Regulationsverhalten von Auto-CPAP-Geräten während der Simulation von schlafbezogenen Atemflussmustern

Zusammenfassung

Einleitung: Die Funktionsweise automatischer CPAP-Geräte (APAP) ist mit klinischen Untersuchungen aufgrund der hohen Variabilität der Atmungsstörung nur schlecht zu untersuchen. Mit einem Flussgenerator können identische Atemmuster reproduziert werden, sodass vergleichende Untersuchungen zum Druckverhalten von APAP-Geräten möglich werden. Da die Algorithmen von APAP-Geräten aufgrund der Erfahrungen der Anwender ohne größeren Aufwand durch den Hersteller modifiziert werden können, sollten auch bereits auf dem Markt eingeführte Geräte regelmäßig auf Programmveränderungen überprüft werden.

Fragestellung: Wurden im Vergleich zu den bisher publizierten Bench-Studien Veränderungen der Steuerprogramme von 3 ausgewählten Geräten durchgeführt und stimmen unsere Ergebnisse mit den vorangegangenen Untersuchungen überein? Differenzieren die aktuell untersuchten Geräteversionen zwischen offenen und geschlossenen Apnoen?

Methodik: Mit einer selbstentwickelten reglergesteuerten Atempumpe wurden schlafbezogene Atemflussmuster sowie mit einem rechnergesteuerten Ventil die Widerstände der oberen Atemwege simuliert. Drei verschiedene Auto- CPAP-Geräte wurden einem Bench-Test ohne und mit Rückkopplung (open/closed loop) unterzogen.

Ergebnisse: Open loop: Die Geräte zeigten deutliche Unterschiede in der Geschwindigkeit des Druckanstiegs, unterscheiden sich aber nicht von den früheren publizierten Ergebnissen. Bei einem Ausgangsdruck von jeweils 4 mbar erfolgte der Druckanstieg bis 10 mbar nach einer unterschiedlichen Anzahl von Apnoen (1 – 6 repetitive Apnoen). Nur ein Gerät differenzierte zwischen geschlossenen und offenen Apnoen. Closed loop: Die durch die Druckerhöhung reduzierte Obstruktion der oberen Luftwege (aus Apnoe wird Hypopnoe, aus Hypopnoe wird Flattening) führte in den 3 Geräten zu unterschiedlichen Mustern der Druckregulation.

Schlussfolgerung: Durch Bench-Tests kann der Algorithmus der APAP-Geräte regelmäßig überprüft und Veränderungen der Software erkannt werden. Die Differenzierung zwischen offenen und geschlossenen Apnoen sollte bei einigen APAP-Geräten verbessert werden.

Abstract

Introduction: The function of automatic CPAP devices is difficult to investigate using clinical examinations due to the high variability of breathing disorders. With a flow generator, however, identical breathing patterns can be reproduced so that comparative studies on the behaviour of pressure of APAP devices are possible. Because the algorithms of APAP devices based on the experience of users can be modified without much effort, also previously investigated devices should regularly be reviewed with regard to programme changes.

Questions: Had changes occurred in the algorithms of 3 selected devices – compared to the previously published benchmark studies? Do the current versions of these investigated devices differentiate between open and closed apnoeas?

Method: With a self-developed respiratory pump, sleep-related breathing patterns and, with the help of a computerised valve, resistances of the upper respiratory tract were simulated. Three different auto-CPAP devices were subjected to a bench test with and without feedback (open/closed loop).

Results: Open loop: the 3 devices showed marked differences in the rate of pressure rise but did not differ from the earlier published results. From an initial pressure of 4 mbar the pressure increased to 10 mbar after a different number of apnoeas (1 – 6 repetitive apnoeas). Only one device differentiated between closed and open apnoeas. Closed loop: due to the pressure increase, the flow generator simulated reduced obstruction of the upper airways (apnoeas changed to hypopnoeas, hypopnoeas changed to flattening) but different patterns of pressure regulation could still be observed.

Conclusion: By applying bench-testing, the algorithms of auto-CPAP devices can regularly be reviewed to detect changes in the software. The differentiation between open and closed apnoeas should be improved in several APAP devices.

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