DE20315975U1 - Breathing apparatus control device, especially for a medical emergency breathing apparatus, has an operating controller that is temporally switched between measurement and regulation phases in a real-time control cycle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Beatmungsgerätes, die mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Beatmungsparameters sowie mindestens einen Regler zur Vorgabe eines Stellwertes aufweist, der an eine Ablaufsteuerung angeschlossen ist.The invention relates to a device for controlling a ventilator, the at least one sensor for detecting a ventilation parameter and at least one controller for specifying a control value, which is connected to a sequence control.
Derartige Steuereinrichtungen werden für unterschiedliche Beatmungsgeräte verwendet. Beispielsweise können dies Geräte zur Durchführung von Notfallbeatmungen sein. Die Steuervorrichtungen können aber auch bei anderen Beatmungsgeräten eingesetzt werden, die für druckunterstützte Beatmungen verwendet werden und typischerweise während des Schlafes von Patienten zur Anwendung kommen.Such control devices are for different ventilators used. For example, you can this equipment to carry out Be emergency respirations. The control devices can but also with other ventilators be used for Pressure Support Ventilations are used and typically during sleep of patients come into use.
Die Vorrichtungen werden in unterschiedlichen Gestaltungen im medizinischen Bereich verwendet. Grundsätzlich wird zwischen Anwendungen im mobilen Bereich sowie im stationären Bereich unterschieden. Mobile Anwendungen finden sich insbesondere im prähospitalen Einsatz bei Primärtransporten, Sekundärtransporten sowie bei innerklinischen Transporten. weitere Anwendungen können im quasistationären Bereich gegeben sein, bei dem bekannte stationäre klinische Vorrichtungen aus wirtschaftlichen oder logistischen Überlegungen nicht zum Einsatz kommen können.The devices are in different Designs used in the medical field. Basically between applications in the mobile area as well as in the stationary area distinguished. Mobile applications can be found especially in prehospital Use in primary transports, Secondary transport as well as in intra-hospital transports. Other applications can be found in the quasi-stationary Given in the known stationary clinical devices for economic or logistical considerations not used can come.
Stationäre Anwendungen sind hauptsächlich im klinischen Bereich gegeben, um eine qualitativ hochwertige Patientenversorgung zu gewährleisten.Stationary applications are mainly in the clinical area given to a high quality patient care to ensure.
Die bislang bekannten mobilen Beatmungsvorrichtungen, die überwiegend bei der Durchführung von Tranportbeatmungen verwendet werden, funktionieren im wesentlichen entsprechend einer getakteten Luftpumpe, die in vorgegeben zeitlichen Intervallen ein vorgegebenes Atmungsvolumen in die Lungen des Patienten einleitet und in zwischenliegenden Entspannungsphasen ein Entweichen der Atmungsluft zuläßt bzw. dies aktiv unterstützt. Ggf. vorhandene Restfähigkeiten des Patienten zur eigenständigen Durchführung der Atmungsvorgänge bleiben hierbei in der Regel unberücksichtigt. Dies hat zur Folge, daß die Restatmungsfunktion des Patienten bei der Durchführung der Transportbeatmung weiter abnehmen kann.The hitherto known mobile ventilation devices, the predominantly during execution of transport breaths work essentially according to a clocked air pump, at predetermined time intervals introduces a given volume of breathing into the patient's lungs and in intermediate relaxation phases an escape of the respiratory air permits or this is actively supported. Possibly. existing residual capabilities of the patient to the independent execution the respiratory processes usually not considered here. As a consequence, that the Restatmungsfunktion the patient in carrying out the transport ventilation on can lose weight.
Generell besteht bei der Durchführung von Steuervorgängen für Beatmungsgeräte das Problem darin, daß eine A-daption an einen jeweiligen aktuellen physiologischen Zustand des Patienten angestrebt wird. Bei hochwertigen Steuerungen erfolgt deshalb sowohl eine meßtechnische Erfassung minde stens eines Beatmungsparameters als auch eine Adaption von durchgeführten Steuerungsvorgängen bzw. Regelungsvorgängen an die jeweilige Anwendungssituation.Generally, the problem with performing ventilator control is that that one A-daption to a respective current physiological state the patient is desired. Therefore, with high-quality controls both a metrological Detection of at least one ventilation parameter as well as an adaptation carried out by Control processes or control processes to the respective application situation.
Insbesondere bei komplexen Beatmungsformen mit unterschiedlichen Grunddruckniveaus, sogenannten Bilevel-Beatmungen, ist der Aufwand zur Regelung des Drucks bei einer druckkontrollierten Beatmung bzw. des Flows bei flowkontrollierten oder volumenkontrollierten Beatmungen sehr hoch. Die Steuerungs- und Regelungseinheiten werden typischerweise mit Mikroprozessoren ausgestattet, die entsprechende Regelalgorhythmen abarbeiten. Typischerweise ist eine derartige Abarbeitung im Bereich der zentralen Rechnereinheit des Beatmungsgerätes lokalisiert. Die Sensorsignale müssen dabei in Echtzeit verarbeitet werden und es ist ebenfalls erforderlich, die Ansteuersignale für die zugeordneten Aktoren, beispielsweise die Ventile oder Gebläse, in Echtzeit bereitzustellen. Bei längeren Bearbeitungszeiten treten zum Teil erhebliche Regelfehler auf. Zur Verkürzung der Verarbeitungszeiten werden zunehmend kostenintensive Prozessorsysteme mit hoher Leistungsfähigkeit eingesetzt.Especially with complex forms of ventilation with different baseline pressure levels, so-called bilevel ventilations, is the effort to control the pressure in a pressure-controlled ventilation or the flow in flow-controlled or volume-controlled Ventilations very high. The control and regulation units are typically equipped with microprocessors, the corresponding Process rule algorithms. Typically, such is Processing in the area of the central computer unit of the ventilator localized. The sensor signals must are processed in real time and it is also necessary the drive signals for the associated actuators, such as valves or blowers, in real time provide. For longer Processing times are sometimes significant regulatory errors. to shortening Processing times are becoming increasingly expensive processor systems with high efficiency used.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei softwarebasierten Ablaufsteuerungen zusätzlich zur Implementierung der Echtzeitregelung auch weitere Funktionsbereiche des Geräts abgedeckt werden müssen, die aufgrund meßtechnisch erfaßter Auslösesituationen oder aufgrund von manuellen Eingaben durchgeführt werden müssen. Typischerweise müssen neben der eigentlichen Regelungsfunktion auch noch Funktionen hinsichtlich der Messung von atemphysiologischen Parametern, eine Überwachung der Gerätefunktion, eine Ansteuerung eines Displays, eine Abfrage der Bedienelemente, die Handhabung von Alarmmeldungen sowie die Datenspeicherung durchgeführt werden.Another problem is that at software-based Sequential control in addition For the implementation of real-time control also other functional areas of the device need to be covered the due to metrological detected triggering situations or due to manual input. Typically, next to The actual control function also functions in terms the measurement of respiratory physiological parameters, monitoring the device function, a control of a display, a query of the controls, the handling of alarm messages as well as the data storage are carried out.
Besonders problematisch sind die Berechnung und die Überwachung von atemphysiologischen Größen, beispielsweise des Tidalvolumens und der Lungenimpedanz sowie die Erfassung und Verarbeitung situativer Parameter, beispielsweise das Auftreten von Leckagen. Eine qualitativ hochwertige Bewältigung dieser Anwendungssituationen führt zu hohen Anforderungen sowohl an die eingesetzte Hardware als auch an die Software.Particularly problematic are the Calculation and monitoring of respiratory physiological variables, for example tidal volume and pulmonary impedance as well as detection and processing situational parameters, such as the occurrence of leaks. A high quality coping these application situations leads to high demands on both the hardware used and to the software.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine qualitativ hochwertige Gerätefunktion bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit und übersichtlicher Systemstruktur bereitgestellt wird.Object of the present invention it is, a device of the kind mentioned in the introduction to such construct that one high quality device function at the same time high reliability and clearer System structure is provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ablaufsteuerung zeitlich alternierend Meßphasen und Regelphasen vorgibt und daß der Regler als Teil einer Echtzeitregelung ausgebildet ist.This object is achieved according to the invention solved, that the Sequence control temporally alternating measuring phases and control phases specified and that the Regulator is designed as part of a real-time control.
Die Realisierung der Ablaufsteuerung derart, daß alternierende Meßphasen und Regelphasen durchgeführt werden, ermöglicht es, eine sehr weitgehende Entkopplung der jeweiligen Steuerungselemente sowie der zugeordneten Softwaremodule vorzunehmen. Diese Entkopplung führt zu einer sehr großen Übersichtlichkeit der Systemstruktur und erleichtert eine Inbetriebnahme sowie eventuell erforderliche Fehlersuchen bei der Systemherstellung. Insbesondere führt die realisierte zeitliche Entkopplung der Systemfunktionen bei einer einfachen Verarbeitungsstruktur, die die Abarbeitung von regelmäßig oder spontan zu erledigenden Zusatzfunktionen unterstützt.The realization of the sequence control in such a way that alternating measuring phases and control phases are carried out makes it possible to carry out a very extensive decoupling of the respective control elements as well as of the associated software modules. This decoupling leads to a very large clarity of the system structure and facilitates commissioning and possibly required troubleshooting during system production. In particular, the realized temporal decoupling of the system functions leads to a simple processing structure which supports the execution of additional functions to be performed regularly or spontaneously.
Gemäß einer beispielhaften Anwendung ist vorgesehen, daß das Beatmungsgerät als ein Notfallbeatmungsgerät ausgebildet ist.According to an exemplary application is provided that the ventilator as an emergency ventilator is trained.
Zur Unterstützung von mobilen Anwendungen erweist es sich als vorteilhaft, daß das Beatmungsgerät im Bereich eines Transportkoffers angeordnet ist.To support mobile applications it proves to be advantageous that the ventilator in the area a transport case is arranged.
Eine einfache Systemstruktur wird auch dadurch unterstützt, daß die Ablaufsteuerung die Meßphasen in periodisch wiederkehrenden Zeitabständen vorgibt.A simple system structure will also supported by that the Sequence control the measuring phases in periodically recurring time intervals pretends.
Zur Verbesserung der adaptiven Systemeigenschaften ist es möglich, daß der zeitliche Abstand von Meßphasen in Abhängigkeit von mindestens einem meßtechnisch erfaßten Parameter vorgegeben ist.To improve the adaptive system properties Is it possible, that the time interval of measuring phases dependent on of at least one metrological detected Parameter is specified.
Insbesondere ist zur Verbesserung der vorhandenen Verarbeitungskapazität daran gedacht, daß während der Durchführung einer Meßphase ein Regelungsmodul deaktiviert und ein Steuerungsmodul aktiviert ist.In particular, to improve the existing processing capacity thought that during the execution a measuring phase disables a control module and activates a control module is.
Zur Annäherung des Steuerungsverhaltens an eine Echtzeitregelung wird vorgeschlagen, daß die Steuerung zur Verarbeitung eines historienbasierten Aktorensteuersignals ausgebildet ist.To approximate the control behavior a real-time control is proposed that the controller for processing a history-based actuator control signal is formed.
Eine typische Systemauslegung erfolgt derart, daß auf eine Meßphase eine Anzahl von n Regelphasen mit n > 1 vorgegeben sind.A typical system design is done such that on a measuring phase a number of n control phases with n> 1 are given.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet besteht darin, daß der Regler zur Unterstützung einer Bilevel-Beatmung ausgebildet ist.A preferred field of application is that the Regulator for support a bilevel ventilation is formed.
Zur Unterstützung einer optimalen Durchführung der Steuerungsvorgänge wird vorgeschlagen, daß mindestens zeitweilig ein Speicher zur Aufzeichnung mindestens eines Signals aktiviert ist.To support an optimal implementation of the control operations it is proposed that at least temporarily a memory for recording at least one signal is activated.
Eine Annäherung des Steuerungsverhaltens an ein Regelungsverhalten wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß eine Recheneinheit zur Ermittlung mindestens eines zeitlich durchschnittlichen Steuersignals verwendet ist.An approximation of the control behavior a regulatory behavior is made possible in particular by that one Arithmetic unit for determining at least one time-average control signal is used.
Eine gerätetechnische Realisierung besteht darin, daß die Steuereinheit zur Ansteuerung mindestens eines Ventils ausgebildet ist.A device realization is to that the Control unit designed to control at least one valve is.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Steuereinheit zur Ansteuerung mindestens eines Gebläses ausgebildet ist.According to a further embodiment variant provided that the Control unit for controlling at least one blower formed is.
Eine hohe Anwendungsflexibilität bei gleichzeitig kompakter Gerätegeometrie wird dadurch erreicht, daß die Steuereinheit mindestens teilweise als eine Software realisiert ist.A high application flexibility at the same time compact device geometry is achieved by the Control unit realized at least partially as a software is.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the Invention shown schematically. Show it:
Ergibt die Auswertung, daß noch nicht der m–te Atemzug vorliegt, so erfolgt eine Aktivierung des Moduls zur Echtzeit-Druckregelung sowie anschließend eine Aufnahme des Drehzahlmusters n(t) der Turbine. Das Drehzahlmuster entspricht der Drehzahlfunktion des aktuellen Atemzuges.If the evaluation shows that not yet the mth If there is a breath, activation of the module for real-time pressure regulation takes place subsequently a recording of the speed pattern n (t) of the turbine. The speed pattern corresponds to the speed function of the current breath.
Nach der Aufnahme des Drehzahlmusters wird eine Berechnung des Durchschnittsmusters über die bereits durchlaufenen Atemzüge durchgeführt. Beispielsweise kann hierbei eine Anzahl von m-1 Atemzügen berücksichtigt werden, die zuletzt durchlaufen wurden. Der ermittelte Durchschnittswert wird abgespeichert und einer Drehzahlsteuerung zugeführt.After recording the speed pattern is a calculation of the average pattern over those already completed breaths carried out. For example, a number of m-1 breaths can be considered here that were last traversed. The determined average value is stored and fed to a speed control.
Anschließend erfolgt eine erneute Abfrage, ob bereits der m–te Atemzug erreicht ist, bei dem keine Regelung sondern eine Steuerung durchgeführt werden soll. Liegt dieser Atemzug vor, so wird die Drehzahlsteuerung aktiviert und die Drehzahl unter Berücksichtigung des zuletzt ermittelten durchschnittlichen Drehzahlwertes eingestellt. Beim nächsten nachfolgenden Atemzug erfolgt dann wieder eine Regelung.Subsequently, a new query, whether already the mth Breath is reached, at which no regulation but a control be performed should. If this breath is present, the speed control is activated and the speed under consideration of the last determined average speed value. At the next subsequent breath then takes place again a scheme.
Durch den in
Ebenfalls ist es denkbar, bei einer
Durchführung
der Mittelwertbildung eine Filterung durchzuführen, die sporadische deutliche
Abweichungen von einem mittleren Systemverhalten unberücksichtigt
läßt. Das
jeweilige Systemverhalten kann entweder fest vorgegeben werden,
manuell einstellbar sein oder adaptiv von der Steuereinheit (
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20040506 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20060831 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20100113 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20120110 |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |