zwischenstück oder aus diesem heraus aufgetragen. Der Abschnitt der Kurve 102 rechts der Markierung für verschwindenden Durchfluss stellt die Strömung in einer ersten Richtung durch den Sensor dar, beispielsweise Ausatmung, und der Abschnitt der Kurve 102 links des Punkts für verschwindenden Durchfluss stellt die Strömung in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung dar, beispielsweise Einatmung.
6 ist zu entnehmen, dass für den besonderen Sensor und den Zwischenstücktyp, die zum Erzeugen der Kurve 102 verwendet wurden, das Ausgangssignal des Sensors 78 nicht linear von der Strömungsrate durch das Maskenzwischenstück abhängt. Dies trifft insbesondere in der Nähe der Strömungsrate mit dem Wert null zu. Kennt man jedoch den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Gesamtströmung, so kann man die tatsächliche quantitative Strömung durch die Maske leicht ermitteln.
Man kann zudem sehen, dass die Kurve 102 abhängig vom verwendeten Sensortyp und Zwischenstück unterschiedliche Formen aufweist. Ist jedoch der Zusammenhang zwischen dem Sensorausgangssignal und der Strömung durch das Zwischenstück einmal ermittelt, so bleibt dieser Zusammenhang unabhängig von den körperlichen Merkmalen des Patienten gültig, der das Zwischenstück-Messgerät verwendet. Anders als bei Nasenkanülen kann man also das gleiche Zwischenstück-Messgerät für eine breite Anzahl von Nutzern zum Bestimmen einer Eigenschaft im Zusammenhang mit der Atmung verwenden, beispielsweise der Strömungsrate.
7 gleicht 6 insoweit, als sie eine Kurve zeigt, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 für eine bestimmte Bauart des Maskenzwischenstücks und der Strömung durch dieses Zwischenstück darstellt. Auf der vertikalen Achse in 7 ist jedoch ein linear verstärktes Ausgangssignal des Sensors 78 aufgetragen, das dem Signal 122 in 5 entspricht. Das in 7 dargestellte Ausgangssignal des Sensors 78 ist so verstärkt, dass der Spannungsbereich des Signals zwischen –5 V und +5 V liegt. 7 enthält eine erste Kurve 104, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, die den Zusammenhang zwischen der Spannung und der Gesamtströmung für die Strömung durch den Sensor 78 in einer ersten Richtung (normalerweise während der Ausatmung) wiedergibt, und eine zweite Kurve 106, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, die den Zusammenhang zwischen der Spannung und der Gesamtströmung für die Strömung durch den Sensor 78 in einer zweiten Richtung (normalerweise während der Einatmung) wiedergibt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. In der dargestell ten Ausführungsform ist das Ausgangssignal des Sensors 78 während der Ausatmung positiv und während der Einatmung negativ. Selbstverständlich kann dieser Zusammenhang auch umgekehrt sein.
In 7 stellen die Kurven 104 und 106 die Strömung während der Ausatmung bzw. Einatmung dar. Sie sind einander überlagert, um darzustellen, dass die Spannungs-Strömungs-Charakteristiken unabhängig von der Strömungsrichtung durch den Sensor 78 im Wesentlichen gleich sind. Damit kann man unabhängig von der Strömungsrichtung durch das Zwischenstück den gleichen Zusammenhang zwischen dem Sensorausgangssignal und der Strömung durch das Zwischenstück verwenden, d. h. während der Einatmung und der Ausatmung. Dadurch vereinfacht sich das Ermitteln der Strömung durch das Zwischenstück abhängig vom gemessenen Ausgangssignal des Sensors 78. Es ist jedoch möglich, getrennte Zusammenhänge zum Ermitteln eines quantitativen Werts für ein Merkmal zu verwenden, das der Einatmung zugeordnet ist, und ein Merkmal, das der Ausatmung zugeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der bekannte Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Strömung durch das Maskenzwischenstück wie beispielsweise durch die Kurven in 6 und 7 dargestellt dazu verwendet, eine Tabelle zu erzeugen. Diese Tabelle wird zum Bestimmen der tatsächlichen Strömung durch das Maskenzwischenstück aus dem Ausgangssignal des Sensors 78 eingesetzt. In der Erfindung wird jedoch in Betracht gezogen, dass man andere Vorgehensweisen als eine Tabelle zum Bestimmen eines quantitativen Messwerts eines Merkmals im Zusammenhang mit der Atmung aus dem unbearbeiteten Ausgangssignal des Sensors 78 verwenden kann. Ist beispielsweise der Spannungs-Gesamtströmungs-Zusammenhang für das Zwischenstück-Messgerät einmal hergestellt, so kann man die Strömung aus einer Gleichung berechnen, die diesen Zusammenhang definiert. Man kann beispielsweise die Kurven 104 und 106 in 7 generell durch die folgende Polynomgleichung dritter Ordnung beschreiben: y = –2,208X10–6x3 + 5,982X10–4x2 – 2,731X10–3x + 9,165X10–3,wobei y das linear verstärkte Ausgangssignal des Sensors 78 ist, und x die Strömung in das Maskenzwischenstück oder aus diesem heraus. Hat der Sensor 78 y bestimmt, so kann der Prozessor 92 nach x auflösen und die Gesamtströmung in das Zwischenstück oder aus diesen heraus ermitteln. Wie oben angegeben kann man getrennte Gleichungen oder Tabellen dazu verwenden, die Strömung durch die Maske während der Ausatmung und Einatmung zu bestimmen. Dadurch verbessert sich die Genauigkeit des Ausgangssignals des Zwischenstück-Messgeräts, falls der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Strömung durch das Zwischenstück für die Strömung in beiden Richtungen durch den Sensor nicht gleich ist.
Man beachte, dass die obige Gleichung und die in 6 und 7 dargestellten Kurven, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Gesamtströmung in das Maskenzwischenstück oder aus diesem heraus darstellen, nur für einen bestimmten Typ des Zwischenstücks mit einer vorgegebenen Anordnung gelten. Werden beispielsweise weitere Löcher zugefügt oder wird die Maskenform oder Größe verändert, so kann sich der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 78 und der Gesamtströmung in das Maskenzwischenstück oder aus diesem heraus andern. Dadurch muss der Prozessor 92 neu kalibriert werden, damit eine andere Kurve zum Ermitteln des quantitativen Werts für die gewünschte Atmungseigenschaft abhängig vom Ausgangssignal des Sensors verwendet wird.
Als Beispiel zeigt 8 drei Kurven 101, 103 und 105, die den Zusammenhang zwischen dem vom Sensor 78 gemessenen Druck und der Strömung durch das Zwischenstück für drei Masken bestimmen, die unterschiedliche Aufbaueigenschaften haben. Die einer ersten Maske zugeordnete Kurve 101 ist nahezu eine gerade Linie. Dies bedeutet, dass nahezu ein linearer Zusammenhang zwischen dem vom Sensor 78 gemessenen Druck und der Gesamtströmung durch das Zwischenstück besteht. 8 zeigt auch, dass man, falls der Sensor 78 ein Drucküberwacher ist, die gleichen Vorgehensweisen, die man zum Erzeugen der Gesamtströmung durch die Maske einsetzt, d. h. den Gebrauch einer Tabelle oder einer Gleichung, die aus den Zusammenhängen in 8 abgeleitet wird, zum Ermitteln des quantitativen Werts für Eigenschaften im Zusammenhang mit der Atmung, beispielsweise der Strömung durch das Zwischenstück, verwenden kann.
Wird ein Fertigungslos eines Maskenzwischenstücks mit den gleichen Aufbaueigenschaften gefertigt, so kann man die gleiche Kalibrierung, d. h. Spannungs-Strömungs-Kurve für alle Maskenzwischenstücke in diesem Los verwenden. Gibt man jedem Prozessor den gleichen Spannungs-Gesamtströmungs-Zusammenhang, so braucht man nicht jedes Zwischenstück-Messgerät einzeln zu kalibrieren. Kurz gesagt kann man die Zwischenstück-Messgeräte der Erfindung gemeinsam kalibrieren, solange das Zwischenstück die gleichen Aufbaueigenschaften aufweist. Die Betriebseigenschaften des Zwischenstücks ändern sich abhängig von den körperlichen Merkmalen des Nutzers nicht, wie dies bei herkömmlichen Strömungsmessgeräten mit Nasenkanüle der Fall ist.
Natürlich kann der Prozessor 92 eine Anzahl unterschiedlicher Tabellen und/oder Gleichungen enthalten, die zu mehreren verschiedenen Zwischenstückvorrichtungen gehören, damit man den gleichen Prozessor zusammen mit einer Anzahl unterschiedlicher Arten oder Anordnungen von Patientenzwischenstücken verwenden kann, falls man die passende Tabelle oder Spannungs-Gesamtströmungs-Gleichung mit dem gewählten Zwischenstück verwendet. In dieser Ausführungsform ist eine Wahlvorrichtung bereitgestellt, mit der der Nutzer den Typ des Zwischenstücks wählen kann, der für das Zwischenstück-Messgerät verwendet wird. Der Prozessor 92 nimmt dann die korrekte Tabelle oder Gleichung oder eine andere passende Vorgehensweise zum Bestimmen des quantitativen Werts für das physiologische Merkmal eines Patienten abhängig von dem gewählten Zwischenstück. Beispielsweise kann ein Speicherbereich im Prozessor 92 drei Tabellen enthalten, die drei unterschiedlichen Maskengrößen zugeordnet sind. Der Nutzer wählt die verwendete Maskengröße und gibt diese Auswahl in den Prozessor 92 ein. Der Prozessor 92 nimmt daraufhin die korrekte Tabelle für die gewählte Maskengröße zum Ermitteln des quantitativen Werts für die Strömung durch das Maskenzwischenstück abhängig vom Ausgangssignal des Sensors 78.
Wie oben beschrieben besteht in der Erfindung eine Hauptfunktion des Prozessors 92 darin, das Signal aus dem Sensor 78 in ein Signal zu konvertieren, das exakt die Strömung von Atemgas in das Nutzerzwischenstück oder aus diesem heraus darstellt. Dies ist notwendig, da es als schwierig eingeschätzt wird, die verschiedenen Strukturelemente des Zwischenstücks und des Sensors so anzuordnen, dass das vom Sensor 78 ausgegebene Signal linear mit der Strömung durch die Maske zusammenhängt, an der der Sensor angebracht ist. Kann man jedoch eine geeignete Anordnung herstellen, so ist die Linearisierungsfunktion, die der Prozessor ausführt, überflüssig. Statt dessen liefert der Prozessor 92 lediglich eine Multiplizierfunktion zum Berechnen der Gesamtmenge an Atemgas, das das Maskenzwischenstück durchläuft, aus dem bekannten Bruchteil des Atemgases, das den Sensor 78 durchläuft. Wahlweise kann man den Prozessor 92 weglassen und die Multiplizierfunktion mit einer Schaltung vornehmen, beispielsweise durch das Einstellen der Verstärkung im Verstärker 86 in 5.
9 zeigt einen ausführlicheren Schaltplan der Schaltung, die in 5 skizziert ist. Während der Ausatmung durchläuft das Gas den Sensor 78 in einer ersten Richtung, die durch den Pfeil 107 bezeichnet ist, und während der Einatmung in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung, die durch den Pfeil 108 bezeichnet ist. Der Verstärker 110 liefert die Steuerung für ein Heizelement, das im Luftströmungssensor von Honeywell zum Messen der Strömungsrate durch den Sensor verwendet wird. Die Ausgangssignale 112 und 114 des Sensors 78 sind positive und negative Differenzialsignale, die die vom Sensor 78 gemessene Strömung darstellen und an zwei Verstärker 116 bzw. 118 geliefert werden. Die Ausgangssignale der Verstärker 116 bzw. 118 gelangen an einen Differenzialverstärker 120. Die Verstärker 116, 118 und 120 bestimmen den Verstärker 86 in 5 und setzen die beiden Ausgangssignale des Sensors 78 in ein einziges Analogsignal 122 um. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Verstärker 110, 116, 118 und 120 auf der gleichen integrierten Schaltung bereitgestellt, beispielsweise dem Vierfach-Operationsverstärker LMC660CN, der von National Semiconductor hergestellt wird.
Das Signal 122 aus den Verstärker 86, das als Rohsignal oder unkalibriertes Signal bezeichnet wird, da es in der Regel nicht linear mit der interessierenden Atmungseigenschaft zusammenhängt, wird an den A/D-Umsetzer 88 geliefert, beispielsweise einen Umsetzer ADC10831, der von National Semiconductor hergestellt wird. Das digitale Ausgangssignal 90 des A/D-Umsetzers 88 wird in den Prozessor 92 eingegeben. In der dargestellten Ausführungsform ist der Prozessor 92 ein PIC16C84, der von Microchip Inc. hergestellt wird. Der Prozessor 92 arbeitet mit einer Taktfrequenz, die der Oszillator 124 einstellt, damit er die Strömung Q_TOT, die in das Zwischenstück 72 eintritt oder aus diesen austritt, beispielsweise wie beschrieben abhängig vom Ausgangssignal des Sensors 78 berechnet. Natürlich kann man jede beliebige Kombination der in 9 dargestellten Schaltungskomponenten auf einem einzigen Chip bereitstellen. Man kann beispielsweise den A/D-Umsetzer 88, den Prozessor 92 und einen D/A-Umsetzer auf dem gleichen Chip herstellen, damit sich das Zwischenstück-Messgerät der Erfindung leichter fertigen lässt.
In einer Ausführungsform der Erfindung verwendet der Prozessor 92 eine Tabelle oder eine Spannungs-Gesamtströmungs-Gleichung, die für einen bestimmten Zwischenstücktyp 72 ermittelt werden, zum Bestimmen der Strömung Q_TOT, die in das Zwischenstück eintritt oder aus diesem austritt, abhängig vom Signal 90 aus dem A/D-Umsetzer 88. In der dargestellten Ausführungsform ist das Ausgangssignal 94 des Prozessors 92 ein Signal, das die Strömung bezeichnet, die in das Zwischenstück eintritt oder aus diesem austritt. Es wird an den D/A-Umsetzer 96 angelegt, in dem es in zwei Analogsignale 98 umgesetzt wird, die abhängig von der Strömungsrichtung durch den Sensor 78 positive bzw. negative Signale sind. In der dargestellten Ausführungsform ist der D/A-Umsetzer 96 ein Umsetzer DAC0854, der von National Semiconductor hergestellt wird. Ein erstes Paar veränderlicher Widerstände 126 stellt die positive Verstärkung für das analoge Ausgangssignal des DIA-Umsetzers 96 ein, und ein zweites Paar veränderlicher Widerstände 128 stellt die negative Verstärkung ein. Die Analogsignale 98 werden an eine Anzeige 100 geliefert, beispielsweise eine LCD-Anzeige oder LED-Anzeige, in der sie in eine Darstellung umgewandelt werden, die Menschen aufnehmen können.
In der gezeigten Ausführungsform werden die Analogsignale 98 auch an zwei Ausgangsanschlüsse 130 und 132 geliefert, so dass die Signale 98, die die tatsächliche (quantitative) Strömung des das Zwischenstück durchlaufenden Atemgases darstellen, an äußere Komponenten weitergeleitet werden können, beispielsweise eine Anzeige, eine Datenspeichervorrichtung, ein Alarmsystem, einen Drucker, zusätzliche Verarbeitungselemente und/oder ein Datenkommunikationssystem, etwa ein Modem. Man kann natürlich jede dieser Komponenten auch innerhalb der in 9 dargestellten Schaltungen auf der gleichen Karte oder Platine bereitstellen.
10A zeigt einen Kurvenverlauf 134 der Strömung durch den Sensor 78 während der Einatmung und Ausatmung in Liter pro Minute (lpm), die ein Computer mit Hilfe des an den Anschlüssen 130 und 132 in 9 abgenommenen Signals 98 erzeugt hat. 10A ist ein Beispiel dafür, wie man das vom Prozessor 92 erzeugte Signal in einem Format ausgeben kann, das Menschen aufnehmen können. 10B zeigt eine Kurve 136 des Atemzugvolumens für die gleiche Strömungsrate an Atemgas in Litern, die den Sensor 78 durchläuft. Diese Kurve wurde ebenfalls von einem Computer mit Hilfe des an den Anschlüssen 130 und 132 abgenommenen Signals 98 erzeugt. Die Kurve 136 in 10B kann man beispielsweise durch Integrieren des Strömungssignals 134 in 10A erzeugen. Die Glattheit der Kurven 134 und 136 in 10A und 10B kann man durch das Erhöhen der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Prozessors 92 verbessern. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, dass man die Schwingungsfrequenz des Oszillators 124 in 9 erhöht.
11A zeigt eine Kurve 138, die dem unkalibrierten analogen Strömungssignal 122 entspricht, das der Verstärker 86 in 8 während der Einatmung und Ausatmung ausgibt. Die Punkte in 11A, an denen die Kurve 138 die X-Achse schneidet, entsprechen den Punkten an denen die Atmung des Patienten von der Einatmung zur Ausatmung oder von der Ausatmung zur Einatmung übergeht. Man kann somit diese Punkte als Triggerpunkte oder Referenzpunkte für die Anwendung einer Beatmungstherapie verwenden, beispielsweise der Anwendung eines Überdrucks auf den Luftweg oder Anwendung einer elektrischen Stimulation der Muskeln im Patienten.
Die Kurve 138 wurde bei einem schlafenden Nutzer erzeugt, der schnarchte. Die sehr raschen Signalschwankungen 137 bei jeder Einatmungsspitze in der Kurve 138 entsprechen den raschen Strömungsschwankungen, die während des Schnarchens im Atmungstrakt des Nutzers stattfinden. In einer Ausführungsform der Erfindung werden diese raschen Schwankungen im vom Sensor ausgegebenen Rohsignal 122 erfasst, um den Beginn, die Intensität und die Dauer des Schnarchens zu ermitteln. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen, beispielsweise durch den Vergleich der Änderungsrate im Signal 138 mit vorbestimmten Grenzwerten. Da man diese raschen Schwankungen der Strömung (Schnarchen) leicht aus der Kurve 138 entnehmen kann, kann man das Signal des Sensors 78 auch ohne Korrektur durch den Prozessor 92 beispielsweise als Auslöser für eine Therapie verwenden, die das Schnarchen beseitigt, oder als Referenzpunkt, ab dem die Therapie beginnen muss.
11B zeigt eine Kurve 140, die dem Signal entspricht, das der Prozessor 92 abhängig vom Signal ausgibt, das in 11A dargestellt ist. Anders ausgedrückt entspricht die Kurve 140 dem quantitativen Signal, das der Prozessor 92 aus dem in 11A dargestellten Rohsignal erzeugt. Man beachte, dass 11B nur den Einatmungsabschnitt der Patientenströmung darstellt. Dies entspricht dem Ausgangssignal an einem der Anschlüsse 130 und 132 in 9. Wie die Kurve 138 in 11A zeigt die Kurve 140 in 11B relativ große und sehr rasche Schwankungen 139 während der Einatmung, die durch das Schnarchen des Patienten verursacht werden. Man kann diese raschen Schwankungen auf unterschiedliche Weise erfassen, beispielsweise mit Hilfe eines Grenzwertdetektors, der das Einsetzen des Schnarchens anzeigt. Man kann davon ausgehen, dass bei einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit des Prozessors 92 die raschen Schwankungen an der Spitze der Kurve 140 noch besser ausgeprägt sind. Die Empfindlichkeit der Erfindung ist in der Tat so hoch, dass man das bei jeder einzelnen Schnarchschwingung verschobene Gas ermitteln kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass man mit der Erfindung anhand des Ausgangssignals des Sensors 78 eine Vielzahl von Informationen gewinnen kann. Beispielsweise berechnet das Zwischenstück-Messgerät der Erfindung wie oben beschrieben durch das Integrieren des quantitativen Strömungswerts das Volumen V_TOT des Atemgases, das in das Zwischenstück eintritt oder aus diesem austritt. Dieser Vorgang kann entweder im Prozessor 92 erfolgen oder mit Hilfe zusätzlicher Komponenten, die sich entweder innerhalb der in 5 und 9 dargestellten Schaltung befinden oder außerhalb. Das Berechnen des Volumens V_TOT kann anstelle der oder zusätzlich zur Bestimmung der Strömung Q_TOT des Atemgases erfolgen, das das Zwischenstück durchläuft. In der Erfindung wird das Bereitstellen zusätzlicher Digital/Analog-Umsetzer in Betracht gezogen, die dem D/A- Umsetzer 96 gleichen, sowie zusätzlicher Ausgabevorrichtungen, die der Ausgabevorrichtung 100 gleichen, und auch von zusätzlichen Ausgabeanschlüssen, die den Anschlüssen 130 und 132 gleichen, so dass jede beliebige Zusatzinformation, beispielsweise das Volumen V_TOT, berechnet und dem Nutzer, einer dritten Partei oder einem Datenausgabeund/oder Speichermedium zugeführt werden kann.
Kennt man den quantitativen Wert für die Patientenströmung, so wird es möglich, eine Anzahl körperlicher Merkmale zu bestimmen, die mit der Atmung im Zusammenhang stehen. Dies kann mit Hilfe des Prozessors 92 erfolgen oder mit einer anderen Schaltung, die das Signal verwendet, das der Prozessor 92 ausgibt, und/oder soweit möglich das Rohsignal, das der Sensor 78 ausgibt. Beispielsweise wird in der Erfindung in Betracht gezogen, entweder das unbearbeitete Ausgangssignal des Sensors 78 zu verwenden, oder das Strömungssignal, das der Prozessor 92 ausgibt, beispielsweise das in 10A dargestellte Signal, um die Atmungsfrequenz des Patienten zu ermitteln, und zwar normalerweise in Atemzügen pro Minute (bpm), das Minutenvolumen, die Ausatmungs-Spitzenströmung, die Einatmungszeit, die Ausatmungszeit und das Verhältnis von Einatmung zu Ausatmung (I:E). In der Erfindung wird auch in Betracht gezogen, das Volumensignal, das beispielsweise in 10B dargestellt ist, dazu zu verwenden, das Ausatmungsvolumen und das Einatmungsvolumen des Patienten zu ermitteln.
Zusätzlich zum Bestimmen einer Anzahl körperlicher Merkmale kann man die Patientenströmung, die durch das Rohsignal aus dem Sensor 78 (11A) oder das quantitative Signal aus dem Prozessor 92 (10A) beschrieben wird, für unterschiedliche Zwecke verwenden. Beispielsweise kann man wie oben beschrieben die Anwesenheit, Frequenz, Dauer oder Intensität von raschen Schwankungen, die Schnarchen anzeigen, dazu verwenden, die Anwendung einer Therapie auszulösen, etwa eine Luftdruckunterstützung für die Luftwege, um das Schnarchen zu beenden. Das Erfassen des Schnarchens mit Hilfe des Patientenströmungssignals (unbearbeitet oder quantitativ) kann man dazu einsetzen, eine Druckunterstützungsvorrichtung selbsttätig zu titrieren. Die Selbsttitrierung erfolgt beispielsweise durch das Erhöhen des Drucks, den eine Druckunterstützungsvorrichtung liefert, falls die Anwesenheit oder Intensität von Schnarchen oder allgemeiner die Anwesenheit irgendeines Ereignisses, das den Beginn einer Luftwegeverlegung anzeigt, erkannt wird, und durch das Senken des Drucks, falls solche Ereignisse während einer vorbestimmten Zeitspanne nicht erkannt werden. Das gleiche Prinzip kann man mit anderen Vorrichtungen verwenden, beispielsweise einer elektrischen Stimulationsvorrichtung, die dazu dient, die Behinderung zu beseitigen. Man kann die Selbsttitrierung auch abhängig von der Anstiegszeit des Strömungssignals vornehmen. Eine wachsende Anstiegszeit kann eine Zunahme im Luftwegwiderstand anzeigen, und damit den Beginn einer Luftwegeverlegung. Diese Zunahme der Anstiegszeit kann mit der Erfindung erfasst und dazu verwendet werden, die Druckunterstützung zu verstärken, die dem Patienten geboten wird. Den umgekehrten Vorgang kann man ausführen, falls eine Abnahme in der Strömungssignal-Anstiegszeit erfasst wird.
Man kann auch besondere Merkmale des Schnarchens eines Patienten aus dem Signal gewinnen, das der Sensor 78 ausgibt. Man kann beispielsweise die Frequenz des Schnarchens aus den raschen Schwankungen im Strömungssignal entnehmen, und zwar entweder aus dem Rohsignal, das der Sensor ausgibt, oder dem kalibrierten quantitativen Signal, das aus dem Rohsignal abgeleitet ist. Man weiß, dass die Frequenz des Schnarchsignals den räumlichen Ort der Struktur oder der Strukturen in dem Patienten anzeigen kann, die das Schnarchen verursachen. Siehe beispielsweise den Artikel von S. J. Quinn et al. mit dem Titel, "The Differentiation of Snoring Mechanisms Using Sound Analysis," Seiten 119–123 in Clinical Otolarnynhology, Vol. 21, 1996. Die Kenntnis des Orts des Gewebes, das das Schnarchen verursacht, ist für die bestmögliche Behandlung des Schnarchens wichtig.
Wie oben bereits angegeben ist die Empfindlichkeit des Zwischenstück-Messgeräts der Erfindung ausreichend groß, so dass man damit die Gasmenge erfassen kann, die bei jeder einzelnen Schnarchschwingung verschoben wird. 12 und 12A zeigen beispielsweise ein Strömungssignal 151, das das Zwischenstück-Messgerät der Erfindung in Anwesenheit von Patientenschnarchen erzeugt 153. Das Schnarchen 153 tritt im Strömungssignal 151 als Folge von hochfrequenten Schwingungen 155 im Strömungssignal 151 auf, die um eine Mittenachse 157 schwingen. Jede Schwingung verschiebt eine Gasmenge, die der Fläche 159 entspricht, die durch die Achse 157 und die Kurve bestimmt ist, die die Schwingung definiert.
Wie bereits erwähnt kann man die Frequenz eines Schnarchens dazu verwenden, den Ort der Struktur oder der Strukturen im Patienten zu bestimmen, die das Schnarchen verursachen. In ähnlicher Weise kann man die durch jede einzelne Schnarchschwingung verschobene Gasmenge ebenfalls dazu benutzen, den Ort des Schnarchens festzustellen. Die bei jeder Schnarchschwingung verschobene Gasmenge ist mit der Frequenz dieser Schnarchschwingung verknüpft. Beispielsweise wird umso mehr Gas bei jeder einzelnen Schnarchschwingung verschoben, je geringer die Frequenz des Schnarchens ist. Kennt man also die Gasmenge, die bei den einzelnen Schnarchschwingungen verschoben wird, so kann man mit der Erfindung den Ort der Struktur im Patienten ermitteln, die das Schnarchen verursacht. Da die Erfindung diese Funktion ausgehend von der bei jeder verschobenen Gasmenge und nicht abhängig von dem durch das Schnarchen erzeugten Geräusch erfüllt, ist sie zudem genauer und weniger anfällig für Rauschen als herkömmliche Frequenzanalyseverfahren.
Zusätzlich zur Bestimmung des Gasvolumens, das bei jeder Schwingung in einem Patientenschnarchen verschoben wird, ermittelt die Erfindung auch das Volumen des gesamten Patientenschnarchsignals quantitativ. Die quantitative Bestimmung des Gasvolumens, das durch das Schnarchen des Patienten verschoben wird, kann beispielsweise wie in 13 und 13A–13E erfolgen. Das Ausgangssignal 141 des Sensors 78 wird in ein Tiefpassfilter 142 (LPF) eingegeben, das das relativ hochfrequente Schnarchen aus dem Strömungssignal entfernt, so dass das Ausgangssignal 143 des Tiefpassfilters 142 der Patientenströmung ohne jegliches Schnarchen entspricht. Die Strömungssignale 141 und 143, die der Sensor 78 bzw. das LPF 142 ausgeben, werden an eine Subtrahierschaltung 144 angelegt. Dadurch ist das Ausgangssignal 145 dieser Schaltung das rohe unkalibrierte analoge Schnarchströmungssignal. Das Schnarchströmungssignal 145 wird in einen Prozessor 146 eingegeben, der eine Tabelle oder eine andere Vorgehensweise dazu verwendet, den quantitativen Wert der Schnarchströmung 147 zu bestimmen. Das Integrieren ausschließlich des positiven Teils des Schnarchströmungssignals 147 im Integrierer 148 liefert ein bezüglich des Volumens exaktes Schnarchsignal 149, das man zum Untersuchen des Patientenschnarchens verwenden kann. Natürlich kann man auch nur den negativen Teil des Schnarchströmungssignals integrieren, um das gleiche Ergebnis zu erhalten.
In der Erfindung werden natürlich weitere Vorgehensweisen zum Ermitteln eines bezüglich des Volumens exakten Schnarchsignals in Betracht gezogen. Man kann beispielsweise den positiven Teil des Analogsignals 145 integrieren und anschließend Software dazu verwenden, die Ableitung zu bestimmen, die dann in ein quantitatives Strömungssignal umgesetzt wird, um ein quantitatives Schnarchströmungssignal zu ermitteln. Dieses quantitative Schnarchströmungssignal kann man nun integrieren, damit man das bezüglich des Volumens exakte Schnarchsignal erhält. Das Ermitteln der Patientenströmung, und zwar entweder roh oder quantitativ, kann auch mit Hilfe einer herkömmlichen Strömungsmessvorrichtung erfolgen.
Die von dem Zwischenstück-Messgerät der Erfindung erzeugte Information kann auch zusammen mit weiteren Informationen über die Patientenphysiologie dazu verwendet werden, weitere Merkmale des Patienten zu gewinnen. Wird ein Capnometer dazu verwendet, das vom Patienten ausgeatmete CO₂ zu messen, so kann man das Strömungssignal und die Capnometerinformation dazu verwenden, das CO₂-Volumen zu bestimmen, das der Patient ausatmet. Das von einem Patienten während der Ausatmung ausgestoßene CO₂-Volumen kann man aus der folgenden Gleichung ermitteln:
wobei V_MIX das Volumen des Gases ist, das der Patient ausatmet, PCO₂ der Druck des Kohlendioxids im Gas, das der Patient ausatmet, und P_MIX der Druck des Gases, das der Patient ausatmet. Wie oben beschrieben kann man V_MIX mit der Erfindung quantitativ bestimmen. PCO₂ wird mit Hilfe eines Capnometers ermittelt, und P_MIX bestimmt man mit einem herkömmlichen Barometer.
In ähnlicher Weise kann man das Volumen an CO₂, das der Patient während der Ausatmung abgibt, ausgehend vom quantitativen Strömungssignal mit Hilfe der folgenden Gleichung bestimmen:
wobei t₂–t₁ die Einatmungsperiode ist und Q_Patient die Gasströmung vom Patienten. Das gleiche Prinzip kann man dazu verwenden, das Volumen von anderen Elementen zu messen, die der Patient abgibt, beispielsweise Stickstoff, O₂, CO, Wasserdampf und beliebige andere Spurenelemente, die erfassbar sind.
Zudem kann man das quantitative Strömungssignal, das die Erfindung ausgibt, zusammen mit anderen Erfassungsvorrichtungen dazu verwenden, das effektive Minutenvolumen eines Patienten, das effektive Atemzugvolumen, den Totraum der Luftwege und das Alvolarvolumen mit herkömmlichen Techniken zu bestimmen. Kennt man auch den arteriellen PCO₂ des Patienten, so kann man weitere Informationen, beispielsweise das physiologische Verhältnis V_D/V_T, den physiologischen Totraum und den alvolaren Totraum mit herkömmlichen Techniken bestimmen.
Die oben besprochenen Punkte beschreiben physiologische Parameter, die man mit Hilfe der Erfindung messen kann, und zwar entweder nur mit der Erfindung oder in Kombination mit anderen Messvorrichtungen, und Verarbeitungen, die man mit Hilfe der Information, die die Erfindung erzeugt, ausführen oder steuern kann. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die obige Liste exklusiv ist. Man kann die Erfindung ganz im Gegenteil dazu verwenden, jedes beliebige Merkmal eines Patienten zu ermitteln, das man aus der Information ableiten kann, die der Sensor 78 und/oder Prozessor 92 abgibt. Zudem kann man die Erfindung zusammen mit jeder beliebigen Prozedur verwenden, die von Information gesteuert wird oder Information der Art benötigt, die die Erfindung erzeugt, und zwar entweder direkt aus dem Signal, das der Sensor 78 oder Prozessor 92 abgibt, oder indirekt durch den Gebrauch mit anderen gemessenen körperlichen Merkmalen.
Obwohl das Nutzerzwischenstück in der Erfindung eine Maske oder eine Nasenkanüle ist, darf man nicht übersehen, dass man eine breite Vielfalt von Nutzerzwischenstücken verwenden kann, die im Weiteren besprochen werden. Die Maske, die in der in 4A und 4B dargestellten Ausführungsform als Nutzerzwischenstück dient, kann zahlreiche unterschiedliche Anordnungen aufweisen. Das Nutzerzwischenstück 72 kann beispielsweise eine Nasenmaske sein, die nur die Nase des Nutzers bedeckt, eine Vollgesichtsmaske, die das gesamte Gesicht des Nutzers vom Kinn bis zur Stirn umschließt, oder eine Helmmaske, die den Kopf des Anwenders einschließt. Das Nutzerzwischenstück 72 und das Rohr 82 können aus jedem beliebigen geeigneten Material hergestellt werden. Zudem kann man ein Bakterienfilter an jedem beliebigen Ort entlang des Rohrs 82 vorsehen. Man bevorzugt, ein Bakterienfilter und ein Rohrstück 82 zu verwenden, die einen ausreichend geringen Widerstand aufweisen, damit eine geeignete Gasmenge durch den Sensor 78 strömt.
14 zeigt ein Beispiel für eine Anzahl Zwischenstück-Messgeräte 150, 152 und 154. Jedes Zwischenstück-Messgerät enthält ein Nutzerzwischenstück, bei dem es sich um ein Maskenzwischenstück handelt, ein Belüftungselement, das das Innere des Zwischenstücks mit der umgebenden Atmosphäre verbindet, und einen Sensor zum Messen einer Fließeigenschaft, beispielsweise eines Drucks oder einer Strömung, die durch das Druckdifferenzial zwischen dem Inneren der Maske und der umgebenden Atmosphäre entsteht, das vom Belüftungselement erzeugt wird.
Das Zwischenstück-Messgerät 150 enthält beispielsweise ein Nutzerzwischenstück 158, das dem Zwischenstück gleicht, das in 4A und 4B dargestellt ist. Das Belüftungselement im Zwischenstück-Messgerät 150 besteht aus einer Anzahl Löcher 160, die im Nutzerzwischenstück 158 vorhanden sind. Ein hohles Rohr 162, dessen eines Ende gezielt mit dem Nutzerzwischenstück 158 verbunden ist, und dessen zweites Ende gezielt mit einem Gehäuse 164 gekoppelt ist, verbindet das Innere des Nutzerzwischen stücks 158 mit einem Sensor (etwa dem Sensor 78 in den vorhergehenden Abbildungen) im Gehäuse 164. Das Gehäuse 164 enthält auch die in 5 und 9 dargestellten Schaltungen, die zum Sensor gehören. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Bakterienfilter 166 zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Rohrs 162 vorhanden.
Das Gehäuse 164 enthält eine Anzeige 167, die der Ausgabevorrichtung 100 in 5 und 9 entspricht, und einen Ein/Aus-Betätigungsmechanismus 168. Das Gehäuse 164 enthält auch einen Wähler 170, damit der Anwender von Hand den Typ des Zwischenstücks wählen kann, der mit dem Gehäuse 164 verbunden wird. Wie oben beschrieben erlaubt dies dem Prozessor, die geeignete Tabelle zum Bestimmen der Strömung durch das Zwischenstück zu verwenden. Der Wähler 170 und der Ein/Aus-Betätigungsmechanismus kann jede beliebige Eingabevorrichtung sein, die sich zum Steuern der Schaltung und/oder Verarbeitungselemente eignet. Das Zwischenstück-Messgerät 150 wird mit Wechselspannung betrieben. Man kann natürlich auch jede geeignete Stromversorgung verwenden, beispielsweise Batterien, um das Zwischenstück-Messgerät zu versorgen.
Das Zwischenstück-Messgerät 150 enthält auch eine drahtlose Kommunikationsverbindung 169 für die Kommunikation mit einer Basiseinheit 172. In der Erfindung wird jedes geeignete drahtlose Kommunikationssystem in Betracht gezogen, beispielsweise eine HF-Kommunikationsverbindung oder ein Modem und ein Bodennetztelefon sowie ein zelluläres und/oder Satellitenkommunikationssystem.
Das Zwischenstück-Messgerät 152 gleicht dem Zwischenstück-Messgerät 150, jedoch mit der Ausnahme, dass das Nutzerzwischenstück 174 im Zwischenstück-Messgerät 152 keine Löcher aufweist. Ein Beispiel für solche Masken ist die Nasenmaske, die von RESPIRONICS Inc. unter dem Handelsnamen "GOLD SEAL"^TM verkauft wird, sowie die Ganzgesichtsmaske, die Nase und Mund bedeckt und von RESPIRONICS Inc. unter der eingetragenen Handelsmarke "SPECTRUM"^® verkauft wird. Das Belüftungselement, das das Innere des Zwischenstücks mit der umgebenden Atmosphäre verbindet, ist ein Befestigungselement 176, das gezielt mit einem Loch verbunden ist, das in dem Nutzerzwischenstück 174 bestimmt ist. Das Befestigungselement 176 enthält eine Anzahl Löcher 178, die das Innere des Nutzerzwischenstücks 174 mit der umgebenden Atmosphäre verbinden. Das Nutzerzwischenstück ist über Kopfbänder 180 am Patienten befestigt. Wie beim Zwischenstück-Messgerät 150 verbindet ein hohles Rohr 162 einen Sensor im Gehäuse 164 mit dem Inneren des Nutzerzwischenstücks 174. Das Zwischenstück-Messgerät 152 tauscht Informationen mit der Basiseinheit 172 über eine fest verdrahtete Verbindung 182 aus.
Das Zwischenstück-Messgerät 154 enthält ein erstes Nutzerzwischenstück 184 und ein zweites Nutzerzwischenstück 186. Anders als bei den Zwischenstück-Messgeräten 150 und 152 ist das Innere der Nutzerzwischenstücke 184 und 186 direkt mit einem Sensor 188 bzw. 190 verbunden, der auf, in oder an dem Nutzerzwischenstück selbst bereitgestellt ist. Dadurch sind die hohlen Rohre der vorhergehenden Anordnungen nicht vorhanden. Der Sensor 188 im Zwischenstück-Messgerät 154 misst wie der Sensor 78 in den vorhergehenden Anordnungen eine Fließeigenschaft, beispielsweise die durchgehende Strömung oder den Absolutdruck in der Maske oder den Druck in der Maske gegen die umgebende Atmosphäre, und gibt ein Signal über einen Draht 192 an einen Prozessor innerhalb des Gehäuses 164 aus. Der Sensor 190 übt eine vergleichbare Funktion aus. Es ist jedoch eine drahtlose Kommunikation 194 zwischen dem Sensor 190 und dem Gehäuse 164 vorhanden. Natürlich kann man den Sensor auch innerhalb der Maske vorsehen.
Die Basiseinheit 172 verarbeitet die Information, die von jedem Zwischenstück geliefert wird. Das Signal von jedem Zwischenstück-Messgerät kann beispielsweise das unbearbeitete Strömungssignal vom Sensor (Sensor 78 in 5) oder das quantitative Strömungssignal vom Prozessor (Prozessor 90 in 5) sein. Die Basiseinheit 172 kann dieses Signal wie oben beschrieben dazu verwenden, verschiedene Atmungsmerkmale für jeden Patienten zu ermitteln. Die Basiseinheit 172 kann diese Information entweder drahtlos oder über Drähte an weitere Informationsverarbeitungseinrichtungen kommunizieren. Es wird auch in Betracht gezogen, Informationen von der Basisstation 172 an verschiedene Ausgabe- bzw. Speichervorrichtungen zu liefern, beispielsweise eine Anzeige 196, einen Drucker 198 und eine Speichervorrichtung 200.
Das in 14 dargestellte System mit mehreren Zwischenstück-Messgeräten eignet sich besonders für Krankenhäuser oder Schlaflaboratorien, in denen zahlreiche Patienten von einer Pflegeperson überwacht werden. Verwendet man eine drahtlose Kommunikation zwischen den Komponenten der Zwischenstück-Messgeräte, so kann man die Atmungsmerkmale eines Patienten von einem entfernten Ort aus überwachen, beispielsweise dem Wohnsitz des Patienten oder während der Patient in ein Krankenhaus befördert wird.
In dem obigen Zwischenstück-Messgerät wird ein maskenartiges Zwischenstück verwendet, das mit dem Luftweg des Anwenders verbunden ist; man kann jedoch jegli ches Zwischenstück in Betracht ziehen, das mit dem Luftweg des Anwenders verbunden ist. Beispielsweise ersetzen in einer zweiten Anordnung nach 15 ein Paar Nasenenden 202 das Nutzerzwischenstück 72 in 4A und 4B.
Die Nasenenden 202 umfassen hervorstehende Abschnitte 204, die in die Nasenlöcher des Anwenders eingesetzt werden. Die Durchmesser an jedem proximalen Ende 206 der hervorstehende Abschnitte 202 sind so bemessen, dass sie die Nasenlöcher abdichten, in die die hervorstehenden Abschnitte eingesetzt sind, so dass kein Gas entlang des Rands des proximalen Endes 206 des hervorstehenden Abschnitts 204 austritt. Im distalen Ende 210 eines jeden hervorstehenden Abschnitts ist eine Öffnung 208 bestimmt, die den Innenbereich des hervorstehenden Abschnitts mit einer Nasenhöhle des Nutzers verbindet. Im proximalen Ende der hervorstehenden Abschnitte 204 ist mindestens ein Belüftungsloch 212 vorgesehen. Die Belüftungslöcher 212 erfüllen die gleiche Funktion wie die Löcher 76 in dem Nutzerzwischenstück, das in 4A und 4B dargestellt ist. Ein Sensor (nicht dargestellt), der die gleiche Funktion erfüllt wie der Sensor 78 in 4A und 4B, ist mit dem Innenbereich der beiden hervorstehenden Abschnitte 204 über ein hohles Rohr 214 und kurze Verbindungsrohre 216 gekoppelt.
16 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung. Das Zwischenstück-Messgerät dieser Ausführungsform enthält eine Inkubatorkammer 220 als Zwischenstück, das mit dem Luftweg des Nutzers verbunden ist. In der Wand der Inkubatorkammer 220 sind Belüftungselemente 224 bereitgestellt, die den Innenbereich der Kammer mit der umgebenden Atmosphäre verbinden, und zwar in gleicher Weise wie die Löcher 76 in dem Nutzerzwischenstück 72 in 4A und 4B. In der Wand der Kammer 220 ist eine Prüföffnung vorhanden, die einen Sensor 224 über ein hohles Rohr 226 mit dem Inneren der Kammer verbindet. Man kann das Rohrstück 226 weglassen und den Strömungs- oder Drucksensor direkt mit dem Inneren der Kammer 220 verbunden anbringen. Der Sensor 224 entspricht der in 5 und 9 dargestellten Schaltung.
In der Regel wird der Inkubatorkammer über eine Gaszufuhr 222 ein Atemgas zugeführt, beispielsweise Sauerstoff oder eine Sauerstoffmischung. Dadurch tritt ein konstanter Verlust aus der Kammer durch die Belüftungselemente 224 auf. Dieser Austritt verschiebt das unbearbeitete Strömungs- oder Drucksignal des Sensors, und ebenso das quantitative Strömungssignal, das der Prozessor ausgibt. Dadurch schwankt das Strömungs- oder Drucksignal und das quantitative Strömungssignal nicht mehr um die Achse mit dem Druck- oder Strömungswert null. Statt dessen schwanken diese Signale um ei nen Pegel, der dem Austritt aus der Kammer entspricht, der der Strömung des Atemgases in die Kammer über die Gaszufuhr 222 entspricht. In der erläuterten Ausführungsform berücksichtigt der Prozessor diesen durch die Zufuhr von Atemgas verursachten Versatz, wodurch das Ausgangssignal des Prozessors im Sensor 224 eine tatsächliche Darstellung der Einatmung und Ausatmung des Patienten ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man den einmal bestimmten Austritt vom quantitativen Signal subtrahiert, das der Prozessor ausgibt. Damit gibt die Erfindung eine quantitative Wiedergabe der Strömung durch die Kammer auch für den Fall aus, dass der Kammer kontinuierlich Gas zugeführt wird.
17 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts 230 gemäß den Prinzipien der Erfindung. Diese Ausführungsform gleicht der Darstellung in 4A und 4B, und es ist eine Atemgasversorgung gezeigt, wobei die Versorgung eine konstante Zufuhr an Atemgas in das Innere der Maske 232 liefert, beispielsweise Sauerstoff oder eine Sauerstoffmischung. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, eine große Breite diagnostischer Information vom Patienten zu sammeln, während der Patient mit einem Atemgas versorgt wird; dieser Vorgang ist eine übliche medizinische Prozedur.
Die Maske 232 in 17 enthält eine erste Öffnung 234, der Atemgas aus einer geeigneten Versorgung, beispielsweise einem Sauerstoffbehälter 233 oder einer Sauerstoffanreicherung, zugeführt wird, und eine zweite Öffnung 236, die einen Sensor 238 mit dem Innenbereich der Maske verbindet. Natürlich muss das Atemgas dem Nutzerzwischenstück nicht wie in 17 dargestellt direkt zugeführt werden. Man kann statt dessen das Atemgas dem Rohr zuführen, das den Sensor 238 mit dem Zwischenstück 232 verbindet. Dadurch benötigt man nicht zwei Öffnungen in der Maske.
In der dargestellten Ausführungsform entspricht der Sensor 238 der in 5 und 9 gezeigten Schaltung aus der vorhergehenden Ausführungsform. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform ist die Maske mit zahlreichen Löchern 240 versehen, wodurch die Maske ein Strömungselement definiert. Man beachte jedoch, dass jedes beliebige Belüftungssystem, das das Innere der Maske mit der umgebenden Atmosphäre verbindet und dabei einen Druckabfall über dem Strömungselement erzeugt, in der Erfindung in Betracht gezogen wird.
Wie in der ersten in 16 abgebildeten Ausführungsform erzeugt die konstante Atemgaszufuhr zur Maske 232 einen im Wesentlichen kontinuierlichen Austritt aus der Maske. Diese Gaszufuhr verschiebt die Ausgangssignale des Sensors oder Prozessors, so dass diese Signale während eines Atemzyklus des Patienten nicht um den Wert null schwanken. Diese Signale weisen statt dessen einen Versatz auf, der der Strömung von Atemgas in die Maske und damit dem Austritt aus der Maske entspricht. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform kompensiert die Erfindung diesen Versatz beispielsweise dadurch, dass sie den bekannten Austritt von dem Signal subtrahiert, das der Sensor oder Prozessor ausgibt. Natürlich werden in der Erfindung sämtliche anderen Vorgehensweisen zum Korrigieren der vom Sensor oder Prozessor ausgegebenen Signale, die diesen Austritt berücksichtigen, ebenfalls in Betracht gezogen. Man kann beispielsweise die vertikale Achse im Kurvendiagramm mit der quantitativen Patientenströmung neu skalieren, damit der durch den Austritt verursachte Versatzwert als effektive Achse mit dem Strömungswert null definiert wird. Das Strömungssignal schwankt um diese effektive Achse mit dem Strömungswert null, falls der Maske konstant Gas zugeführt wird.
18 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Zwischenstück-Messgeräts gemäß den Prinzipien der Erfindung. Diese Ausführungsform gleicht der oben im Zusammenhang mit 17 besprochenen Ausführungsform; eine Überdruckvorrichtung 244 führt jedoch über einen Atemkreis 248 ein Atemgas in ein Zwischenstück 246. In der dargestellten Ausführungsform ist das Zwischenstück 246 ein Maskenzwischenstück, das die Nase des Anwenders oder die Nase und den Mund des Anwenders bedeckt. Es befinden sich keine Löcher in der Maske, die als Belüftungselement dienen. Statt dessen ist eine Adaptervorrichtung 250 mit der Maske verbunden. Die Adaptervorrichtung 250 befestigt ein Ende des Atemkreises 248 an der Maske 246. Die Adaptervorrichtung 250 enthält auch mindestens ein Loch 252, das verschiedene Ausgestaltungen aufweisen kann und den Innenbereich der Maske 246 mit der umgebenden Atmosphäre verbindet. Ein hohles Rohr 254 ist mit einer in der Adaptervorrichtung 250 bestimmten Öffnung gekoppelt und verbindet einen Sensor 256 mit dem Inneren der Maske 246. Der Sensor 256 erfüllt die gleiche Funktion wie die in 5 und 9 dargestellte Schaltung. Natürlich kann man den Sensor 256 auch an anderen Stellen als dem Atemkreis mit der Maske verbinden. Man kann den Sensor 256 beispielsweise direkt mit einer Abnahmeöffnung verbinden, die in der Maske 246 bestimmt ist oder entlang des Atemkreises 248 vorgesehen werden kann, solange der Sensor 256 eine Fließeigenschaft im Zusammenhang mit dem Druckdifferenzial misst, das durch das Entlüften des Maskeninneren in die umgebende Atmosphäre verursacht wird.
In der Erfindung wird auch in Betracht gezogen, dass man die Löcher 252 von dem Zwischenstück und/oder Atemkreis entfernen kann, so dass kein Belüftungselement zwischen der Überdruckvorrichtung und dem Patienten vorhanden ist. Statt dessen dient der Gaseinlass in die Überdruckvorrichtung als Hauptbelüftungselement, d. h. Einlass bzw. Auslass für den Patientenkreis. Während der Einatmung liefern das Einatmen des Patienten und der von der Überdruckvorrichtung gelieferte Druck Atemgas zum Patienten. Während der Ausatmung bewirkt die Ausatmungskraft des Patienten, dass Gas in die Überdruckvorrichtung zurückgeführt wird und aus dem dort vorhandenen Gaseinlass strömt.
Wie in den in 16 und 17 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsformen erzeugt die konstante Atemgaszufuhr zur Maske 246 einen im Wesentlichen konstanten Austritt aus der Maske über die Löcher 252. Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen kompensiert die Erfindung den durch diese Gaszufuhr verursachten Versatz beispielsweise durch das Subtrahieren des bekannten Austritts vom Signal, das der Sensor oder Prozessor abgibt. Liefert die Überdruckvorrichtung 244 einen Druck mit zwei Stärken oder einen veränderlichen Druck, so kann man den beschriebenen Vorgehensweisen ähnliche Kompensationstechniken dazu einsetzen, den durch den variablen Druck bewirkten Versatz zu korrigieren.
17 und 18 zeigen das Bereitstellen einer Atemgaszufuhr für ein Patientenzwischenstück in Maskenbauart. Natürlich kann man gemäß den Prinzipien der Erfindung ein Atemgas wie Sauerstoff zusätzlich zu der in 15 dargestellten Inkubationskammer auch anderen Arten von Patientenzwischenstücken zuführen. 19 zeigt beispielsweise ein Patientenzwischenstück mit Nasenansätzen, das der Darstellung in 15 gleicht; das Nasenansatz-Zwischenstück 260 in 19 enthält jedoch eine Sauerstoffzufuhr zum Patienten. In jeder anderen Hinsicht stimmt die vierte Ausführungsform der Erfindung mit der in 14 dargestellten Vorrichtung überein.
In der dargestellten Ausführungsform enthalten die Nasenansätze 260 vorspringende Abschnitte 262, die in die Nasenlöcher des Anwenders eingesetzt werden. In jedem Ende der vorspringenden Abschnitte sind Öffnungen vorhanden. Das proximale Ende der vorspringenden Abschnitte 262 enthält mindestens ein Belüftungsloch 264, das die gleiche Funktion ausführt wie die Belüftungslöcher 212 in der in 15 dargestellten Nasenkanüle. Ein Sensor (nicht dargestellt), der die gleiche Funktion ausführt wie der Sensor 78 in 4A und 4B, ist über ein erstes hohles Rohr 266 und kurze Verbindungsrohre 268 mit dem Innenbereich der beiden vorspringenden Abschnitte 262 verbunden. Ein Atemgas, beispielsweise Sauerstoff, wird dem Inneren der vorspringenden Abschnitte 262 über ein zweites hohles Rohr 270 und kurze Verbindungsrohre 272 geliefert. Die konstan te Atemgaszufuhr zu den Nasenansätzen 262 erzeugt einen im Wesentlichen kontinuierlichen Austritt aus den Löchern 264 der vorspringenden Abschnitte. Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen kompensiert die Erfindung den durch diese Gaszufuhr verursachten Versatz beispielsweise durch das Subtrahieren des bekannten Austritts von dem Signal, das der Sensor oder Prozessor ausgibt.
In der Erfindung wird auch in Betracht gezogen, dass man ein Atemgas in das Rohrstück liefern kann, das das Nasenansatz-Zwischenstück mit dem Sensor verbindet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da man nicht zwei hohle Rohre und zwei Verbindungsrohre benötigt, die mit jedem vorspringenden Abschnitt des Nasenansatz-Zwischenstücks verbunden werden müssen.
Die Erfindung ist zum Zweck der Erläuterung ausführlich beschrieben worden. Die Beschreibung beruht auf den Ausführungsformen, die derzeit als am besten umsetzbar und bevorzugt betrachtet werden. Natürlich dienen die Einzelheiten nur diesem Zweck, und die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt. Es ist ganz im Gegenteil beabsichtigt, Abwandlungen und gleichartige Anordnungen abzudecken, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen. Die Prozessoren 92 und 146 sind beispielsweise als integrierte Schaltung beschrieben, die ein vorbestimmtes Programm ausführt. Natürlich kann man diese Funktionen auch mit fest verdrahteten Schaltelementen erfüllen.

Claims

Patientenüberwachungsapparat, umfassend ein Nutzerzwischenstück (72) mit einem Innenbereich (74), eingerichtet für eine Verbindung mit dem Luftweg des Nutzers, so dass von diesem im Wesentlichen alles Gas in- und exhaliert wird über diesen Luftweg, der in den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks mündet, wobei das Nutzerzwischenstück eine Maske ist, welche mindestens Nase und/oder Mund des Nutzers überdeckt, oder eine Nasenkanüle mit mindestens einer Abzweigung, die in den Rachen des Nutzers führt; gekennzeichnet durch eine Atemgasversorgung (222, 233), die mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks verbunden ist und die Atemgas in den Innenbereich des Nutzerstücks bereitstellt, mindestens ein Ventilelement (76), ausgebildet in einer Wand (73) des Nutzerzwischenstücks und verbunden mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks, wobei außerhalb des Nutzerzwischenstücks Umgebungsluft vorliegt, und wobei mindestens Ventilelement und/oder Nutzerzwischenstück ein Fließelement enthalten, über das beim Inhalierung und Exhalierung, ein Druckdifferenzial auftritt, wobei das Druckdifferenzial ein Druckunterschied ist zwischen einem ersten Druck im Innenbereich des Nutzerzwischenstücks und dem Druck der Umgebungsluft außerhalb des Nutzerzwischenstücks; ein Sensor (78), der mit dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks verbunden ist, wobei der Sensor eine Fließeigenschaft bestimmt, welche sich aus dem Druckdifferenzial ergibt, und der ein erstes Signals (84) ausgibt, welche die Fließeigenschaft anzeigt; sowie eine Prozesseinheit (92), die das erste Signal empfängt und die einen quantitativen Wert von einer physiologischen Eigenschaft des Nutzers auf Basis des ersten Signals bestimmt.
Apparat nach Anspruch 1, wobei der Sensor gekoppelt ist mit dem Nutzerzwischenstück über ein einzelnes hohles Rohr, wobei mindestens ein Element aus Sensor und Nutzerzwischenstück von dem hohlen Rohr selektiv entfernbar ist.
Gerät nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Wahleinrichtung zum Wählen mindestens eines Typs aus einer Anzahl Nutzerzwischenstücktypen, an welche der Sensor für eine Kopplung eingerichtet ist, wobei die Prozesseinheit den quan titativen Wert für die physiologische Eigenschaft bestimmt auf Basis des Nutzerzwischenstücktyps, der von der Wahleinrichtung gewählt ist.
Apparat nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Kommunikationseinheit zum Übertragen von mindestens einem Signal aus erstem Signal und Signal, das dem quantitativen Wert entspricht, an einen entfernten Empfänger.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die physiologische Eigenschaft eine Eigenschaft ist, die mit der Atmung zusammenhängt.
Apparat nach Anspruch 5, wobei die mit der Atmung zusammenhängende Eigenschaft mindestens eine ist aus Gasfließrate durch das Nutzerzwischenstück und Gasvolumen, das den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks verlässt über mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder einen vorbestimmten Abschnitt des Atmungszyklus.
Apparat nach Anspruch 6, wobei der Gasfluss durch das Nutzerzwischenstück beinhaltet einen Fluss, der vom Rachen des Patienten kommt, wobei die Prozesseinheit einen quantitativen Wert bestimmt für das Gasvolumen, das vom Rachen verdrängt wird.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die Prozesseinheit ausgibt ein zweites Signal, das für den quantitativen Wert steht, und der Apparat zudem aufweist eine Ausgabevorrichtung, die das zweite Signal in eine für den Menschen merkbaren Ausgabe umsetzt.
Apparat nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Gasflusssensor ist und die vom Sensor gemessene Fließeigenschaft die Gasflussrate durch den Sensor ist und zwar zwischen dem Innenbereich des Nutzerzwischenstücks und der Umgebungsluft.
Apparat nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Drucksensor ist und die vom Sensor gemessene Fließeigenschaft ein Druck ist innerhalb des Innenbereichs des Nutzerzwischenstücks.
Apparat nach Anspruch 1, zudem aufweisend eine Ausgabevorrichtung, die das erste Signal umsetzt in ein vom Menschen wahrnehmbares Ausgabesignal, welches die physiologische Eigenschaft anzeigt.
Apparat nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Ventileinheit mindestens ein Loch mit festem Durchmesser besitzt, das in der Maske ausgeführt ist.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die Abzweigung eine Öffnung aufweist, die am entfernten Ende der Abzweigung ausgeführt ist und die den Innenbereich des Nutzerzwischenstücks mit einem Nasenraum des Nutzers verbindet, wobei die mindestens eine Lüftungseinheit mindestens ein Loch mit festem Durchmesser besitzt, das am zugewandten Ende der Abzweigung ausgeführt ist.
Apparat nach Anspruch 1, wobei das Nutzerzwischenstück eine Kammer ist, eingereicht zur Aufnahme mindestens eines Bereichs des Nutzers darin, wobei das Innenteil des Nutzerzwischenstücks einem Innenabschnitt der Kammer entspricht.
Apparat nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Atmungsschaltung, die funktionell gekoppelt ist mit dem Nutzerzwischenstück, und wobei eine Ausgangsöffnung in dem Atmungskreislauf ausgebildet ist.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die Atemgasversorgung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines positiven Drucks besitzt, welche das Atemgas dem Nutzer mit einem positiven Druck bereitstellt, der größer ist als der zweite Druck der Umgebungsatmosphäre außen um das Nutzerzwischenstück, und wobei das Nutzerzwischenstück eine Maske umfasst, die mindestens Nase und/oder Mund des Nutzers abdeckt und mindestens einen Abschnitt einer Gasversorgungsleitung, welche die Vorrichtung zur Erzeugung eines positiven Drucks mit der Maske verbindet.
Apparat nach Anspruch 16, wobei das mindestens eine Lüftungsloch mindestens ein Loch mit festem Durchmesser besitzt, das in der mindestens einen Maske ausgeführt ist und einen Abschnitt der Gasversorgungsleitung nächst zur Maske führt.
Apparat nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Einrichtung für eine Quittierung des Ausgleichs der ersten Signalausgabe durch den Sensor, wobei der Ausgleich erfolgt von der Gasversorgung durch die Lieferung von Gas zum Innenbereich.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die Atemgasversorgung eine Vorrichtung zur Erzeugung positiven Drucks ist, die dem Nutzer über einen Atmungszyklus Atemgas mit variabler Druckhöhe bereitstellt.