DE10014077B4

DE10014077B4 - Method and device for determining the respiratory activity of a living being

Info

Publication number: DE10014077B4
Application number: DE2000114077
Authority: DE
Inventors: Wei Zhang
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: DE10014077A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Atemaktivität eines Lebewesens, bei dem Pulswellenlaufzeiten, die vom Herzschlag erzeugte Druckwellen zum Erreichen einer vorbestimmten, peripheren Körperstelle jeweils benötigen, bestimmt werden, im zeitlichen Verlauf der Pulswellenlaufzeiten periodische Schwankungen bestimmt werden und aus den periodischen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten die Atemaktivität bestimmt wird, wobei
Amplituden der periodischen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten bestimmt und aus den Amplituden Atemstillstände erkannt werden,
eine zeitliche Länge der Atemstillstände anhand der Zeitdauer bestimmt wird, in der die Amplituden unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegen, und wobei
der Schwellenwert in Abhängigkeit vorangegangener Amplitudenwerte bestimmt wird.Method for determining the respiratory activity of a living being, in which pulse wave transit times that each require pressure waves generated by the heartbeat to reach a predetermined, peripheral body location are determined, periodic fluctuations are determined in the course of the pulse wave transit times, and from the periodic fluctuations of the time course of the pulse transit times Respiratory activity is determined, wherein
Amplitudes of the periodic fluctuations of the time course of the pulse wave transit times are determined and recognized from the amplitudes of respiratory arrest,
a temporal length of respiratory arrest is determined by the time period in which the amplitudes are below a predetermined threshold, and wherein
the threshold value is determined as a function of preceding amplitude values.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Atemaktivität eines Lebewesens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität eines Lebewesens.The The present invention relates to a method for the determination of respiratory activity of a living thing. Furthermore, the invention relates to a device for Determination of respiratory activity of a living thing.

Als ein wichtiger Kreislaufparameter in der Medizin wird die Respiration gemessen und zur Patientüberwachung und Diagnostik von Schlaf- und Atemregulationsstörungen bei Erwachsenen und Kleinkindern im Schlaflabor verwendet. Heutzutage wird die Atmung häufig mit Hilfe eines Thermistors, der die Temperaturdifferenz zwischen dem ein- und ausgeatmeten Luftstrom mißt, oder mit Hilfe der Induktionsplethysmographie oder der Impedanzpneumographie bestimmt, wobei Atembewegungen an Bauch und Brust erfaßt werden. Diese Methoden sind jedoch apparatetechnisch relativ aufwendig.When An important circulatory parameter in medicine is respiration measured and for patient monitoring and diagnosis of sleep and respiratory regulation disorders in adults and infants used in the sleep laboratory. Nowadays, breathing is often with Help of a thermistor, which determines the temperature difference between the measured by inhaled and expired airflow, or by induction plethysmography or impedance pneumography, with respiratory movements to the abdomen and chest captured become. However, these methods are relatively expensive in terms of apparatus.

Ebenfalls bekannt ist es, über die Erfassung und Auswertung des Puls- und Herzfrequenzsignals Aussagen über die Atmung zu treffen. Eine erste Verfahrensweise hierzu ist die Extraktion der Einhüllenden des Pulssignals mittels Bandpaßfilter. Eine zweite Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, daß die Atemfrequenz durch eine Spektralanalyse des Herzfrequenzsignales bestimmt wird (vgl. EP 0 875 199 A1 ). Diese Methoden haben jedoch den Nachteil, daß die Qualität des aus dem Pulssignal extrahierten Atemsignals patientenabhängig und insbesondere kritisch ist, um bei der Erkennung von Atemstillstand, der sogenannten Apnoe-Erkennung, verwertet zu werden.It is also known to make statements about breathing via the acquisition and evaluation of the pulse and heart rate signal. A first procedure for this is the extraction of the envelope of the pulse signal by means of a bandpass filter. A second method is characterized in that the respiratory rate is determined by a spectral analysis of the heart rate signal (see. EP 0 875 199 A1 ). However, these methods have the disadvantage that the quality of the breath signal extracted from the pulse signal is patient-dependent and, in particular, critical in order to be utilized in the detection of respiratory arrest, the so-called apnea detection.

In der Publikation „E. David: Eine Methode zur fortlaufenden differentiellen Registrierung der Pulswellengeschwindigkeit am Menschen", in Zeitschrift für Biologie, Bd. 115, 02.06.1965, S. 118 bis 133, ist weiterhin der Zusammenhang beschrieben, daß die Pulswellengeschwindigkeit und die Pulsfrequenz durch die Atmung bedingte Schwankungen aufweist und diese Schwankungen bei Apnoen fast völlig verschwinden. Ein konkreter Weg, hieraus zuverlässig und präzise das Vorliegen von Atemstillständen sowie deren zeitliche Länge zu bestimmen, ohne hierbei systematischen Fehlern durch nicht-respiratorisch bedingte Schwankungen im Verlauf der Pulswellenzeiten zu unterliegen, ist in dieser Schrift jedoch nicht angegeben.In the publication "E. David: A method for continuous differential registration the pulse wave velocity in humans ", in Journal of Biology, Vol. 115, 02.06.1965, Pp. 118 to 133, the context that the pulse wave velocity and the pulse rate has variations due to respiration and these fluctuations in apneas almost disappear completely. A concrete one Way, from this reliable and precise the presence of respiratory arrest as well as their time length to determine without thereby systematic errors by non-respiratory subject to conditional fluctuations in the course of the pulse wave times, is not specified in this document.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität anzugeben, die die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden. Insbesondere soll mit einfachen Mitteln ein die Atemaktivität besser kennzeichnendes Atmungssignal bereitgestellt werden, das eine präzise und zuverlässige Bestimmung von Apnoen und deren Länge erlaubt.Of the The present invention is therefore based on the object, an improved To provide a method and an improved device for determining respiratory activity, which avoid the disadvantages of the prior art. Especially should by simple means a respiratory activity better characterizing respiratory signal be provided, which is a precise and reliable determination of apneas and their length allowed.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is with the features of the independent claims 1 and 11 solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Mit einer peripheren Körperstelle ist eine vom Herzen entfernt liegende Körperstelle wie z.B. ein Ohrläppchen oder ein Finger oder eine Zehe gemeint. Mit dem Begriff Pulswellenlaufzeit wird also die Zeit bezeichnet, die eine durch den Herzschlag erzeugte Druckwelle im Blutkreislauf braucht, bis sie die genannte periphere Stelle des Körpers erreicht. Aus dem zeitlichen Verlauf bzw. aus den periodischen Schwankungen der bestimmten Pulswellenlaufzeiten werden die die Atemaktivität kennzeichnenden Daten extrahiert. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Pulswellenlaufzeit und dem Blutdruck besteht und der Blutdruck eine atemabhängige Schwankung aufweist. Neben den dominanten, herzschlagsynchronen Blutdruckschwankungen, die als Rhythmus erster Ordnung eingestuft werden können, treten periodisch wiederkehrende Blutdruckschwankungen zweiter Ordnung auf, die auf die mechanische Tätigkeit von herzunabhängigen Strukturen zurückzuführen sind. Diese Schwankungen zweiter Ordnung stehen vor allem im Zusammenhang mit der Atmung. Die atemabhängige Variation des Blutdrucks wird teilweise durch eine zentrale Kopplung von Atmung und Kreislauf über das autonome Nervensystem bedingt, teilweise aber auch mechanisch durch die atembedingten Kapazitätsschwankungen der Lungengefäße hervorgerufen, die eine direkte Druckmodulation des der linken Herzhälfte zugeführten Blutes bewirken. Aus den dementsprechend hervorgerufenen Schwankungen der Pulswellenlaufzeiten werden bei dem vorliegenden Verfahren die die Atmung kennzeichnenden Daten gewonnen.With a peripheral body site is a heart away body site such as an earlobe or meant a finger or a toe. With the term pulse wave transit time So the time is called, which is a generated by the heartbeat Pressure wave in the bloodstream needs until it's called the peripheral Body of the body reached. From the time course or from the periodic fluctuations the particular pulse wave transit times become the ones which characterize the respiratory activity Extracted data. This is based on the knowledge that an approximately linear Relationship between the pulse wave transit time and the blood pressure exists and the blood pressure is a breath-dependent fluctuation having. In addition to the dominant, heartbeat synchronous blood pressure fluctuations, which can be classified as a first-order rhythm periodically recurring second-order blood pressure fluctuations on that on the mechanical activity from homegrown Structures are due. These second-order fluctuations are mainly related with the breathing. The breath-dependent Variation of blood pressure is partially due to a central coupling of Breathing and circulation over the autonomic nervous system conditionally, but partly mechanically the respiratory capacity fluctuations of the Caused pulmonary vessels, the a direct pressure modulation of the left half of the heart supplied blood cause. From the correspondingly caused fluctuations of the Pulse wave transit times in the present method are the respiration obtained characteristic data.

Insbesondere kann zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeiten das zeitliche Auftreten der Herzschläge vorzugsweise mittels eines EKG, also eines Elektrokardiogramms und das zeitliche Auftreten der jeweils zugehörigen Druckwellen an der peripheren Körperstelle erfaßt werden, wobei die Pulswellenlaufzeiten als Differenz der Zeitpunkte des Auftretens der Druckwellen an der peripheren Körperstelle und der Zeitpunkte des Auftretens der zugehörigen Herzschläge bestimmt werden. Die Atemaktivität wird also aus einer Kombination von Messung des Herzschlages und Messung des Pulsschlages an einer peripheren Körperstelle ermittelt. Das Auftreten der Druckwelle an der peripheren Körperstelle kann mittels eines PPG, d.h. Photoplethysmograph erfaßt werden.In particular, the temporal occurrence of the heartbeats can preferably be detected by means of an ECG, ie an electrocardiogram and the temporal occurrence of each associated pressure waves at the peripheral body site to determine the pulse transit times, the pulse wave transit times as the difference of the times of occurrence of the pressure waves at the peripheral body site and the times of occurrence of the associated heartbeats are determined. The respiratory activity is thus determined from a combination of measurement of the heartbeat and measurement of the pulse beat at a peripheral body site. The occurrence of the pressure wave at the peripheral body site can be detected by means of a PPG, ie photoplethysmograph become.

Als die Atemaktivität kennzeichnende Daten werden vorzugsweise die Dauer eines Atemzyklus bestimmt, die Atemfrequenz ermittelt und/oder Atemstillstände erkannt. Die Dauer eines Atemzyklus kann aus den periodischen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Insbesondere kann die Dauer eines Atemzyklus als zeitliche Differenz des Auftretens zweier aufeinanderfolgender Extremwerte des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Der aufsteigende Ast einer Schwankung des Pulswellenlaufzeitenverlaufs entspricht einem Einatmen und der absteigende Ast der entsprechenden Schwankung einem Ausatmen. Die Dauer einer Atmungsperiode kann als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Maxima bzw. zweier aufeinanderfolgender Minima im zeitlichen Verlauf der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden.When the respiratory activity Characteristic data are preferably used to determine the duration of a respiratory cycle. the respiratory rate is determined and / or respiratory arrest detected. The duration of a Breathing cycle may be from the periodic variations in the course of time the pulse wave transit times are determined. In particular, the Duration of a respiratory cycle as a time difference of the occurrence of two successive extreme values of the time course of the pulse wave transit times be determined. The ascending branch of a fluctuation of the pulse wave transit time course corresponds to an inhalation and the descending branch of the corresponding Fluctuation an exhalation. The duration of a respiratory period can be considered the time interval between two consecutive maxima or two successive minima in the time course of the pulse wave transit times determined become.

Insbesondere werden zur Bestimmung der Dauer eines Atemzyklus die gemessenen Pulswellenlaufzeiten von einem Mittelwert der vorhergehenden Pulswellenlaufzeiten befreit. Mit dem Ausdruck „vom Mittelwert befreit" ist hierbei gemeint, daß von einem jeweils aktuellen Meßwert der Pulswellenlaufzeit der Mittelwert aus n vorherigen Messungen der Pulswellenlaufzeit subtrahiert wird. In dem Verlauf der auf diese Weise vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeiten werden zunächst die Extremwerte gesucht und anschließend der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten gleicher Ordnung, d.h. zweier aufeinanderfolgender Maxima oder zweier aufeinanderfolgender Minima, gemessen. Dieser Zeitabstand entspricht dann einer Atemperiode.Especially are used to determine the duration of a respiratory cycle the measured Pulse wave transit times from an average of the previous pulse wave transit times freed. With the expression "from Mean value "is hereby meant that of a current measured value the pulse wave transit time the mean of n previous measurements the pulse wave transit time is subtracted. In the course of the this manner of being freed from the average pulse wave transit times first searched for the extreme values and then the time interval between two successive extreme values of the same order, i. two successive maxima or two successive minima, measured. This time interval then corresponds to an Atemperiode.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Atemfrequenz aus der jeweils ermittelten Dauer eines Atemzyklus ermittelt. Dies besitzt den Vorteil, daß stets die aktuelle Atemfrequenz bestimmt wird. Bezeichnet T die Länge der momentanen Atemperiode in Sekunden, so ist die zugehörige Atemfrequenz AF in Atemzüge pro Minute gegeben durch

According to a preferred embodiment of the invention, the respiratory rate is determined from the respectively determined duration of a respiratory cycle. This has the advantage that always the current respiratory rate is determined. If T denotes the length of the instantaneous respiratory period in seconds, the associated respiratory rate AF is given in breaths per minute

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Atemfrequenz mittels einer Spektralanalyse der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Hierdurch kann eine durchschnittliche Atemfrequenz über eine bestimmte Zeitdauer ermittelt werden. Die zuvor beschriebene Ausführung besitzt demgegenüber den Vorteil, daß stets die momentane Frequenz erhalten wird.According to one another preferred embodiment the invention can the respiratory rate by means of a spectral analysis the pulse wave transit times are determined. This can be an average Respiratory rate over a certain period of time to be determined. The previously described Execution owns In contrast, the advantage that always the instantaneous frequency is obtained.

Insbesondere werden zunächst die Pulswellenlaufzeiten in der zuvor beschriebenen Weise von einem Mittelwert vorangehender Pulswellenlaufzeiten befreit und in dem sich ergebenden Verlauf der vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignal die Extremwerte bestimmt. Aus den Minima und den jeweils darauf folgenden Maxima werden die aktuellen Amplituden des Pulswellenlaufzeitsignals zwischen den detektierten Punkten berechnet. Zur Erkennung von Atemstillständen wird geprüft, ob die Amplituden über ein vorgegebenes Zeitfenster einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten oder nicht. Ist ersteres der Fall, kann davon ausgegangen werden, daß ein Atemstillstand vorliegt. Die zeitliche Länge des Atemstillstandes wird als die Zeitdauer bestimmt, in der die Amplitude des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignals kontinuierlich unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.Especially be first the pulse wave transit times in the manner previously described by a Average value of preceding pulse transit times freed and in the resulting course of the pulse-wave delay signal freed from the mean value determines the extreme values. From the minima and each one on it The following maxima become the current amplitudes of the pulse wave transit time signal calculated between the detected points. To detect respiratory arrest checked, whether the amplitudes are over a predetermined time window falls below a predetermined threshold or not. If the former is the case, it can be assumed the existence Respiratory arrest is present. The length of respiratory arrest is is determined as the period of time in which the amplitude of the mean freed pulse wave transit signal continuously below the predetermined Threshold is.

Der Schwellenwert, mit dem die Amplituden des Pulswellenlaufzeitsignals verglichen werden, kann auf verschiedene Weisen festgelegt werden. Vorzugsweise wird der Schwellenwert in Abhängigkeit vorangegangener Amplitudenwerte bestimmt. Insbesondere kann er basierend auf dem Amplitudenverlauf des in der zuvor beschriebenen Weise vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitensignals berechnet werden, nämlich aus dem Produkt der Summe der entsprechenden Amplituden mit einem Faktor, der als Erfahrungswert festgelegt werden kann. Gegebenenfalls könnte der Schwellenwert auch als Bruchteil eines Mittelwerts der vorangegangenen Amplituden festgelegt werden.Of the Threshold, with which the amplitudes of the pulse wave transit time signal can be compared in different ways. Preferably the threshold becomes dependent previous amplitude values determined. In particular, he can be based on the amplitude curve of the in the manner described above from Average freed pulse wave transit time signal can be calculated namely from the product of the sum of the corresponding amplitudes with a factor which can be determined as empirical value. If necessary, the Threshold also as a fraction of a mean of previous ones Amplitudes are set.

Das Zeitfenster, über das die jeweils aktuellen Amplituden mit dem Schwellenwert verglichen werden, kann vorzugsweise in Abhängigkeit der Dauer zumindest eines vorangegangenen Atemzyklus bestimmt werden. Insbesondere kann die Länge des Zeitfensters als Summe der jeweils letzten beiden Atemperioden bzw. deren Dauer festgelegt werden. Eine Atemperiode kann dabei als Zeitabstand zwischen dem Auftreten zweier aufeinanderfolgender Maxima oder zweier aufeinanderfolgender Minima im zeitlichen Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals bestimmt werden.The Time window, about that the respective current amplitudes are compared with the threshold value, may preferably be dependent the duration of at least one previous respiratory cycle are determined. In particular, the length can be of the time window as the sum of the last two respiratory periods or whose duration is determined. An Atemperiode can thereby as a time interval between the occurrence of two consecutive maxima or two consecutive minima over time Pulse wave transit time signal are determined.

Zur Apnoeerkennung, d.h. Atemstillstandserkennung, kann auch der Mittelwert des Pulswellenlaufsignals berücksichtigt werden. Bei Apnoen nimmt dieser häufig ab, so daß Atemstillstandszeitpunkte durch einen Vergleich des Mittelwerts der Pulswellenlaufzeiten mit einem Schwellenwert bestimmt werden können. Diese Vorgehensweise kann alternativ, vorzugsweise jedoch zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Vergleich der Amplituden mit einem Schwellenwert vorgesehen werden, um eine größere Sicherheit bei der Erkennung von Atemstillständen zu erreichen.to Apnea recognition, i. Respiratory arrest detection, can also be the mean considered the pulse wave run signal become. In apnea, this decreases frequently, so that respiratory arrest times a comparison of the mean value of the pulse wave transit times with a Threshold can be determined. This procedure may alternatively, but preferably in addition to the above-described comparison of the amplitudes with a threshold value be provided for greater safety to achieve in the detection of respiratory arrest.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann zur Bestimmung der Atemtätigkeit das Pulswellenlaufzeitensignal bandpaßgefiltert werden, wobei vorzugsweise eine Mittelfrequenz und die Bandbreite der Filterung an die Variation der Atemfrequenz angepaßt werden, um Unterschiede der Atemfrequenz beispielsweise bei Erwachsenen und Kindern zu berücksichtigen. Typischerweise kann ein Bandpaßfilter mit einem Frequenzband von 0,10 Hz bis 0,40 Hz verwendet werden. Die Auswertung, d.h. die Ermittlung der momentanen Atemfrequenz, die Erkennung von Apnoen und die Bestimmung der Zeitdauer von Apnoen erfolgt analog der zuvor beschriebenen Art und Weise über Zeitfenster und Schwellenwert wie bei dem genannten Mittelwertverlauf.According to a further preferred Ausfüh tion of the invention, the pulse wave transit time signal can be bandpass filtered to determine the respiratory activity, preferably a mean frequency and the bandwidth of the filtering are adapted to the variation of the respiratory rate to account for differences in respiratory rate, for example, in adults and children. Typically, a bandpass filter with a frequency band of 0.10 Hz to 0.40 Hz can be used. The evaluation, ie the determination of the instantaneous respiratory rate, the detection of apneas and the determination of the duration of apneas takes place analogously to the previously described manner over time window and threshold value as in the case of the aforementioned mean value course.

Die Pulswellenlaufzeit-Einrichtung kann eine Einrichtung zur Erfassung des Herzschlags, insbesondere eine Elektrokardiogramm-Einrichtung, sowie eine Einrichtung zur Erfassung der vom Herzschlag erzeugten Druckwellen an der peripheren Körperstelle, insbesondere einen Photoplethysmograph aufweisen. Eine Zeitdifferenz-Einrichtung berechnet die zeitliche Differenz zwischen dem Auftreten eines Herzschlags und dem Auftreten der zugehörigen Druckwelle an der peripheren Körperstelle und damit die Pulswellenlaufzeit. Die Pulswellenlaufzeit-Einrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, daß sie die sogenannte R-Zacke als Zeitpunkt des Herzschlages und einen eindeutigen Anstiegspunkt in der Pulskurve als Zeitpunkt des Auftretens der Druckwelle an der peripheren Körperstelle festlegt.The Pulse wave transit time means may include means for detecting the heartbeat, in particular an electrocardiogram device, and means for detecting the heartbeat generated Pressure waves at the peripheral body site, in particular, have a photoplethysmograph. A time difference device calculates the time difference between the occurrence of a heartbeat and the occurrence of the associated pressure wave at the peripheral body site and thus the pulse wave transit time. The pulse wave transit time device can be designed such that they are the so-called R-wave as the time of heartbeat and a clear rise point in the pulse curve as the time of occurrence of the pressure wave the peripheral body site sets.

Die Einrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität umfaßt vorzugsweise eine Atemzyklus-Einrichtung zur Bestimmung der Dauer eines Atemzyklus und eine Atemfrequenz-Einrichtung zur Bestimmung der Atemfrequenz. Die Atemzyklus-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie in der zuvor beschriebenen Art und Weise die Dauer eines Atemzyklus aus den periodischen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs des Pulswellenlaufzeitsignals, insbesondere aus den Extremwerten des vom Mittelwert der Pulswellenlaufzeiten bereinigten zeitlichen Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals berechnet. Die Atemfrequenz-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie die jeweils momentane Atemfrequenz in der zuvor beschriebenen Art und Weise aus der Dauer des jeweiligen Atemzyklus bestimmt.The Device for determining the respiratory activity preferably comprises a respiratory cycle device for determining the duration of a respiratory cycle and a respiratory rate device for determining the respiratory rate. The respiratory cycle device is preferably designed such that they in the previously described Way the duration of a respiratory cycle from the periodic fluctuations of the time course of the pulse wave transit time signal, in particular from the extreme values of the mean of the pulse wave transit times adjusted time course of the pulse wave transit time signal calculated. The respiratory frequency device is preferably designed such that she the respective current respiratory rate in the manner described above and manner determined from the duration of each respiratory cycle.

Vorzugsweise ist eine Extremwert-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von Extremwerten im Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals und eine Zeitdifferenz-Einrichtung zur Bestimmung der zeitlichen Differenz zwischen dem Auftreten aufeinanderfolgender Extremwerte, insbesondere aufeinanderfolgender Maxima oder aufeinanderfolgender Minima, vorgesehen. Es kann eine Mittelwert-Einrichtung zur Bildung eines Mittelwerts der Pulswellenlaufzeiten und eine Subtraktions-Einrichtung zur Subtraktion des Mittelwerts von den Pulswellenlaufzeiten vorgesehen sein. Die Subtraktionseinrichtung kann der Extremwert-Bestimmungseinrichtung vorgeschaltet sein, so daß die Extremwert-Bestimmungseinrichtung die Extremwerte im vom Mittelwert bereinigten Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals bestimmt.Preferably is an extreme value determination device for determining extreme values in the course of the pulse wave transit time signal and a time difference means for determination the time difference between the occurrence of successive Extreme values, in particular successive maxima or successive ones Minima, provided. It can be an average means of education an average of the pulse wave transit times and a subtraction device for subtraction be provided of the mean value of the pulse wave transit times. The Subtracting means may be the extreme value determining means upstream, so that the Extreme value determination device the extreme values in the mean value adjusted course of the pulse wave transit time signal determined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann zur Bestimmung der Atemfrequenz eine Spektralanalyse-Einrichtung zur Spektralanalyse der Pulswellenlaufzeiten vorgesehen sein.According to one another preferred embodiment The invention may use a spectral analysis device to determine the respiratory rate be provided for spectral analysis of the pulse wave transit times.

Die Amplituden-Einrichtung kann der zuvor genannten Subtraktions-Einrichtung nachgeschaltet sein, so daß die Amplituden im vom Mittelwert bereinigten Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals bestimmt werden. Die Amplituden-Einrichtung selbst kann als Subtraktions-Einrichtung ausgebildet sein, die der zuvor beschriebenen Extremwert-Bestimmungseinrichtung nachgeschaltet ist und die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten, d.h. zwischen einem Maximum und einem Minimum berechnet.The Amplitude device may be the aforementioned subtraction device be downstream, so that the Amplitudes in the average-adjusted course of the pulse wave transit time signal be determined. The amplitude device itself can be used as a subtraction device be formed, that of the previously described extreme value determination device is the difference between two consecutive Extreme values, i. calculated between a maximum and a minimum.

Ferner ist vorteilhafterweise eine Zeitvorgabe-Einrichtung zur Vorgabe einer Vergleichszeit und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der bestimmten Amplituden mit dem vorgegebenen Schwellenwert über die vorgegebene Vergleichszeit vorgesehen. Stellt die Vergleichseinrichtung fest, daß die Amplitudenwerte über die vorgegebene Vergleichszeit kleiner als der Schwellenwert sind, aktiviert sie eine Alarm-Einrichtung, die einen entsprechenden Alarm gibt, der Apnoe anzeigt.Further is advantageously a timing device for default a comparison time and a comparator for comparison the determined amplitudes with the predetermined threshold over the predetermined comparison time provided. Represents the comparison device that the Amplitude values over the predetermined reference time is less than the threshold, it activates an alarm device that generates a corresponding alarm indicating apnea.

Die Schwellenwert-Einrichtung besitzt vorzugsweise eine Summier-Einrichtung zur Aufsummierung vorangegangener Amplituden und eine Skalier-Einrichtung zur Multiplikation der Amplitudensumme mit einem Faktor, der als Erfahrungswert in die Skalier-Einrichtung eingebbar ist. Die Zeitvorgabe-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß die Vergleichszeit an die aktuelle Atemperiode angepaßt wird, insbesondere weist sie eine Summier-Einrichtung zur Aufsummierung vorangegangener Atemzyklen auf.The Threshold device preferably has a summing device for summing previous amplitudes and a scaling device for multiplying the amplitude sum by a factor called Experience value can be entered in the scaling facility. The timing device is preferably designed such that the comparison time to the adjusted current respiratory period In particular, it has a summing device for summation previous breathing cycles.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß ein vorzugsweise adaptiver, digitaler Bandpaßfilter vorgesehen ist, mit Hilfe dessen der Atemrhythmus aus dem Pulswellenlaufzeitsignal extrahiert wird. Das Frequenzband des Bandpaßfilters beträgt typischerweise zwischen 0,1 Hz und 0,4 Hz. Adaptiv meint dabei, daß die Mittelfrequenz und die Bandbreite des Filters an die Variation der Atemfrequenz angepaßt werden. Ein solcher Filter kann mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors, einem sogenannten DSP realisiert werden.A further advantageous embodiment the invention is that a preferably adaptive, digital band-pass filter is provided with Help the breathing rhythm extracted from the pulse wave transit time signal becomes. The frequency band of the bandpass filter is typically between 0.1 Hz and 0.4 Hz. Adaptive means that the center frequency and the bandwidth of the filter to the variation of the respiratory rate customized become. Such a filter can with the help of a digital signal processor, a so-called DSP can be realized.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to an embodiment and associated drawings explained in more detail. In show the drawings:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic representation of a device for determining the respiratory activity according to a preferred embodiment of the invention,

2 eine prinzipielle Flowchart-Darstellung, die die Erfassung der Atemtätigkeit gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt, 2 a schematic flow chart representation showing the detection of the breathing activity according to a preferred embodiment of the invention,

3 eine Darstellung des Pulswellenlaufzeitsignals gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung über 60 Sekunden, wobei die Pulswellenlaufzeiten in Millisekunden über der Zeit aufgetragen sind, die viereckigen Punkte die diskreten Zeitpunkte für die Bestimmung der Pulswellenlaufzeit angeben und die ein dem Pulswellenlaufzeitsignal zugrunde liegenden Pulssignale an einem Zeigefinger des Probanden gemessen wurden, 3 a representation of the pulse wave transit time signal according to a preferred embodiment of the invention over 60 seconds, the pulse waveforms are plotted in milliseconds over time, the square dots indicate the discrete time points for the determination of the pulse wave transit time and the pulse signals underlying a pulse wave transit time signal on a forefinger of the subject were measured

4 den Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals, der die Erkennung eines Atemstillstands verdeutlicht, wobei in 4a ähnlich 3 das Pulswellenlaufzeitsignal in Millisekunden über der Zeit aufgetragen ist und in 4b der Amplitudenverlauf des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignals aus 4a ebenfalls über der Zeit aufgetragen ist und das dem Pulswellenlaufzeitsignal zugrunde liegende Pulssignal am Zeigefinger eines Probanden gemessen wurde. 4 the course of the pulse wave transit time signal, which illustrates the detection of apnea, wherein in 4a similar 3 the pulse wave transit time signal is plotted in milliseconds over time and in 4b the amplitude profile of the freed from the mean value pulse wave transit time signal 4a is also plotted against time and the pulse signal underlying the pulse wave transit time signal was measured on the forefinger of a subject.

5 einen Vergleich eines nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelten Pulswellenlaufzeitsignals zur Bestimmung der Atmungsaktivität und insbesondere des Atemstillstands zu einem gefilterten Pulssignal, mit Hilfe dessen nach dem Stand der Technik die At mungsaktivität bestimmt wurde, wobei 5a ein Pulssignal in Volt über der Zeit aufgetragen zeigt, 5b ein durch Filterung des Pulssignales aus 5a mit einem Bandpaßfilter erhaltenes gefiltertes Pulssignal in Volt über der Zeit aufgetragen zeigt und 5c ein nach der vorliegenden Erfindung ermitteltes Pulswellenlaufzeitsignal zeigt, das am selben Patienten zur selben Zeit gemessen wurde und in Millisekunden über der Zeit aufgetragen ist, wobei in allen drei Darstellungen 5a bis 5c eine Atemstillstandszeit zwischen 60 und 75 Sekunden als Apnoebereich eingezeichnet ist. 5 a comparison of a pulse wave transit time signal determined according to a preferred embodiment of the invention for determining the respiratory activity and in particular the respiratory arrest to a filtered pulse signal, with the aid of which the Atmungsaktivität has been determined according to the prior art, wherein 5a shows a pulse signal plotted in volts over time, 5b one by filtering the pulse signal 5a shows a filtered pulse signal obtained in volts over time with a bandpass filter, and 5c shows a pulse wave transit time signal determined according to the present invention, which was measured on the same patient at the same time and plotted in milliseconds over time, wherein in all three representations 5a to 5c a respiratory arrest time between 60 and 75 seconds is shown as Apneebereich.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Elektrokardiogramm-Einrichtung 1 und eine Photoplethysmogramm-Einrichtung 2, die als Pulsmeßeinrichtung dient. Die beiden Einrichtungen 1 und 2 sind an eine zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 angeschlossen, die eine Vielzahl von Funktionen bei der Auswertung der Signale der Einrichtungen 1 und 2 sowie der weiteren Bestimmung und Auswertung des daraus abgeleiteten Pulswellenlaufzeitsignales erfüllt. Die Auswerte- und Recheneinheit 3 kann in Form eines Mikroprozessors, der mit Software programmierbar ist, verwirklicht sein.In the 1 The device shown comprises an electrocardiogram device 1 and a photoplethysmogram device 2 serving as a pulse measuring device. The two facilities 1 and 2 are to a central evaluation and arithmetic unit 3 connected, which has a variety of functions in the evaluation of the signals of the facilities 1 and 2 and the further determination and evaluation of the derived pulse wave transit time signal. The evaluation and arithmetic unit 3 may be implemented in the form of a microprocessor programmable with software.

Wie 2 zeigt, werden die EKG-Einrichtung 1 und die PPG-Einrichtung 2 an einen Patienten angeschlossen, wobei die PPG-Einrichtung 2 den Puls des Patienten an einer peripheren Körperstelle, insbesondere einem Finger, einer Zehe oder einem Ohrläppchen abgreift. Die Elektrokardiogramm-Einrichtung 1 liefert ein den Herzschlag angebendes Signal, das in 2 mit EKG bezeichnet ist. Das EKG-Signal stellt die Aufzeichnung der durch Herzerregung verursachten Potentialdifferenz an der Körperoberfläche in Abhängigkeit von der Zeit dar. Einem Herzschlag entsprechend besitzt das EKG-Signal einen charakteristischen Ausschlag, der in 2 als R-Zacke bezeichnet ist.As 2 shows will be the ECG setup 1 and the PPG facility 2 connected to a patient, the PPG device 2 picking up the pulse of the patient at a peripheral body site, in particular a finger, a toe or an earlobe. The electrocardiogram device 1 provides a signal indicating the heartbeat that is in 2 with ECG is designated. The ECG signal represents the recording of the potential difference on the surface of the body caused by cardiac excitation as a function of time. According to a heartbeat, the ECG signal has a characteristic rash which is in 2 designated as R-wave.

Die Photoplethysmograph-Einrichtung 2 liefert ein Signal, welches das Auftreten der von dem entsprechenden Herzschlag verursachten Druckwelle an der peripheren Körperstelle angibt. Wie 2 zeigt, besitzt der Puls an der peripheren Körper stelle einen charakteristischen Anstieg, der dem Eintreffen der Druckwelle entspricht. Zur Berechnung der jeweiligen Pulswellenlaufzeit wird zum einen auf das EKG-Signal und zum anderen auf das Pulssignal zurückgegriffen. Die R-Zacke des EKG-Signales ist der erste Bezugspunkt E (t_n), der zweite Bezugspunkt ist der Auftritt des Pulses an der peripheren Körperstelle, nämlich der eindeutige Anstiegspunkt P (t_n+1) in der Pulskurve gemäß 2. Die momentane Pulswellenlaufzeit PWLZ (t_n) wird als Zeitabstand zwischen den genannten Bezugspunkten berechnet, also PWLZ(tn) = P(tn+1) – E(tn). The photoplethysmograph facility 2 provides a signal indicating the occurrence of the pressure wave at the peripheral body site caused by the corresponding heartbeat. As 2 shows, has the pulse at the peripheral body body a characteristic increase, which corresponds to the arrival of the pressure wave. To calculate the respective pulse transit time, the ECG signal and the pulse signal are used on the one hand. The R-wave of the ECG signal is the first reference point E (t _n ), the second reference point is the appearance of the pulse at the peripheral body site, namely the unique slope point P (t _{n + 1} ) in the pulse curve according to FIG 2 , The instantaneous pulse wave transit time PWLZ (t _n ) is calculated as the time interval between the reference points, ie PWLZ (t n ) = P (t n + 1 ) - E (t n ).

Die Pulswellenlaufzeiten werden kontinuierlich, vorzugsweise für jeden Herzschlag gemessen bzw. bestimmt.The Pulse wave transit times are continuous, preferably for each Heartbeat measured or determined.

Wie 3 zeigt, weist das Pulswellenlaufzeitsignal, nachfolgend PWLZ-Signal eine periodische Schwankung auf, die mit der Atemtätigkeit übereinstimmt. Dabei entspricht jeder aufsteigende Ast einer Schwankung einem Einatmen und jeder absteigende Ast einem Ausatmen. Diese Korrelation des PWLZ-Signales mit der Atmung erklärt sich aus der Tatsache, daß ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Pulswellenlaufzeit und dem Blutdruck besteht und letzter wiederum atmungsabhängige Schwankungen zeigt.As 3 shows, the pulse wave transit time signal, subsequent PWLZ signal has a periodic variation, which coincides with the breathing activity. Each ascending branch corresponds to a variation of an inhalation and each descending branch corresponds to an exhalation. This correlation of the PWLZ signal with the respiration is explained by the fact that there is an approximately linear relationship between the pulse wave transit time and the blood pressure, and the latter again shows respiratory-dependent fluctuations.

Aus dem in der beschriebenen Weise bestimmten PWLZ-Signal bestimmt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 zunächst die Dauer des jeweiligen Atmungszyklus. Hierfür bereinigt die Auswerte- und Recheneinheit 3 das PWLZ-Signal zunächst vom Mittelwert vorangehender Pulswellenlaufzeiten. Insbesondere wird hierzu vom jeweils aktuellen Meßwert der Pulswellenlaufzeit der Mittelwert aus einer Anzahl n vorheriger Messungen der Pulswellenlaufzeiten subtrahiert. Die Auswerte- und Recheneinheit 3 bestimmt in dem vom Mittelwert befreiten PWLZ-Signal die lokalen Maxima und berechnet anschließend den Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima. Dieser Zeitabstand T wird als momentane Atemperiode in Sekunden festgelegt.From the determined in the manner described PWLZ signal determines the central off value and arithmetic unit 3 First, the duration of each respiratory cycle. The evaluation and arithmetic unit cleans up for this 3 the PWLZ signal first from the average of preceding pulse transit times. In particular, for this purpose, the mean value of a number n of previous measurements of the pulse wave transit times is subtracted from the respective current measured value of the pulse wave transit time. The evaluation and arithmetic unit 3 determines in the averaged PWLZ signal the local maxima and then calculates the time interval between two consecutive maxima. This time interval T is defined as the instantaneous respiratory period in seconds.

Die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 bestimmt aus der jeweils momentanen Dauer des Atemzyklus die zugehörige Atemfrequenz AF in Atemzüge pro Minute und zwar folgendermaßen:

The central evaluation and arithmetic unit 3 determines from the respective current duration of the respiratory cycle, the associated respiratory rate AF in breaths per minute as follows:

Die auf diese Weise bestimmte Atemfrequenz AF entspricht stets der jeweils aktuellen Atemfrequenz. Diese kann im zeitlichen Verlauf über die Eingabe/Ausgabe-Einheit 4 dargestellt werden. Gegebenenfalls kann auch ein Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl von berechneten Atemfrequenzen bestimmt werden.The respiratory rate AF determined in this way always corresponds to the current respiratory rate. This can be done over time via the input / output unit 4 being represented. Optionally, an average of a predetermined number of calculated respiratory rates can be determined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann eine durchschnittliche Atemfrequenz über eine bestimmte Zeitdauer durch eine Spektralanalyse des PWLZ-Signales bestimmt werden (vgl. 2).According to a further preferred embodiment of the invention, an average respiratory rate over a certain period of time can be determined by a spectral analysis of the PWLZ signal (cf. 2 ).

Ferner erkennt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 Apnoen, d.h. Atemstillstände und bestimmt die zeitliche Länge von Apnoen. Hierzu bestimmt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 zunächst in dem in der zuvor beschriebenen Weise vom Mittelwert bereinigten PWLZ-Signal die auftretenden Minima und Maxima und berechnet die jeweils aktuelle Amplitude als Differenz zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Minima und Maxima. In Verbindung mit der jeweils zugehörigen, ebenfalls bestimmten Periodendauer berechnet die Auswerte- und Recheneinheit 3 hieraus den aktuellen Amplitudenverlauf, wie er in 4b gezeigt ist. Danach prüft die Auswerte- und Recheneinheit 3, ob die Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert über ein gegebenes Zeitfenster unterschreitet. Ist dies der Fall, gibt die Auswerte- und Recheneinheit 3 über die Ausgabe-Einheit 4 ein Alarmsignal ab. Die Auswerte- und Recheneinheit bestimmt den Schwellenwert basierend auf dem Amplitudenverlauf des vom Mittelwert befreiten PWLZ-Signals. Konkret berechnet die Auswerte- und Recheneinheit 3 den Schwellenwert (vgl. 4b) aus dem Pro dukt der Summe einer Anzahl n vorhergehender Amplituden mit einem Faktor, der als Erfahrungswert festgelegt wird. Dabei muß die Amplitude über eine vorgegebene Zeit unterhalb des Schwellenwertes liegen, damit ein Alarmsignal abgegeben wird. Dieses Zeitfenster wird von der Auswerte- und Recheneinheit 3 basierend auf dem originalen PWLZ-Signal bestimmt. Insbesondere summiert die Auswerte- und Recheneinheit 3 die Dauer der beiden letzten Atemperioden vor der Unterschreitung des Schwellenwertes. Eine Atemperiode ist dabei definiert als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima in dem PWLZ-Signal.Furthermore, the central evaluation and arithmetic unit recognizes 3 Apnea, ie respiratory arrest and determines the length of apnea. This is determined by the central evaluation and arithmetic unit 3 first in the PWLZ signal, which has been adjusted from the mean value in the manner described above, the minimums and maxima which occur and calculates the respective current amplitude as the difference between respectively successive minima and maxima. In conjunction with the respectively associated, likewise determined period, the evaluation and computation unit calculates 3 from this the current amplitude course, as in 4b is shown. Then the evaluation and computation unit checks 3 whether the amplitude falls below a predetermined threshold over a given time window. If this is the case, gives the evaluation and processing unit 3 over the output unit 4 an alarm signal. The evaluation and computation unit determines the threshold based on the amplitude characteristic of the averaged PWLZ signal. Concretely calculates the evaluation and calculation unit 3 the threshold (cf. 4b ) from the product of the sum of a number n of preceding amplitudes with a factor determined as empirical value. The amplitude must be below the threshold for a predetermined time, so that an alarm signal is emitted. This time window is from the evaluation and processing unit 3 determined based on the original PWLZ signal. In particular, the evaluation and arithmetic unit adds up 3 the duration of the last two periods before the threshold is exceeded. An Atemperiode is defined as the distance between two consecutive maxima in the PWLZ signal.

In vorteilhafter Weise bestimmt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 auch die zeitliche Länge von Apnoen. Hierzu wird die Zeitdauer bestimmt, in der die Amplitude des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignals kontinuierlich unter dem zuvor beschriebenen Schwellenwert liegt. Diese Zeitdauer entspricht der zeitlichen Länge eines Atemstillstands.Advantageously, the central evaluation and arithmetic unit determines 3 also the temporal length of apneas. For this purpose, the period of time is determined in which the amplitude of the freed from the average pulse train transit time signal is continuously below the threshold previously described. This duration corresponds to the length of time of a respiratory arrest.

Bei dem in 4a gezeigten Verlauf des PWLZ-Signals tritt bei einer Zeit von 60 Sekunden Apnoe ein. Wie 4b zeigt, fällt hier die Amplitude unter den vorgegebenen Schwellenwert. Dementsprechend wird von der Auswerte- und Recheneinheit 3 zur Bestimmung des Zeitfensters die beiden letzten Atemperioden vor der Zeit 60 Sekunden bestimmt. Das etwa bei 48 Sekunden liegende Maximum des PWLZ-Signales sowie das etwa bei 58 Sekunden liegende Maximum des PWLZ-Signales aus 4a werden hierzu herangezogen, so daß im konkreten gezeigten Fall ein Zeitfenster von 10 Sekunden vorgegeben wird. Bleibt die Amplitude des vom Mittelwert bereinigten PWLZ-Signales über 10 Sekunden unter dem Schwellenwert, wird Alarm ausgelöst, im gezeigten Fall gemäß der 4 etwa zum Zeitpunkt 70 Sekunden. Die zeitliche Länge der Apnoe beträgt ca. 13 Sekunden.At the in 4a The course of the PWLZ signal shown occurs at a time of 60 seconds apnea. As 4b shows, here falls the amplitude below the predetermined threshold. Accordingly, the evaluation and arithmetic unit 3 to determine the time window, the last two periods of atlas are determined before the time of 60 seconds. The maximum at about 48 seconds of the PWLZ signal and about lying at about 58 seconds maximum of the PWLZ signal 4a are used for this purpose, so that in the specific case shown, a time window of 10 seconds is specified. If the amplitude of the mean PWLZ signal remains below the threshold for more than 10 seconds, the alarm is triggered, in the case shown in FIG 4 at about 70 seconds. The duration of the apnea is about 13 seconds.

Die 4b zeigt einen gleitenden Mittelwert, der einen Durchschnittswert aus jeweils zwei Mittelwerten darstellt. Dieser gleitende Mittelwert kann somit, wie der Mittelwert selbst, ebenso zur Apnoeerkennung verwendet werden.The 4b shows a moving average, which is an average of two mean values each. This moving average, like the mean itself, can thus also be used for apnea detection.

Als Alternative kann der Atemrhythmus durch einen adaptiven digitalen Bandpaßfilter aus dem PWLZ-Signal extrahiert werden (vgl. 2).Alternatively, the breathing rhythm may be extracted from the PWLZ signal by an adaptive digital band-pass filter (cf. 2 ).

Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem eine Atemmessung über ein gefiltertes Pulssignal erfolgt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäß arbeitenden Vorrichtung die Atemaktivität eines Probanden wesentlich präziser und zuverlässiger bestimmt werden. Wie 5 zeigt, zeigt das PWLZ-Signal zu Zeiten eines Atemstillstandes, der in der Figur mit Apnoe gekennzeichnet ist, einen deutlich wahrnehmbaren Abfall der Amplituden der periodischen Schwankungen des PWLZ-Signales und darüber hinaus auch einen Rückgang des Mittelwertes des PWLZ-Signales (vgl. 5c). Im Vergleich hierzu ist der Zeitraum des Atemstillstandes aus dem entsprechenden Pulssignal des gleichen Probanden, das in 5a gezeigt ist, nur schwer zu erkennen. Das gefilterte Pulssignal gemäß 5b zeigt keine klar erkennbare Anormalität, die Amplitude des gefilterten Pulssignales nimmt während der Apnoephase eher zu, während der Atemstillstand durch eine Abnahme der Amplituden im PWLZ-Signal gemäß 5c deutlich zu erkennen ist.Compared to the prior art, in which a breath measurement is carried out via a filtered pulse signal, with the method according to the invention and the device operating according to the invention, the respiratory activity of a subject can be determined much more precisely and reliably. As 5 shows the PWLZ signal at times of apnea, which is characterized in the figure with apnea, a clearly perceptible drop in the amplitude of the periodic fluctuations of PWLZ signal and also a decrease in the mean value of the PWLZ signal (see. 5c ). In comparison, the period of respiratory arrest from the corresponding pulse signal of the same subject, in 5a shown is difficult to recognize. The filtered pulse signal according to 5b shows no apparent abnormality, the amplitude of the filtered pulse signal increases during the apnea phase rather, while the respiratory arrest by a decrease in the amplitudes in the PWLZ signal according to 5c is clearly visible.

Vorteilhaft ist an dem beschriebenen Verfahren, daß nicht nur eine Messung der Atemfrequenz, sondern auch eine präzise Apnoe-Erkennung erfolgen kann. Sind Vorrichtungen zur Elektrokardiogramm- und Pulsmessung vorhanden, ist keine zusätzliche Sensorik notwendig. Die Erfindung kann isoliert genutzt oder in Behandlungsgeräte aller Art, auch für den Homecare-Bereich, integriert werden, wenn eine Überwachung der Atmung erwünscht wird.Advantageous is the method described that not only a measurement of the Respiratory rate, but also a precise apnea detection done can. Are devices for electrocardiogram and pulse measurement There is no extra Sensor system necessary. The invention can be used in isolation or in treatment equipment of all kinds, also for the homecare area, integrated when monitoring respiration is desired.

Claims

Method for determining the respiratory activity of a Living thing, at the pulse wave transit times, the heartbeat generated Pressure waves for reaching a predetermined, peripheral body site respectively need, be determined in the time course of the pulse wave transit times periodic fluctuations are determined and from the periodic Variations in the time course of the pulse wave transit times the respiratory activity is determined, where Amplitudes of periodic fluctuations the temporal course of the pulse wave transit times and determines the amplitudes of respiratory arrest be recognized, a temporal length of respiratory arrest based the time duration is determined in which the amplitudes below a predetermined Threshold, and where the threshold depending on previous amplitude values is determined.

A method according to the preceding claim, wherein the temporal occurrence of the heart beats and the temporal occurrence the respectively associated Pressure waves at the peripheral body site, especially on a finger, a toe or an earlobe detected and the Pulse wave transit times as the difference of the times of the temporal Occurrence of the pressure waves at the peripheral body site and the occurrence the associated heartbeats be determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein from the periodic fluctuations of the time course of the pulse wave transit times the Duration of a respiratory cycle (T) and from this the respective respiratory rate (AF) is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein the duration of a respiratory cycle (T) as a time difference of occurrence two consecutive extremes, i. two maxima or two Minima, the time course of the pulse wave transit times determined is, in particular first each determined pulse transit times from the average of a predetermined number of preceding pulse transit times freed the lapse of time from that mean Pulse waveforms is determined in this successive Extreme values are determined and from this the duration of the respective Respiratory cycles (T) is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein the respiratory rate by means of a spectral analysis of the pulse wave transit times is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein in particular, the pulse wave transit times from an average of preceding Pulse waveforms are freed, the time course of this determined by the above mean pulse freewheeling times determined is the periodic fluctuations and their amplitudes so determined over time and the amplitudes with the predetermined threshold above a predetermined time to be compared.

Method according to one of the preceding claims, wherein for determining the length of time respiratory arrest the pulse wave transit times from an average of preceding pulse transit times be liberated, the temporal course of these liberated from the mean Pulse waveforms is determined, the periodic fluctuations and determines their amplitudes of the thus determined time course are compared, the amplitudes with the predetermined threshold and the length of time respiratory arrest is determined as the period in which the amplitudes of the freed from the mean Pulse wave transit time signal continuously below the predetermined Threshold.

Method according to one of the two preceding claims, wherein the given time in dependence the duration (T) of preceding respiratory cycles is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein Respiratory arrest depending on the Average value of the pulse wave transit time, in particular by comparison the same with an average threshold.

Method according to one of the preceding claims, wherein for the detection of respiratory arrest the pulse wave transit times are bandpass filtered preferably a center frequency and / or a bandwidth the filtering are adapted to a variation of the respiratory rate.

Device for determining the respiratory activity of a living being, comprising a pulse wave transit time device ( 1 . 2 . 3 ) for determining pulse wave transit times which each require heartbeat-generated pressure waves to reach a predetermined peripheral body location, a device ( 3 ) for determining periodic fluctuations in the time course of the pulse wave propagation times with an amplitude device for determining amplitudes of the periodic fluctuations in the time profile of the pulse wave transit times, and with a device ( 3 ) for determining the respiratory activity from the periodic fluctuations of the pulse wave transit times, wherein a threshold device ( 3 ) are provided for setting a threshold value and a comparison value device for comparing the amplitudes with the predetermined threshold value, wherein the threshold value device is designed such that the threshold value is determined as a function of preceding amplitude values, and wherein the device for determining the respiratory activity is designed such That respiratory arrest be determined when the amplitude values are below the predetermined threshold.

Device according to the preceding claim, wherein a device ( 1 ) for recording the heartbeat, in particular an electrocardiogram device and a device ( 2 ) are provided for the detection of pressure waves generated by the heartbeat at the peripheral body site and the pulse wave transit time means ( 3 ) has a time difference means for determining the time difference between the temporal occurrence of the pressure waves at the peripheral body site and the occurrence of the associated heartbeats.

Device according to one of the preceding claims, wherein a respiratory cycle device ( 3 ) for determining the duration of a respiratory cycle from the periodic fluctuations of the time course of the pulse wave transit times and a respiration rate device ( 3 ) are provided for determining the respiratory rate from the respective duration of a respiratory cycle.

Device according to one of the preceding claims, wherein an extreme value determination device for determining extreme values in the course of the pulse wave transit times is provided and the respiratory cycle device ( 3 ) has a time difference means for determining the time difference between the occurrence of successive extreme values.

Device according to one of the preceding claims, wherein an average value device ( 3 ) for forming an average of a number of pulse wave transit times and a subtraction device ( 3 ) is provided for subtracting the mean value from the respective pulse wave transit times.

Device according to one of the preceding claims, wherein a spectral analysis device for spectral analysis of the pulse wave transit times is provided.

Device according to one of the preceding claims, wherein the amplitude means of the subtraction means for subtraction the mean value of the respective pulse wave transit times so upstream is that the Amplitudes of the periodic fluctuations of the time course determined from the average freed pulse transit times.

Device according to one of the preceding claims, a timing device ( 3 ) is provided for specifying a comparison time and the comparison value device compares the amplitudes over the predetermined time with the predetermined threshold value for comparing the amplitudes with the predetermined threshold value.

Device according to the preceding claim, wherein the threshold device ( 3 ) has a summing device for summing previous amplitudes and a scaling device for multiplying the amplitude sum by a factor and / or the timing device is designed such that it determines the comparison time depending on the duration of at least one previous breathing cycle, in particular a summation Device for accumulating previous respiratory cycles.

Device according to one of the preceding claims, wherein a preferably adaptive digital bandpass filter for bandpass filtering the pulse wave transit times is provided.

Device according to one of the preceding claims, wherein a central, preferably software programmable evaluation and processing unit ( 3 ), the means for determining periodic variations in the time course of the pulse wave transit times, the means for determining the respiratory activity, the time difference device, the respiratory cycle device, the respiratory rate device, the extreme value determination device, the mean value device, the Amplitude device, the subtraction device, the Threshold device, the timing device and / or the comparator.