DE4114357C2 - Vorrichtung zur automatischen Erkennung von Apnoe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Erkennung von Ap­ noe bei dem das Atemverhalten und mindestens ein EKG-Signal eines Pa­ tienten über einen längeren Zeitraum erfaßt wird, wobei aus dem (den) EKG-Signal(en) der zeitliche Verlauf der Herzfrequenz berechnet, aufge­ zeichnet und ausgewertet wird, und bei dem diejenigen Zeitabschnitte zur Erkennung von Apnoe-Phasen herangezogen werden, in denen die Herz­ frequenz keinen Jitter (Schwankung der Periodendauern) aufweist und die Atmung zumindest weitgehend zum Stillstand gekommen ist.

Typisch für das Vorliegen von Apnoe sind folgende, während des Schlafens auftretende Symptome:

• - geringere Schwankung in den Periodendauern der Herzfrequenz (geringerer Jitter)
• - weitgehender Atemstillstand
• - Absinken des Sauerstoffgehaltes im Blut.

Um das Vorliegen von Apnoe ohne aufwendige klinische Verfahren diagno­ stizieren zu können, ist es wünschenswert, Verfahren anzuwenden, die ambulant, insbesondere auch zu Hause durchführbar sind.

Eine derartige Möglichkeit der ambulanten Diagnose von Apnoe ist in der EP 0 371 424 A1 beschrieben. Hier werden EKG-Signale eines Patienten ei­ nem mobilen Aufzeichnungsgerät zugeführt. Darüberhinaus werden mit­ tels eines Elektretmikrophons parallel zu den EKG-Signalen die At­ mungslaute des Patienten erfaßt und ebenfalls der mobilen Einheit zuge­ führt.

Die mobile Einheit wertet die erfaßten Signale aus, wobei dann eine Ap­ noe-Phase erkannt wird, wenn eine überdurchschnittliche Konstanz der Periodendauern der Herzfrequenz und zugleich die Abwesenheit von At­ mungslauten festgestellt wird.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß bei der Erfassung der Atmungs­ laute mittels des Elektretmikrophons häufig Störgeräusche eingekoppelt werden, die beispielsweise durch Bewegungen des Patienten im Schlaf oder durch Umgebungsgeräusche verursacht werden. Diese Störgeräusche bewirken, daß Phasen der Abwesenheit von Atmungslauten aufgrund der eingekoppelten Störungen nicht als solche erkannt werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des in der EP 0 371 424 A1 beschriebenen Gerätes zur Diagnose von Apnoe erheblich verringert.

Ein weiterer Nachteil dieses Gerätes besteht darin, daß das Elektretmi­ krophon zur Erfassung der Atmungslaute als Kehlkopfmikrophon ausge­ bildet werden muß, welches üblicherweise mittels eines Bandes um den Hals des Patienten befestigt ist. Durch das auf diese Weise am Hals befe­ stigte Mikrophon fühlt sich der Patient behindert, was sich in der Praxis als besonders störend erweist, da der Patient das Mikrophon während des Schlafens tragen muß.

Darüber hinaus ist es möglich, daß das Kehlkopfmikrophon während des Schlafens verrutscht und so keine zuverlässige Erfassung der Atemlaute des Patienten gewährleistet ist.

Aus der DE 34 44 635 A1 ist Überwachungsgerät zur Erfassung von Atem­ störungen oder Atemstillstand bekannt, bei dem über druckempfindliche Sensoren die Amplitude der Atembewegung ermittelt und mit einem Refe­ renzwert verglichen wird. Dieses Überwachungsgerät hat den Nachteil, daß es die durch die unterschiedliche Lage des Patienten bedingten Ab­ weichungen der Atmungsamplituden nicht zuverlässig von pathologischen Atmungsstörungen unterscheiden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur automati­ schen Diagnose von Apnoe zu schaffen, bei der sich der Patient durch die erforderlichen Meßaufnehmer nicht gestört fühlt und die Zuverlässigkeit der Apnoe-Diagnoseergebnisse erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe prinzipiell dadurch gelöst, daß nicht wie bei den bekannten Vorrichtungen parallel zur Herzfrequenz das Atem­ verhalten des Patienten über die Atemlaute ermittelt wird, sondern über die Atembewegungen des Patienten. Die oben genannte Aufgabe wird ge­ nauer durch eine im Anspruch 1 definierte Vorrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen gelöst,

• - daß die Meßaufnehmer durch einen im Brustbereich sowie einen im Bauchbereich des Patienten anbringbaren Atemgürtel (3a, 3b) gebil­ det sind,
• - daß eine Einrichtung zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Sauerstoffgehaltes des Blutes des Patienten vorgesehen ist, wobei die Apnoe-Erkennungseinrichtung derart ausgelegt ist, daß ein Er­ kennungssignal nur bei sinkendem Sauerstoffgehalt erfolgt, und
• - daß eine Einrichtung zur kontinuierlichen Aufzeichnung und Aus­ wertung der Lage des Patienten vorgesehen ist, wobei Rücken- und Bauchlage unterscheidbar sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die Atembewegungen des Patienten mittels eines um den Rumpf des Patienten anzubringenden Atemgürtels erfaßt. Dieser Atemgürtel besteht vorzugsweise aus einem elastischen Gewebe, in das in Umfangsrichtung des Gürtels ein elektri­ scher Leiter eingearbeitet ist, der bei angelegtem Gürtel als Induktivität eines über einen Oszillator angelegten Schwingkreises wirkt, dessen Fre­ quenz in einer definierten Beziehung zu der Dehnung des Gürtels steht. Über die Frequenz des Schwingkreises kann somit eine direkte Aussage über das momentan im Rumpf des Patienten vorhandene Luftvolumen getroffen werden. Der zeitliche Verlauf dieses Luftvolumens gibt Aufschluß über das Atemverhalten des Patienten.

Zusätzlich wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel zur Er­ fassung der Atembewegungen des Patienten auch die Herzfrequenz und der zeitliche Verlauf des Sauerstoffgehaltes im Blut des Patienten aufge­ zeichnet und ausgewertet. Da sich das Vorliegen von Apnoe nicht nur auf die Herzfrequenz und das Atemverhalten des Patienten auswirkt, sondern zudem auch der Sauerstoffgehalt des Blutes des Patienten absinkt, kann dadurch die Zuverlässigkeit der Diagnosevorrichtung gemäß der Erfin­ dung zusätzlich erhöht werden. Ein entsprechender Meßaufnehmer, der vorzugsweise eine Laserdiode und eine Fotozelle aufweist, kann beispiels­ weise am Ohrläppchen des Patienten angebracht werden.

Außerdem wird bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zur Erfassung der Herzfrequenz und der Atembewegungen des Patienten auch der zeitliche Verlauf der jeweiligen Lage des Patienten kontinuierlich aufgezeichnet und ausgewertet. Insbesondere wird hierbei berücksichtigt, ob der Patient auf dem Rücken oder auf dem Bauch liegt.

Dies ist von Bedeutung, da es bei manchen Patienten vorkommt, daß in Rückenlage die Atemwege durch die Zunge verschlossen werden und in der Folge fälschlicherweise eine Atemstörung diagnostiziert wird. Aufgrund der Position der Zunge wird hier also eine nicht vorhandene Atemstörung ermittelt. Eine derartige Fehldiagnose kann ausgeschlossen werden, wenn sichergestellt ist, daß der Patient auf dem Bauch liegt, weshalb bei der be­ vorzugten Vorrichtung kontinuierlich die jeweilige Lage des Patienten auf­ gezeichnet und ausgewertet wird. Die Möglichkeit einer Fehldiagnose wird so durch die beschriebene bevorzugte Vorrichtung verringert.

Vorzugsweise werden zur Erfassung der Atembewegungen des Patienten zwei Atemgürtel verwendet, die im Brust- und Bauchbereich des Patienten angebracht werden. Auf diese Weise kann die Brust- und die Bauchat­ mung des Patienten separat beobachtet werden.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn bei einem Patienten obstruktive Apnoe vorliegt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Pati­ ent Pseudo-Atembewegungen ausführt, die keinen Luftaustausch in der Lunge bewirken. Es werden hier lediglich Atembewegungen ausgeführt, aufgrund derer aber keine Luft durch Mund oder Nase in die Lunge ein- oder ausströmt. In diesem Fall bewirken die Atembewegungen lediglich, daß sich der Umfang des Rumpfes im Brust- und im Bauchbereich ge­ genläufig vergrößert und verkleinert. Das Vorliegen solcher Atembewegun­ gen läßt sich mit den zwei im Brust- und Bauchbereich angebrachten Atemgürteln besonders gut und zuverlässig erfassen.

Da die angelegten Atemgürtel ohne großen Aufwand gegen ein Verrut­ schen gesichert werden können, und da sich bei der beschriebenen Art der Erfassung des Atemverhaltens eines Patienten Störgeräusche natür­ lich nicht auf die erfindungsgemäß ermittelten Atembewegungen auswir­ ken, läßt sich das Vorliegen von Apnoe mit der beschriebenen Vorrichtung besonders zuverlässig erfassen. Darüberhinaus ist sogar eine Diagnose von obstruktiver Apnoe möglich.

Des weiteren fühlt sich der Patient durch das Tragen der Atemgürtel bei weitem nicht so behindert wie beispielsweise beim Tragen eines Kehlkopf­ mikrophons, da die Atemgürtel mit relativ geringer Spannung um den Rumpf des Patienten befestigt werden, was für den Patienten nicht viel störender ist als beispielsweise das Tragen eines Schlafanzuges.

Vorzugsweise können die Atemgürtel dazu verwendet werden, die am Rumpf des Patienten angebrachten EKG-Elektroden gegen ein Verrut­ schen zu sichern.

Im folgenden wird anhand der einzigen Figur eine bevorzugte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die Figur zeigt eine mobile Einheit 1, der als Meßaufnehmer folgende Komponenten zugeordnet sind:

• - 3 EKG-Elektroden 2a, 2b, 2c,
• - zwei Atemgürtel 3a, 3b, sowie
• - ein Meßaufnehmer 4 für die Ermittlung des Sauerstoffgehaltes im Blut.

Sämtliche Meßaufnehmer sind über Anschlüsse 5 mit der mobilen Einheit 1 verbunden.

Die mobile Einheit 1 weist einen Mikrocomputer 11 auf, mit dessen Hilfe die mittels der Meßaufnehmer aufgezeichneten Signale ausgewertet wer­ den. Zudem übernimmt der Mikrocomputer die Ansteuerung und Abfrage der im folgenden beschriebenen weiteren Komponenten der mobilen Ein­ heit 1.

Die mobile Einheit 1 weist ein Display 6 auf, über das sowohl Benutzer­ anweisungen eingegeben als auch Diagnoseergebnisse ausgegeben wer­ den können. Über ein Tastenfeld 7 kann der Diagnoseablauf program­ miert, die Diagnose gestartet oder das Ergebnis der Diagnose ermittelt bzw. angezeigt werden.

Mittels einer Schnittstelle 8 kann die mobile Einheit an einen Drucker an­ geschlossen werden, der beispielsweise für den Ausdruck der Diagnoseer­ gebnisse verwendet wird.

Eine weitere Schnittstelle 9 ermöglicht den Anschluß der mobilen Einheit an einen Computer, der beispielsweise ein Personal-Computer sein kann, und mit dem wahlweise die Programmierung der mobilen Einheit oder eine ausführliche Auswertung der aufgezeichneten Daten vorgenommen wer­ den kann.

Des weiteren weist die mobile Einheit eine Vorrichtung zum Beschreiben und Lesen eines Speichermediums 10, wie zum Beispiel einer Diskette oder einer RAM-Karte auf. Auf einem solchen Speichermedium können beispielsweise Programme zur Ansteuerung der mobilen Einheit gespei­ chert sein, die dann dem Mikrocomputer 11 der mobilen Einheit 1 zuge­ führt werden. Des weiteren ist es möglich, daß die mobile Einheit das Speichermedium mit den aufgezeichneten Signalverläufen oder den be­ rechneten Auswertungsergebnissen beschreibt, und so eine Weiterverar­ beitung dieser Daten mit einem anderen Computer, der beispielsweise ei­ ne Personal-Computer sein kann, möglich wird.

Mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es auch möglich, ein Verfahren zur Diagnose von Herzstörungen durchzuführen, bei dem min­ destens ein EKG-Signal eines Patienten über einen längeren Zeitraum er­ faßt wird, wobei aus dem EKG-Signal der zeitliche Verlauf der Herzfre­ quenz berechnet, aufgezeichnet und ausgewertet wird, wobei zusätzlich der zeitliche Verlauf des Sauerstoffgehalts des Blutes des Patienten aufge­ zeichnet und ausgewertet wird. Mit einem derartigen Verfahren wird bei einem untersuchten Patienten genau dann eine Herzstörung diagnosti­ ziert, wenn der zeitliche Verlauf der Herzfrequenz Abnormalitäten aufweist und zugleich der Sauerstoffgehalt im Blut in einem vorgegebenen Zeitin­ tervall unter einen vorgegebenen Wert absinkt.

Um die Genauigkeit sowie die Zuverlässigkeit des Diagnoseverfahrens zu erhöhen, ist es möglich, zusätzlich die Atembewegungen des Patienten beispielsweise mittels Atemgürteln zu erfassen und auszuwerten.

Mit dem beschriebenen Verfahren wird es möglich, auf zuverlässige Weise die Notwendigkeit des Einsatzes eines Herzschrittmachers und das Vorlie­ gen einer Asystolie oder einer Bradykardie festzustellen.

Bei bisher bekannten Verfahren wird lediglich das EKG-Signal eines Pati­ enten ermittelt und aufgrund dieses Signals beurteilt, ob der Patient bei­ spielsweise einen Herzschrittmacher benötigt oder nicht. Hierbei kommt es vor, daß das EKG-Signal das Erfordernis eines Herzschrittmachers an­ zeigt obwohl der Sauerstoffgehalt im Blut weitgehend normal ist. In der Folge wird dem Patienten ein Herzschrittmacher eingepflanzt, den er tat­ sächlich nicht benötigen würde. Dadurch, daß zusätzlich zum EKG-Signal beim erfindungsgemäßen Verfahren der Sauerstoffgehalt im Blut unter­ sucht wird, werden derartige Fehldiagnosen ausgeschlossen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur automatischen Erkennung von Apnoe mit Elektro­ den (2a, 2b, 2c) zur Aufnahme eines EKG-Signals eines Patienten, mit Meßaufnehmern (3a, 3b) zur Ermittlung der Atemtätigkeit des Patienten und mit einer Auswerteeinheit (1) die mit den Elektroden (2a, 2b, 2c) und mit den Meßaufnehmern (3a, 3b) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (1) eine Einrichtung zur Ermittlung eines Jitters (Schwankung der Periodendauern) des EKG-Signals und eine Einrichtung zur Ermittlung eines Atemstillstands sowie eine Apnoe- Erkennungseinrichtung aufweist, wobei letztere zur Abgabe eines Erkennungssignals ausgelegt ist, wenn in einem vorbestimmten Zeitabschnitt kein Jitter und gleichzeitig auch keine wesentliche Atemtätigkeit vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Meßaufnehmer durch einen im Brustbereich sowie einen im Bauchbereich des Patienten anbringbaren Atemgürtel (3a, 3b) gebildet sind,
• - daß eine Einrichtung zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Sauerstoffgehaltes des Blutes des Patienten vorgesehen ist, wobei die Apnoe-Erkennungseinrichtung derart ausgelegt ist, daß ein Er­ kennungssignal nur bei sinkendem Sauerstoffgehalt erfolgt, und
• - daß eine Einrichtung zur kontinuierlichen Aufzeichnung und Auswertung der Lage des Patienten vorgesehen ist, wobei Rücken- und Bauchlage unterscheidbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden (2a, 2b, 2c) zur Aufnahme der EKG-Signale vor­ gesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Meßaufnehmer (3a, 3b) als Thermistor(en) ausgebildet ist (sind).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Thermistoren, von denen zwei den Atemstrom durch die Nase ermitteln und einer den Atemstrom durch den Mund ermittelt als weitere Meßaufnehmer vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemgürtel aus einem elastischen Gewebe besteht, in das in Umfangsrichtung des Gürtels ein elektrischer Leiter eingearbeitet ist, der bei angelegtem Gürtel als Induktivität eines über einen Os­ zillator angeregten Schwingkreises wirkt, dessen Frequenz in einer definierten Beziehung zu der Dehnung des Gürtels steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter in Zick-Zack-Form in den Atemgürtel ein­ genäht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemgürtel durch eine Haltevorrichtung gegen ein Verrut­ schen gesichert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Atemgürtel im Brustbereich und ein weiterer Atemgürtel im Bauchbereich des Patienten vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßaufnehmer mit einer Laserdiode und einer Photozelle für die Ermittlung des Sauerstoffgehaltes des Blutes vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer für die Ermittlung des Sauerstoffgehalts im Blut am Ohrläppchen des Patienten befestigt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle von den Meßaufnehmern gelieferten Signale einer einzelnen Auswerteeinheit zugeführt werden.