WO2020047569A1 - Method for detecting breathing stops - Google Patents

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WO2020047569A1
WO2020047569A1 PCT/AT2019/060280 AT2019060280W WO2020047569A1 WO 2020047569 A1 WO2020047569 A1 WO 2020047569A1 AT 2019060280 W AT2019060280 W AT 2019060280W WO 2020047569 A1 WO2020047569 A1 WO 2020047569A1
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WO
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time
determined
value
breathing
period
Prior art date
Application number
PCT/AT2019/060280
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German (de)
French (fr)
Inventor
Carmina CORONEL
Christoph Wiesmeyr
Heinrich Garn
Bernhard Kohn
Alexander Schindler
Anahid NAGHIBZADEH-JALALI
Original Assignee
Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh filed Critical Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh
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    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4806Sleep evaluation
    • A61B5/4818Sleep apnoea
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
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    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7264Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of misfiring of a person.
  • a large number of different possibilities for the detection of misfires are known from the prior art, which are based on different measuring principles.
  • a polysomnography measurement is performed as part of an examination in the sleep laboratory.
  • the air flow and chest movements are usually measured, among other things.
  • oxygen saturation in a person's blood is usually also measured. If there is a misfire, the air flow and possibly also the intensity of the chest movements decrease. Subsequently, the oxygen saturation in the person's blood typically drops significantly over a period of 10 seconds to 1 minute.
  • a major problem in the prior art is that polysomnography is very cost-intensive and burdensome for patients and disturbs sleep. Since distance measurements as well as noise and oxygen desaturation can be measured with non-contact or minimally stressful sensors, a detection of misfires based on the fusion of these sensors is the Consider polysomnography in practical terms, in particular the patient is not disturbed in his sleep or only to a very small extent. In order to be able to implement robust and reliable detection of misfires, the methods must advantageously be coordinated with one another.
  • the invention is therefore based on the object of achieving an improved detection of misfires in a person which is more reliable and has a certain tolerance with regard to the individual, possibly faulty measurements. At the same time, the patient should not be disturbed while sleeping.
  • the invention solves this problem in a method for the detection of misfiring of a person with the characterizing features of claim 1. It is provided
  • a particularly advantageous procedure with which the time or period of the breathing misfire can be determined advantageously and reliably provides that the breathing mistake is considered to be within the first period.
  • this also enables a temporal correlation of the breathing interruptions determined in this way with a large number of further measured values that may have been recorded during sleep, for example EEG measured values, video images, acoustic recordings, thermal images or similar recordings of the sleeping person.
  • An advantageous procedure in which a large number of false positively detected misfires can be rejected provides that a misfire is only recognized if the second period of time lies within a certain period of time, in particular between 10 seconds and 60 seconds, after the first period .
  • a further advantageous combination with a further measurement variable which provides reliable information about breathing noises, provides that a sound measurement value is continuously determined during sleep of the person, which indicates the volume of the breathing noises emitted by the person, and a search is made for respiratory events that are characteristic of the occurrence of breathing noises, whereby it is examined whether the first period of time is free of breathing events and in this case an additional confirmation is made that breathing interruptions were present within the first period of time.
  • a numerically particularly stable procedure for the detection of breathing interruptions which delivers reliable results, provides that the decrease in the measured value of the respiratory movement is recognized within a first period of time by
  • an envelope is determined for the temporal course of the measured breath movement value
  • a time range between two maxima, in which the envelope falls below a predetermined threshold value, in particular determined by the values of the respective maxima, is determined as the first breath-free period.
  • Respiratory movement measurement value provides that a maximum is only used as such if
  • a numerically particularly efficient method for finding periods with low oxygen saturation provides that a second period of less
  • Oxygen saturation is determined by
  • a further advantageous procedure for the detection of breathing interruptions can also be carried out by supplying the determined breath movement measured values and the determined oxygen concentration in the blood to a neural network. It is provided that for each of a number of time intervals, in particular of a duration between 0.5 and 5 seconds, a feature vector is determined from the measured values, that from the respiratory movement measured values recorded in the relevant time interval, a number of with regard to their position the feature vector entries specified in the feature vector are determined, and a number of feature vector entries specified with regard to their position in the feature vector is determined from the oxygen saturation values recorded in the relevant time window, that a time window comprising a predetermined number of features - Vectors or time intervals are specified such that the duration of the time window is selected such that it is preferably between 10 and 120 seconds so that the feature vectors V 1 assigned to the time window ; V 2 , ...
  • a previously trained neural network which in particular has at least one recurrent Layer, preferably a recurrent LSTM layer, and that a temporal sequence of individual probability values is obtained by means of the neural network, which represents the probability of a misfire during the relevant time window or in relation to the relevant time interval for which a feature vector is valid is to specify.
  • a particularly advantageous procedure, with which errors are avoided at the edges of the window provides that the time windows overlap one another at least partially, in particular by half, so that everyone is characterized by a feature vector or affected by it Two at a time
  • Probability values are determined which indicate the probability of a misfire at the relevant point in time, and that the two probability values obtained in this way for a feature vector or a point in time, in particular weighted, are averaged.
  • the weighting of the separately determined and weighted added probability values is specified in such a way that values that are in the middle of the time window are weighted more strongly than values that are at the beginning of the time window.
  • time ranges in which the determined probability value for the presence of breathing interruptions exceeds a predetermined comparison threshold value, in particular determined by a moving average of the surrounding probability values, possibly multiplied by a predetermined factor are detected by misfires.
  • a particularly advantageous, numerically simple possibility for determining probability values provides that the neural network for determining the probability value has one or more further layers which are connected upstream or downstream of the LSTM layer and that the neural network ends in a single neuron, at the exit of which the probability value is obtained.
  • a program for carrying out a method according to the invention can be stored on a data carrier in a particularly advantageous manner.
  • Two advantageous embodiments and further developments of the invention are shown in more detail with reference to the following drawing figures.
  • FIG. 1 shows a diagram of measured values which are usually determined in the sleep laboratory.
  • 2 shows the formation of an envelope curve for the temporal course of the measured breath movement value.
  • 3 shows the determination of maxima of the envelope.
  • FIG. 4 shows the determination of the first time periods that indicate the presence of breathing interruptions.
  • 5 shows an oxygen saturation value and a smoothed time profile of the oxygen saturation value.
  • 6 and 7 show the determination of maxima as well as of second time periods, which indicate the presence of breathing interruptions.
  • 8 shows the joint consideration of first and second time periods for determining time periods in which breathing interruptions are present.
  • FIG. 9 schematically shows the procedure for forming time intervals in a second embodiment of the invention.
  • 10 shows the formation of feature vectors for the individual time intervals and the formation of time windows.
  • FIG. 11 shows a neural network with a recurrent LSTM layer for calculating a probability value for the existence of misfires.
  • 12 shows the formation of cross-window probability profiles as well as the calculation of time ranges with misfires.
  • 1 shows the individual signals determined in the course of the examination of the sleeping person according to the prior art.
  • 1 shows function graphs arranged one above the other for the temporal course of the pressure F in the area of the nose, the temperature F T in the area of the mouth and nose, measured breath movements, M BI and M B2 for measuring the breath movements via a chest or abdominal belt and the oxygen saturation M Q2 in the subject's arterial blood.
  • a breathing misfire can be seen in the individual measured value signals between the times A and A 2 .
  • Some of the measured values shown here provide significant information about breathing interruptions, but have the disadvantage that they are usually determined by cable, that is to say sensors are attached to the body of the person which significantly impair the person's sleep.
  • a measured breath movement value is continuously determined.
  • the breath movement measured value is specified via a distance measuring device, which measures the distance from the chest or abdomen area of the person concerned or a blanket lying above the chest and / or abdomen measurement area of the person.
  • a "time of flight sensor" can typically be used as such a distance measuring device.
  • the oxygen saturation can be determined, for example, in the area of a finger.
  • the oxygen saturation M Q 2 is determined, for example, at intervals of 0.5 to 5 seconds.
  • the oxygen saturation signal M Q 2 is present as a temporally discrete signal, the sensor also determining discretized signals with respect to the oxygen saturation measured value M Q 2.
  • a first embodiment of the invention is presented, which manages with an oxygen saturation signal M 0 2 and a breath movement measurement value M B , in order to be able to make reliable statements about breathing interruptions and their occurrence over time.
  • measures are described with which the presence of a breath misfire can be detected from a measured breath movement value.
  • an envelope curve Fl is determined from the measured breath movement value, which is limited in terms of its oscillation (FIG. 2).
  • a curve with limited oscillation enveloping the measured breath movement value from above and a curve with limited oscillation enveloping the measured breath movement value from below are calculated and the envelope curve F1 is formed as the difference between these two curves.
  • the time and value of the envelope curve Fl are determined in the individual maxima M1, M2, ... of the envelope curve Fl, which are shown in more detail in FIG. 3.
  • a maximum is then considered to be detected and is only used as such for the further procedure if its time interval to the preceding or following maximum in each case exceeds a predetermined time threshold.
  • This time threshold can be between 5 and 10 seconds.
  • the maxima can also be limited to those signal values in which the envelope curve exceeds a threshold value determined by the preceding or following maximum. For example, can be set in this way that the value of a maximum may be at least 90% of the value of the immediately preceding maximum.
  • a curve of the envelope curve H of the breath movement measured value is determined between two maxima, in which the value of the envelope curve H for a predetermined first time period TAI,. . . , T A6 - in the present exemplary embodiment of at least 10 seconds - has a value which is smaller than a proportion of - in the present exemplary embodiment 80% - the mean value of the two maxima, then the first time period between the two maxima in which this threshold value is undershot, determined as breathable based on the measured breath movement value.
  • a period of between 5 and 30 s can be selected.
  • a threshold of between 50% and 90% of the mean value of the function values of the envelope curve H in the two successive maxima M. Can be used as the threshold value, which must be undercut for the detection of a breathing misfire during the first time period T Ai , ..., T A6 1 ; M 2 can be used.
  • FIG. 4 shows first time periods T Ai , ..., T A6 in the signal of the breath movement measured value M B , in which breathing misfires are considered to be recognized.
  • the discretely determined oxygen saturation signal M 0 2 is converted piece by piece into a smooth signal, for example by piece by piece linear interpolation or by spline interpolation with square or cubic splines.
  • the discretely determined signal and the smoothed and linearly interpolated signal are shown in more detail in FIG. 5.
  • the time and the oxygen saturation M Q 2 in the individual maxima are then determined in the smoothed signal. Between two immediately consecutive maxima, a time range for the drop in oxygen saturation M Q 2 is sought, in which the duration of the drop in oxygen saturation M 02 is at least a predetermined second time period T Bi , ⁇ , T B4 - in this
  • other different threshold values can also be selected.
  • the second time period T B1 ,... T B4 , for which the threshold value has to be undershot so that a breathing misfire can be detected, can be between 5 and 30 seconds.
  • the drop in oxygen saturation M Q 2 that will be present must, so that a breathing mistake is considered detected, can be between 2% and 10% relative oxygen saturation M 02 .
  • the saturation difference determined in this way is compared with a threshold value which can be between 3% and 15%; in the present case, a threshold value of 5% is selected as an example, so that the saturation difference of 10% exceeds this threshold value.
  • the time interval T 3 -T between the two maxima is 20 seconds in the present case. For this time interval it is now examined whether it lies within an interval of between 5 seconds and 90 seconds.
  • the lower limit of this interval can be between 2 seconds and 20 seconds.
  • the upper limit of this interval can be between 30 seconds and 200 seconds.
  • the period between the two maxima is evaluated as the second period T Bi , ..., T B4 of a breathing misfire.
  • FIG. 7 shows a number of second time periods T Bi , ⁇ , T B4 , in which a reduced oxygen saturation M Q 2, which indicates a misfire, is detected.
  • Respiratory movement measured value M B is determined and then after a second, occurring approximately a delay period of between 10 and 60 seconds later Time period T Bi is sought in the oxygen saturation measurement signal M 02 , which also indicates the presence of a misfire. If such correlating first and second time periods T Ai , T Bi can be found in the time profiles of the oxygen saturation value M 02 and the breath movement measured value, then a person's breathing misfire is detected during the first time period T Ai . In this way, the periods T Ai , T Bi and the periods T A3 , T B3 can be assigned to each other. Since in the present case the second period T B2 lies before the temporally close first period T A2 , an assignment cannot be made.
  • a preferred development of the invention provides that a sound measurement value M akk is additionally determined while the person is asleep , it being continuously examined whether the volume of the breathing noises emitted by the person exceeds a predetermined threshold value. If necessary, the sound measurement value M akk can be subjected to filtering beforehand. You can also search for breathing events or breathing noises that are characteristic of the occurrence of breathing. If it can be determined that the first period T A3 , in which the
  • Breathing movement measured value M B falls below a predetermined level, and is also free of acoustically identified breathing events, a further confirmation is given that breath misfires exist within a first period of time.
  • a breath movement measurement value and an oxygen saturation value M 02 are continuously determined to detect a person's breathing interruptions while the person is sleeping.
  • the total duration of monitoring sleep is broken down into a number of
  • interval duration of about one second (Fig. 9).
  • different interval durations for example between 0.5s and 5s, can also be selected.
  • the time intervals l 1; l 2 , ... are not overlapping in the present exemplary embodiment and are specified without any time intervals.
  • the individual signals are used for the individual time intervals l 1; l 2 , ... feature values determined, the individual parameters of the signal curve in the respective time interval l 1; l 2 , ... describe. It is entirely possible that values of the signals are used that are in close proximity to one another but outside the respective time interval h, l 2 ,. As will be shown later, the individual feature values can be determined in different ways. The individual feature values determined in this way, which were each determined for the same time interval ⁇ ⁇ , l 2 , ..., become feature vector entries for a feature vector V 1; V 2 , ... summarized, which in turn the time interval l 1; l 2 , ... is assigned (Fig. 10).
  • the order of the individual feature vector entries in the feature vector V 1; V 2 , ... is basically arbitrary, but is used when creating all feature vectors V 1; V 2 , ... are retained for the individual time intervals ⁇ l 2 , ..., so that feature values which are in the individual time intervals l 1; l 2 , ... were each determined in the same way, in each case at the same location in the feature vector V 1; V 2 , ... stand.
  • time window F 1; F 2 ... each comprises a predetermined number of time intervals. Every time window F 1; F 2 , ... can therefore also be a number of feature vectors V 1; V 2 , ... are assigned if they are assigned to a time interval ⁇ l 2 , ... which corresponds to the time window F 1; F 2 , ... is assigned.
  • l 2 ... in the respective time window F 1; F 2 , ... there is also a sequence of the time intervals l 1; l 2 , ... assigned feature vectors V 1; V 2 , ....
  • the duration of the time window F 1; F 2 , ... is typically between 10 and 120 seconds.
  • the duration of the time window is preferably greater than the expected delay time, with which a reduction in the oxygen saturation value M 0 2 typically occurs when there is a breathing misfire.
  • the individual feature vectors V 1; V 2 , ... are connected to a feature vector V 1; V 2 , ... transferred trained neural network.
  • This neural network (FIG. 11) contains at least one recurrent LSTM layer. The basic structure of such a layer of a neural network is described, for example, in Felix A. Gers, Jürgen Schmidhuber, Fred Cummins: Learning to Forget: Continual Prediction with LSTM In: Neural Computation (journal) vol. 12 issue 10, pp. 2451-2471, 2000.
  • Network N points for each entry of feature vector V 1; V 2 , ... each have an input neuron N n , ..., N i5 .
  • the neural network N has an output or an output neuron N out , to which a value is present that represents the probability P for the presence of a misfire in the presence of a feature vector V 1 present at the input N ; V 2 , ... indicates.
  • the neural network can also contain as many output neurons as there are time intervals in a time window.
  • the neural network typically has N for determining the Probability value P one or more further layers N 2 , which are upstream or downstream of the LSTM layer.
  • the individual feature vectors V 1; V 2 , ... of the respective window F 1; F 2 , ... in the order given to them by the temporal sequence of their recording to the neural network N (Fig. 12).
  • the neural network N By transferring the feature vectors V 1; V 2 , ... to the neural network N is not only for each time interval l 1; l 2 , ... receive a probability value P for the presence of a misfire, but the neural network N also changes its internal state due to its LSTM layer, so that even events distributed over time can be easily recognized.
  • LSTM layer in a neural network
  • layers or layers can also be used.
  • a fully connected layer fully connected layer
  • a recurrent layer that is not of the LSTM type is used, such as a "gated recurrent unit".
  • a time output signal Pi, P 2 , P 3 is obtained at the output N out of the neural network N, which represents the probability P of a misfire at the time interval h, l 2 , ... of the respective feature vector V 1; V 2 , ... or the time window F 1; F 2 , ... indicates.
  • the size of the time window F 1; F 2 can in particular be provided that they overlap each other by a certain time span, so that each time interval l 1; l 2 , ... always in at least two time windows F 1; F 2 , ... lies.
  • a feature vector V 1; V 2 , ... characterized or affected by this point in time at least two probability values P 1; P 2 , ...; P 2 , P 3 , ... are determined, the probability of a misfire to the concerned
  • the two so for a feature vector V 1; V 2 , ... or probability values obtained at a point in time can be averaged to improve the probability estimate.
  • the addition of the probability values P can preferably be weighted.
  • the weighting of the separately determined probability values P can depend on the time position of the probability value P to be weighted in its Time window can be specified. So probability values P, which are in the middle of the time window F 1; F 2 , ... are weighted more than values that are at the beginning or end of the time window F 1; F 2 , ... are.
  • the determined probability value P can be compared with a threshold value P th .
  • a comparison threshold value P th for the probability value P cannot be specified in general.
  • a moving averaging of the relevant probability value signal P enables an adjustment and determination of a comparison threshold value.
  • the comparison threshold value P th can either be directly equated with the moving average of the probability value P or can be set to a value predetermined by the moving average, for example between 120% and 150% of the moving average. If the probability value signal exceeds the comparison threshold value P th , a misfire is detected and possibly assigned to the relevant time range B.

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Abstract

The invention relates to a method for detecting breathing stops of a person, wherein: while the person sleeps, a breathing movement measurement value (MB), which characterizes the movements of the person during breathing, and an oxygen saturation value (MO2), which indicates the relative oxygen concentration in the blood of the person, are determined; the measurement values (MB, MO2) thus determined are correlated with one another, and a breathing stop is detected if the breathing movement measurement value (MB) decreases during a first time period (TA1, TA2,...) and additionally the oxygen saturation value (MO2) decreases during a second time period (TB1, TB2,...) following the first time period (TA1, TA2,...).

Description

Verfahren zur Detektion von Atemaussetzern  Method of detection of breathing interruptions
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Atemaussetzern einer Person. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten zur Detektion von Atemaussetzern bekannt, die auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren. Typischerweise wird im Rahmen einer Untersuchung im Schlaflabor eine Polysomnographiemessung durchgeführt. Dabei werden üblicherweise unter anderem der Luftfluss, sowie Bewegungen des Brustkorbs gemessen. Darüber hinaus wird üblicherweise auch die Sauerstoffsättigung im Blut einer Person gemessen. Liegt ein Atemaussetzer vor, so sinkt der Luftfluss und eventuell auch die Intensität der Brustkorbbewegungen. In weiterer Folge sinkt typischerweise auch die Sauerstoffsättigung im Blut der Person über einen Zeitraum von 10 Sekunden bis 1 Minute signifikant ab. Aus dem Stand der Technik ist es jedoch bislang noch nicht bekannt, in Schlaflaboranwendungen die Sauerstoffentsättigung systematisch für die Detektion von vollständigen Atemaussetzern (Apnoen) zu erfassen bzw. systematisch mit anderen, den Patienten nicht im Schlaf behindernden oder störenden, Messprinzipien wie dreidimensionalen Abbildungsverfahren des Patienten zu kombinieren. Beginnt die Person anschließend wieder normal zu atmen, so steigt die Sauerstoffsättigung im Blut der Person wieder an. The invention relates to a method for the detection of misfiring of a person. A large number of different possibilities for the detection of misfires are known from the prior art, which are based on different measuring principles. Typically, a polysomnography measurement is performed as part of an examination in the sleep laboratory. The air flow and chest movements are usually measured, among other things. In addition, oxygen saturation in a person's blood is usually also measured. If there is a misfire, the air flow and possibly also the intensity of the chest movements decrease. Subsequently, the oxygen saturation in the person's blood typically drops significantly over a period of 10 seconds to 1 minute. However, it is not yet known from the prior art to systematically record oxygen desaturation in sleep laboratory applications for the detection of complete interruptions in breathing (apneas) or systematically with other measurement principles, such as three-dimensional imaging methods of the patient, which do not hinder or disturb the patient during sleep to combine. If the person then begins to breathe normally again, the oxygen saturation in the person's blood increases again.
Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus weitere Vorgehensweisen zur Bestimmung von Atembewegungen bekannt, die auf Entfernungsmessungen basieren und bei denen die Bewegungen des Brustkorbs oder des Bauchs der Person ermittelt werden. Sofern Bewegungen der Oberfläche der Person oder der Decke, die sich auf der Person befindet, ermittelt werden, die mit einer vorgegebenen Frequenz stattfinden, kann hieraus auf eine Atemtätigkeit der betreffenden Person geschlossen werden. In addition, further procedures for determining respiratory movements are known from the prior art, which are based on distance measurements and in which the movements of the person's chest or abdomen are determined. If movements of the surface of the person or of the blanket that is located on the person are determined that take place with a predetermined frequency, this can be concluded from the person's breathing activity.
Darüber hinaus sind auch noch Möglichkeiten bekannt, die Atemgeräusche einer Person zu ermitteln und ausgehend von diesen Atemgeräuschen auf Atmungsaktivität der Person zu schließen. In addition, possibilities are also known for determining the breathing sounds of a person and, based on these breathing sounds, for concluding that the person is breathing.
Ein wesentliches Problem des Standes der Technik ist es, dass die Polysomnographie sehr kostenintensiv und für Patienten belastend und den Schlaf störend ist. Da sowohl Entfernungsmessungen, als auch Geräusche und die Sauerstoffentsättigung mit berührungslosen bzw. minimal belastenden Sensoren gemessen werden können ist eine Detektion von Atemaussetzern basierend auf der Fusion dieser Sensoren der Polysomnographie in praktischen Belangen überlegen, insbesondere wird der Patient nicht oder nur in sehr geringem Maße in seinem Schlaf gestört. Um eine robuste und zuverlässige Detektion von Atemaussetzern realisieren zu können müssen die Methoden vorteilhafterweise aufeinander abgestimmt werden. A major problem in the prior art is that polysomnography is very cost-intensive and burdensome for patients and disturbs sleep. Since distance measurements as well as noise and oxygen desaturation can be measured with non-contact or minimally stressful sensors, a detection of misfires based on the fusion of these sensors is the Consider polysomnography in practical terms, in particular the patient is not disturbed in his sleep or only to a very small extent. In order to be able to implement robust and reliable detection of misfires, the methods must advantageously be coordinated with one another.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Detektion von Atemaussetzern einer Person zu erreichen, die eine größere Zuverlässigkeit aufweist und hinsichtlich der einzelnen, möglicherweise fehlerbehafteten Messungen eine gewisse Toleranz aufweist. Gleichzeitig soll der Patient nicht im Schlaf gestört werden. The invention is therefore based on the object of achieving an improved detection of misfires in a person which is more reliable and has a certain tolerance with regard to the individual, possibly faulty measurements. At the same time, the patient should not be disturbed while sleeping.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Detektion von Atemaussetzern einer Person mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Dabei ist vorgesehen, The invention solves this problem in a method for the detection of misfiring of a person with the characterizing features of claim 1. It is provided
- dass während des Schlafs der Person die folgenden Messwerte laufend ermittelt werden:  - that the following measured values are continuously determined while the person is asleep:
- ein Atembewegungsmesswert, der die Bewegungen der Person während der Atmung charakterisiert, und  a breath movement reading that characterizes the person's movements during breathing, and
- ein Sauerstoffsättigungswert, der die relative Sauerstoffkonzentration im Blut der Person angibt, und  an oxygen saturation value indicating the relative oxygen concentration in the person's blood, and
- dass die so ermittelten Messwerte miteinander korreliert werden, und ein Atemaussetzer dann erkannt wird, wenn während eines ersten Zeitraums der Atembewegungsmesswert absinkt und zusätzlich während eines zweiten Zeitraums, der dem ersten Zeitraum nachfolgt, der Sauerstoffsättigungswert absinkt. - That the measured values determined in this way are correlated with one another and a misfire is detected if the measured value of breathing movement drops during a first period and additionally the oxygen saturation value decreases during a second period that follows the first period.
Dabei werden die unterschiedlichen Auswirkungen von Atemaussetzern der Person auf die einzelnen Messverfahren betreffend den Sauerstoffsättigungswert sowie den Atem- Bewegungsmesswert vorteilhaft aufeinander abgestimmt, sodass Atemaussetzer nur dann detektiert werden, wenn diese aufgrund der in beiden Messungen erzielten Messwerte als wahrscheinlich gelten. Fehlalarme, die lediglich in der unzuverlässigen Funktionsweise einer der beiden Messmethoden liegen, werden mit dieser Vorgehensweise wirksam verhindert. Der Patient wird bei diesen Messungen nicht im Schlaf behindert. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit die Messung vorzunehmen, ohne dass der Patient hierfür verkabelt werden muss, was auch die Möglichkeit von Heimanwendungen oder von Anwendungen ohne Aufsicht durch Fachpersonal eröffnet und dadurch wesentlich zur Kostenreduktion beiträgt. Eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise, mit der der Zeitpunkt bzw. Zeitraum des Atemaussetzers vorteilhaft und zuverlässig festgestellt werden kann, sieht vor, dass der Atemaussetzer als innerhalb des ersten Zeitraums liegend angesehen wird. Dies ermöglicht darüber hinaus auch noch eine zeitliche Korrelation des so festgestellten Atemaussetzers mit einer Vielzahl weiterer gegebenenfalls während des Schlafs erhobener Messwerte beispielsweise von EEG-Messwerten, Videobildern, akustischen Aufnahmen, Wärmebildaufnahmen oder ähnlichen Aufnahmen der schlafenden Person. Eine vorteilhafte Vorgehensweise, bei der eine Vielzahl von falsch positiv erkannten Atemaussetzern verworfen werden kann, sieht vor, dass ein Atemaussetzer nur dann erkannt wird, wenn der zweite Zeitraum in einem bestimmten Zeitraum, insbesondere zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden, nach dem ersten Zeitraum liegt. Eine weitere vorteilhafte Kombination mit einer weiteren Messgröße, die zuverlässige Aussagen über Atemgeräusche liefert, sieht vor, dass zusätzlich während des Schlafs der Person ein Schallmesswert laufend ermittelt wird, der die Lautstärke der von der Person abgegebenen Atemgeräusche angibt, und nach Atemereignissen gesucht wird, die für das Auftreten von Atemgeräuschen charakteristisch sind, wobei untersucht wird, ob der erste Zeitraum frei von Atemereignissen ist und in diesem Fall eine zusätzliche Bestätigung dafür erfolgt, dass innerhalb des ersten Zeitraums Atemaussetzer vorhanden waren. The different effects of the person's breathing misfires on the individual measurement methods regarding the oxygen saturation value and the breath movement measured value are advantageously coordinated with one another, so that breath misfires are only detected if these are considered probable on the basis of the measured values obtained in both measurements. False alarms, which are only due to the unreliable functioning of one of the two measurement methods, are effectively prevented with this procedure. The patient is not hindered from sleep during these measurements. In particular, there is also the possibility of carrying out the measurement without the patient having to be wired for this, which also opens up the possibility of home applications or applications without supervision by specialist personnel and thus contributes significantly to reducing costs. A particularly advantageous procedure with which the time or period of the breathing misfire can be determined advantageously and reliably provides that the breathing mistake is considered to be within the first period. In addition, this also enables a temporal correlation of the breathing interruptions determined in this way with a large number of further measured values that may have been recorded during sleep, for example EEG measured values, video images, acoustic recordings, thermal images or similar recordings of the sleeping person. An advantageous procedure in which a large number of false positively detected misfires can be rejected provides that a misfire is only recognized if the second period of time lies within a certain period of time, in particular between 10 seconds and 60 seconds, after the first period . A further advantageous combination with a further measurement variable, which provides reliable information about breathing noises, provides that a sound measurement value is continuously determined during sleep of the person, which indicates the volume of the breathing noises emitted by the person, and a search is made for respiratory events that are characteristic of the occurrence of breathing noises, whereby it is examined whether the first period of time is free of breathing events and in this case an additional confirmation is made that breathing interruptions were present within the first period of time.
Eine numerisch besonders stabile Vorgehensweise zur Detektion von Atemaussetzern, die zuverlässige Ergebnisse liefert, sieht vor, dass das Absinken des Atembewegungsmesswerts innerhalb eines ersten Zeitraums erkannt wird, indem A numerically particularly stable procedure for the detection of breathing interruptions, which delivers reliable results, provides that the decrease in the measured value of the respiratory movement is recognized within a first period of time by
- für den zeitlichen Verlauf des Atembewegungsmesswerts eine Hüllkurve ermittelt wird, an envelope is determined for the temporal course of the measured breath movement value,
- eine Anzahl von Maxima der Hüllkurve ermittelt wird, und - A number of maxima of the envelope is determined, and
- ein Zeitbereich zwischen zwei Maxima, in dem die Hüllkurve einen vorgegebenen, insbesondere durch die Werte der jeweiligen Maxima festgelegten, Schwellenwert unterschreitet, als erster atmungsfreier Zeitraum festgestellt wird.  a time range between two maxima, in which the envelope falls below a predetermined threshold value, in particular determined by the values of the respective maxima, is determined as the first breath-free period.
Eine besonders robuste Detektion von Maxima in der Hüllkurve desA particularly robust detection of maxima in the envelope of the
Atembewegungsmesswerts sieht vor, dass ein Maximum nur dann als solches herangezogen wird, wenn Respiratory movement measurement value provides that a maximum is only used as such if
- sein zeitlicher Abstand zum jeweils vorangehenden oder zum jeweils nachfolgenden Maximum einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert übersteigt und/oder - sein Atembewegungsmesswert einen durch das jeweils vorangehende oder nachfolgende Maximum festgelegten Schwellenwert übersteigt. - Its time interval to the previous or subsequent maximum exceeds a predetermined time threshold and / or - His respiratory movement measured value exceeds a threshold value determined by the preceding or following maximum.
Eine numerisch besonders effiziente Methode für das Auffinden von Zeiträumen mit geringer Sauerstoffsättigung sieht vor, dass ein zweiter Zeitraum von geringerA numerically particularly efficient method for finding periods with low oxygen saturation provides that a second period of less
Sauerstoffsättigung festgestellt wird, indem Oxygen saturation is determined by
- Maxima im Verlauf der Sauerstoffsättigung ermittelt werden,  Maxima are determined in the course of oxygen saturation,
- nach einem Zeitbereich des Abfallens der Sauerstoffsättigung nach dem jeweiligen Maximum gesucht wird,  - a search is made for a period of time when the oxygen saturation has dropped,
- in dem die Dauer des Abfalls der Sauerstoffsättigung zumindest einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert beträgt, und  - in which the duration of the drop in oxygen saturation is at least a predetermined time threshold, and
- an dessen Ende die Sauerstoffsättigung um zumindest 3% gegenüber dem Wert des Maximums abgesunken ist,  at the end of which the oxygen saturation has decreased by at least 3% compared to the value of the maximum,
und ein solcher Zeitbereich als zweiter Zeitraum erkannt wird. and such a time range is recognized as a second time period.
Eine besonders robuste Detektion von Maxima im Verlauf der Sauerstoffsättigung sieht vor, dass ein Maximum nur dann als solches herangezogen wird, wenn A particularly robust detection of maxima in the course of oxygen saturation provides that a maximum is only used as such if
- sein zeitlicher Abstand zum jeweils vorangehenden oder zum jeweils nachfolgenden Maximum einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert übersteigt und/oder  - Its time interval to the previous or subsequent maximum exceeds a predetermined time threshold and / or
- sein Sättigungswert einen durch das jeweils vorangehende oder nachfolgende Maximum festgelegten Schwellenwert übersteigt. - Its saturation value exceeds a threshold value determined by the preceding or following maximum.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise zur Detektion von Atemaussetzern kann auch vorgenommen werden, indem die ermittelten Atem-Bewegungsmesswerte sowie die ermittelte Sauerstoffkonzentration im Blut einem neuronalen Netzwerk zugeführt werden. Dabei ist vorgesehen, dass für eine Anzahl von Zeitintervallen, insbesondere von einer Dauer zwischen 0,5 und 5 Sekunden, jeweils ein Feature-Vektor aus den Messwerten bestimmt wird, dass aus den im betreffenden Zeitintervall aufgenommenen Atem- Bewegungsmesswerten eine Anzahl von hinsichtlich ihrer Position im Feature- Vektor vorgegebenen Feature-Vektor-Einträgen ermittelt wird, und wobei aus den im betreffenden Zeitfenster aufgenommenen Sauerstoffsättigungswerten eine Anzahl von hinsichtlich ihrer Position im Feature-Vektor vorgegebenen Feature-Vektor-Einträgen ermittelt wird, dass ein Zeitfenster umfassend eine vorgegebene Anzahl von Feature- Vektoren oder Zeitintervallen vorgegeben wird, dass die Dauer des Zeitfensters so gewählt wird, dass diese vorzugsweise zwischen 10 und 120 Sekunden liegt, dass die dem Zeitfenster zugeordneten Feature- Vektoren V1 ; V2, ... an ein vorab trainiertes neuronales Netzwerk übergeben werden, das insbesondere zumindest einen rekurrenten Layer, vorzugsweise einen rekurrenten LSTM-Layer, enthält, und dass mittels des neuronalen Netzwerks eine zeitliche Abfolge von einzelnen Wahrscheinlichkeitswerten erhalten wird, die die Wahrscheinlichkeit eines Atemaussetzers während des betreffenden Zeitfensters oder im Bezug auf das betreffende Zeitintervall, für das ein Feature-Vektor gültig ist, angeben. A further advantageous procedure for the detection of breathing interruptions can also be carried out by supplying the determined breath movement measured values and the determined oxygen concentration in the blood to a neural network. It is provided that for each of a number of time intervals, in particular of a duration between 0.5 and 5 seconds, a feature vector is determined from the measured values, that from the respiratory movement measured values recorded in the relevant time interval, a number of with regard to their position the feature vector entries specified in the feature vector are determined, and a number of feature vector entries specified with regard to their position in the feature vector is determined from the oxygen saturation values recorded in the relevant time window, that a time window comprising a predetermined number of features - Vectors or time intervals are specified such that the duration of the time window is selected such that it is preferably between 10 and 120 seconds so that the feature vectors V 1 assigned to the time window ; V 2 , ... are transferred to a previously trained neural network, which in particular has at least one recurrent Layer, preferably a recurrent LSTM layer, and that a temporal sequence of individual probability values is obtained by means of the neural network, which represents the probability of a misfire during the relevant time window or in relation to the relevant time interval for which a feature vector is valid is to specify.
Eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise, mit der vermieden wird, dass Fehler an den Rändern des Fensters auftreten, sieht vor, dass die Zeitfenster einander zumindest teilweise, insbesondere jeweils um die Hälfte, überlappen, sodass für jeden durch einen Feature- Vektor charakterisierten oder von diesen betroffenen Zeitpunkt jeweils zweiA particularly advantageous procedure, with which errors are avoided at the edges of the window, provides that the time windows overlap one another at least partially, in particular by half, so that everyone is characterized by a feature vector or affected by it Two at a time
Wahrscheinlichkeitswerte ermittelt werden, die die Wahrscheinlichkeit eines Atemaussetzers zum betreffenden Zeitpunkt angeben, und dass die beiden so für einen Feature- Vektor oder einen Zeitpunkt erhaltenen Wahrscheinlichkeitswerte, insbesondere gewichtet, gemittelt werden. Probability values are determined which indicate the probability of a misfire at the relevant point in time, and that the two probability values obtained in this way for a feature vector or a point in time, in particular weighted, are averaged.
Zu diesem Zweck kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Gewichtung der separat ermittelten und gewichtet addierten Wahrscheinlichkeitswerte derart vorgegeben wird, dass Werte, die sich in der Mitte des Zeitfensters befinden, stärker gewichtet werden als Werte, die sich am Anfang des Zeitfensters befinden. For this purpose, it can in particular be advantageously provided that the weighting of the separately determined and weighted added probability values is specified in such a way that values that are in the middle of the time window are weighted more strongly than values that are at the beginning of the time window.
Um Atemaussetzer zeitlich lokalisieren zu können, kann vorgesehen sein, dass Zeitbereiche, in denen der ermittelte Wahrscheinlichkeitswert für das Vorliegen von Atemaussetzern einen vorgegebenen, insbesondere durch einen gleitenden Mittelwert der umgebenden Wahrscheinlichkeitswerte, gegebenenfalls multipliziert mit einem vorgegebenen Faktor, festgelegten, Vergleichsschwellenwert übersteigt, als Zeitbereiche von Atemaussetzern festgestellt werden. In order to be able to localize breathing interruptions in time, it can be provided that time ranges in which the determined probability value for the presence of breathing interruptions exceeds a predetermined comparison threshold value, in particular determined by a moving average of the surrounding probability values, possibly multiplied by a predetermined factor are detected by misfires.
Eine besonders vorteilhafte, numerisch einfache Möglichkeit zur Bestimmung von Wahrscheinlichkeitswerten sieht vor, dass das neuronale Netzwerk zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitswerts einen oder mehrere weitere Layer aufweist, die dem LSTM- Layer vor- oder nachgeschaltet sind und dass das neuronale Netzwerk in einem einzigen Neuron mündet, an dessen Ausgang der Wahrscheinlichkeitswert erhalten wird. A particularly advantageous, numerically simple possibility for determining probability values provides that the neural network for determining the probability value has one or more further layers which are connected upstream or downstream of the LSTM layer and that the neural network ends in a single neuron, at the exit of which the probability value is obtained.
Besonders vorteilhaft kann ein Programm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Datenträger abgespeichert werden. Zwei vorteilhafte Ausführungsformen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind anhand der folgenden Zeichnungsfiguren näher dargestellt. A program for carrying out a method according to the invention can be stored on a data carrier in a particularly advantageous manner. Two advantageous embodiments and further developments of the invention are shown in more detail with reference to the following drawing figures.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm von Messwerten, die üblicherweise im Schlaflabor ermittelt werden. Fig. 2 zeigt die Bildung einer Hüllkurve für den zeitlichen Verlauf des Atembewegungsmesswerts. Fig. 3 zeigt die Ermittlung von Maxima der Hüllkurve. Fig. 4 zeigt die Bestimmung von ersten Zeiträumen, die auf das Vorliegen von Atemaussetzern hindeuten. Fig. 5 zeigt einen Sauerstoffsättigungswert sowie einen geglätteten Zeitverlauf des Sauerstoffsättigungswerts. Fig. 6 und 7 zeigen die Bestimmung von Maxima sowie von zweiten Zeiträumen, die auf das Vorliegen von Atemaussetzern hindeuten. Fig. 8 zeigt die gemeinsame Betrachtung von ersten und zweiten Zeiträumen zur Bestimmung von Zeiträumen, in denen Atemaussetzer vorhanden sind. 1 shows a diagram of measured values which are usually determined in the sleep laboratory. 2 shows the formation of an envelope curve for the temporal course of the measured breath movement value. 3 shows the determination of maxima of the envelope. FIG. 4 shows the determination of the first time periods that indicate the presence of breathing interruptions. 5 shows an oxygen saturation value and a smoothed time profile of the oxygen saturation value. 6 and 7 show the determination of maxima as well as of second time periods, which indicate the presence of breathing interruptions. 8 shows the joint consideration of first and second time periods for determining time periods in which breathing interruptions are present.
Fig. 9 zeigt schematisch die Vorgehensweise zur Bildung von Zeitintervallen bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 10 zeigt die Bildung von Feature-Vektoren für die einzelnen Zeitintervalle sowie die Bildung von Zeitfenstern. Fig. 11 zeigt ein neuronales Netzwerk mit einem rekurrenten LSTM-Layer zur Berechnung eines Wahrscheinlichkeitswerts für das Vorliegen von Atemaussetzern. Fig. 12 zeigt die Bildung von fensterübergreifenden Wahrscheinlichkeitsverläufen sowie die Berechnung von Zeitbereichen mit Atemaussetzern. FIG. 9 schematically shows the procedure for forming time intervals in a second embodiment of the invention. 10 shows the formation of feature vectors for the individual time intervals and the formation of time windows. FIG. 11 shows a neural network with a recurrent LSTM layer for calculating a probability value for the existence of misfires. 12 shows the formation of cross-window probability profiles as well as the calculation of time ranges with misfires.
In Fig. 1 sind die einzelnen im Rahmen der Untersuchung des Schlafenden nach dem Stand der Technik ermittelten Signale dargestellt. Fig. 1 zeigt übereinander angeordnet Funktionsgraphen für den zeitlichen Verlauf des Drucks F im Bereich der Nase, die Temperatur FT im Bereich von Mund und Nase, Atembewegungsmesswerte, MBI und MB2 für die Messung der Atembewegungen über einen Brust- bzw. Bauchgurt sowie die Sauerstoffsättigung MQ2 im arteriellen Blut des Probanden. In dem in Fig. 1 dargestellten Mittenbereich ist in den einzelnen übereinander dargestellten Messwertsignalen zwischen den Zeitpunkten A, und A2 ein Atemaussetzer erkennbar. Einige der hier dargestellten Messwerte liefern zwar signifikante Aussagen über Atemaussetzer, haben aber den Nachteil, dass sie üblicherweise kabelgebunden ermittelt werden, d.h. dass am Körper der Person Sensoren angebracht werden, die den Schlaf der Person wesentlich beeinträchtigen. Weiters wird laufend ein Atembewegungsmesswert ermittelt. Der Atembewegungsmesswert wird im Gegensatz zu den Brust- und Bauchgurten bei der Polysomnographie über eine Distanz-Messeinrichtung angegeben, die die Entfernung des Brust- oder Abdomenbereichs der betreffenden Person oder einer oberhalb des Brust- und/oder Abdomenmessbereichs der Person liegenden Decke misst. Als derartige Distanz-Messeinrichtung kann typischerweise ein "Time of Flighf-Sensor verwendet werden. 1 shows the individual signals determined in the course of the examination of the sleeping person according to the prior art. 1 shows function graphs arranged one above the other for the temporal course of the pressure F in the area of the nose, the temperature F T in the area of the mouth and nose, measured breath movements, M BI and M B2 for measuring the breath movements via a chest or abdominal belt and the oxygen saturation M Q2 in the subject's arterial blood. In the central region shown in FIG. 1, a breathing misfire can be seen in the individual measured value signals between the times A and A 2 . Some of the measured values shown here provide significant information about breathing interruptions, but have the disadvantage that they are usually determined by cable, that is to say sensors are attached to the body of the person which significantly impair the person's sleep. Furthermore, a measured breath movement value is continuously determined. In contrast to the chest and abdominal belts in polysomnography, the breath movement measured value is specified via a distance measuring device, which measures the distance from the chest or abdomen area of the person concerned or a blanket lying above the chest and / or abdomen measurement area of the person. A "time of flight sensor" can typically be used as such a distance measuring device.
Die Sauerstoffsättigung kann beispielsweise im Bereich eines Fingers ermittelt werden. Die Bestimmung der Sauerstoffsättigung MQ2 erfolgt beispielsweise in Intervallen von 0.5 bis 5 Sekunden. Das Sauerstoffsättigungssignal MQ2 liegt dabei als zeitlich diskretes Signal vor, wobei der Sensor auch hinsichtlich des Sauerstoffsättigungsmesswerts MQ2 diskretisierte Signale ermittelt. In weiterer Folge wird eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die mit einem Sauerstoffsättigungssignal M02 und einem Atembewegungsmesswert MB auskommt, um zuverlässige Aussagen über Atemaussetzer sowie deren zeitliches Auftreten treffen zu können. In einem ersten Schritt werden unter Verweis auf die Fig. 2 bis 4 Maßnahmen beschrieben, mit denen aus einem Atembewegungsmesswert das Vorliegen eines Atemaussetzers detektiert werden kann. Dabei wird aus dem Atembewegungsmesswert eine Hüllkurve Fl ermittelt, die hinsichtlich ihrer Oszillation beschränkt ist (Fig. 2). Dazu wird eine den Atembewegungsmesswert von oben einhüllende Kurve mit beschränkter Oszillation und eine den Atembewegungsmesswert von unten einhüllende Kurve mit beschränkter Oszillation berechnet und die Hüllkurve Fl als Differenz dieser beiden Kurven gebildet. The oxygen saturation can be determined, for example, in the area of a finger. The oxygen saturation M Q 2 is determined, for example, at intervals of 0.5 to 5 seconds. The oxygen saturation signal M Q 2 is present as a temporally discrete signal, the sensor also determining discretized signals with respect to the oxygen saturation measured value M Q 2. Subsequently, a first embodiment of the invention is presented, which manages with an oxygen saturation signal M 0 2 and a breath movement measurement value M B , in order to be able to make reliable statements about breathing interruptions and their occurrence over time. In a first step, with reference to FIGS. 2 to 4, measures are described with which the presence of a breath misfire can be detected from a measured breath movement value. In this case, an envelope curve Fl is determined from the measured breath movement value, which is limited in terms of its oscillation (FIG. 2). For this purpose, a curve with limited oscillation enveloping the measured breath movement value from above and a curve with limited oscillation enveloping the measured breath movement value from below are calculated and the envelope curve F1 is formed as the difference between these two curves.
Dabei werden Zeitpunkt und Wert der Hüllkurve Fl in den einzelnen Maxima M1 , M2, ... der Hüllkurve Fl ermittelt, die in Fig. 3 näher dargestellt sind. Ein Maximum gilt dann als detektiert und wird nur dann als solches für das weitere Vorgehen herangezogen, wenn sein zeitlicher Abstand zum jeweils vorangehenden oder zum jeweils nachfolgenden Maximum einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert übersteigt. Dieser zeitliche Schwellenwert kann zwischen 5 und 10 Sekunden betragen. Weiters können die Maxima alternativ oder zusätzlich auch auf solche Signalwerte beschränkt werden, in denen die Hüllkurve einen durch das jeweils vorangehende oder nachfolgende Maximum festgelegten Schwellenwert übersteigt. Beispielsweise kann derart festgeschrieben werden, dass der Wert eines Maximums jeweils minimal 90% des Werts des unmittelbar vorangehenden Maximums aufweisen darf. The time and value of the envelope curve Fl are determined in the individual maxima M1, M2, ... of the envelope curve Fl, which are shown in more detail in FIG. 3. A maximum is then considered to be detected and is only used as such for the further procedure if its time interval to the preceding or following maximum in each case exceeds a predetermined time threshold. This time threshold can be between 5 and 10 seconds. Furthermore, as an alternative or in addition, the maxima can also be limited to those signal values in which the envelope curve exceeds a threshold value determined by the preceding or following maximum. For example, can be set in this way that the value of a maximum may be at least 90% of the value of the immediately preceding maximum.
Wird zwischen zwei Maxima ein Verlauf der Hüllkurve H des Atembewegungsmesswerts festgestellt, bei dem der Wert der Hüllkurve H für einen vorgegebenen ersten Zeitraum TAI , . . . , T A6 - im vorliegenden Ausführungsbeispiel von wenigstens 10 Sekunden - einen Wert aufweist, der kleiner ist als ein Anteil von - im vorliegenden Ausführungsbeispiel 80% - des Mittelwerts der beiden Maxima, so wird derjenige erste Zeitraum zwischen den beiden Maxima, in denen dieser Schwellenwert unterschritten ist, als atmungsfrei aufgrund des Atembewegungsmesswerts festgestellt. Wie auch im vorangehenden Ausführungsbeispiel kann ein Zeitraum von zwischen 5 und 30s gewählt werden. Als Schwellenwert, der für die Detektion eines Atemaussetzers während des ersten Zeitraums TAi ,... , T A6 unterschritten sein muss, kann ein Anteil von zwischen 50% und 90% des Mittelwerts der Funktionswerte der Hüllkurve H in den beiden aufeinander folgenden Maxima M1 ; M2 herangezogen werden. If a curve of the envelope curve H of the breath movement measured value is determined between two maxima, in which the value of the envelope curve H for a predetermined first time period TAI,. . . , T A6 - in the present exemplary embodiment of at least 10 seconds - has a value which is smaller than a proportion of - in the present exemplary embodiment 80% - the mean value of the two maxima, then the first time period between the two maxima in which this threshold value is undershot, determined as breathable based on the measured breath movement value. As in the previous exemplary embodiment, a period of between 5 and 30 s can be selected. A threshold of between 50% and 90% of the mean value of the function values of the envelope curve H in the two successive maxima M. Can be used as the threshold value, which must be undercut for the detection of a breathing misfire during the first time period T Ai , ..., T A6 1 ; M 2 can be used.
Fig. 4 zeigt erste Zeiträume TAi ,..., TA6 im Signal des Atembewegungsmesswerts MB, in dem Atemaussetzer als erkannt gelten. In einem zweiten Schritt wird das diskret ermittelte Sauerstoffsättigungssignal M02 stückweise in ein glattes Signal umgewandelt, beispielsweise durch stückweise lineare Interpolation oder durch Spline-Interpolation mit quadratischen oder kubischen Splines. Das diskret ermittelte Signal sowie das geglättete und linear interpolierte Signal sind in Fig. 5 näher dargestellt. FIG. 4 shows first time periods T Ai , ..., T A6 in the signal of the breath movement measured value M B , in which breathing misfires are considered to be recognized. In a second step, the discretely determined oxygen saturation signal M 0 2 is converted piece by piece into a smooth signal, for example by piece by piece linear interpolation or by spline interpolation with square or cubic splines. The discretely determined signal and the smoothed and linearly interpolated signal are shown in more detail in FIG. 5.
Anschließend werden in dem geglätteten Signal der Zeitpunkt sowie die Sauerstoffsättigung MQ2 in den einzelnen Maxima ermittelt. Zwischen je zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Maxima wird jeweils ein Zeitbereich des Abfallens der Sauerstoffsättigung MQ2 gesucht, in dem die Dauer des Abfalls einer Sauerstoffsättigung M02 zumindest einen vorgegebenen zweiten Zeitraum T Bi , ·, TB4 - von in diesemThe time and the oxygen saturation M Q 2 in the individual maxima are then determined in the smoothed signal. Between two immediately consecutive maxima, a time range for the drop in oxygen saturation M Q 2 is sought, in which the duration of the drop in oxygen saturation M 02 is at least a predetermined second time period T Bi , ·, T B4 - in this
Ausführungsbeispiel 10 Sekunden - beträgt und in dem die Sauerstoffsättigung MQ2 gegenüber dem Wert des Maximums um einen vorgegebenen Wert - von in diesem Ausführungsbeispiel 3% - abgesunken ist. Anstelle der hier konkret verwendeten Parameter des Verfahrens können auch andere unterschiedliche Schwellenwerte gewählt werden. Der zweite Zeitraum TB1 , ..., TB4, für den eine Schwellenwertunterschreitung gegeben sein muss, damit ein Atemaussetzer detektiert werden kann, kann zwischen 5 und 30 Sekunden liegen. Der Abfall der Sauerstoffsättigung MQ2, der vorhanden sein muss, damit ein Atemaussetzer als detektiert gilt, kann zwischen 2% und 10% relativer Sauerstoffsättigung M02 liegen. Embodiment 10 seconds - and in which the oxygen saturation M Q 2 compared to the value of the maximum by a predetermined value - of 3% in this embodiment - has dropped. Instead of the parameters of the method specifically used here, other different threshold values can also be selected. The second time period T B1 ,... T B4 , for which the threshold value has to be undershot so that a breathing misfire can be detected, can be between 5 and 30 seconds. The drop in oxygen saturation M Q 2 that will be present must, so that a breathing mistake is considered detected, can be between 2% and 10% relative oxygen saturation M 02 .
In Fig. 6 sind zwei Maxima T1 ; T3 sowie das zwischen ihnen liegende Minumum T2 dargestellt. Im vorliegenden Fall weist die Sauerstoffsättigung im Zeitpunkt J-\ den Wert 93% auf, die Sauerstoffsättigung im Zeitpunkt T3 den Wert 95%. Im Zeitpunkt T2 des Minimums weist die die Sauerstoffsättigung den Wert 87% auf. 6 there are two maxima T 1; T 3 and the minumum T 2 between them are shown. In the present case, the oxygen saturation at the time J- \ has the value 93%, the oxygen saturation at the time T 3 has the value 95%. At the time T 2 of the minimum, the oxygen saturation is 87%.
Die Sättigungsdifferenz zwischen dem kleineren der beiden Maxima und dem Miniumum der Sauerstoffsättigung beträgt im vorliegenden Fall 93%-83%=10%. Die so ermittelte Sättigungsdifferenz wird mit einem Schwellenwert verglichen, der zwischen 3% und 15% liegen kann; im vorliegenden Fall wird beispielhaft ein Schwellenwert von 5% gewählt, sodass die Sättigungsdifferenz von 10% diesen Schwellenwert übersteigt. Der Zeitabstand T3-T zwischen den beiden Maxima beträgt im vorliegenden Fall 20 Sekunden. Für diesen Zeitabstand wird nunmehr untersucht, ob er innnerhalb eines Intervalls von zwischen 5 Sekunden und 90 Sekunden liegt. Die untere Grenze dieses Intervalls kann zwischen 2 Sekunden und 20 Sekunden liegen. Die obere Grenze dieses Intervalls kann zwischen 30 Sekunden und 200 Sekunden liegen. The saturation difference between the smaller of the two maxima and the minimum of the oxygen saturation in the present case is 93% -83% = 10%. The saturation difference determined in this way is compared with a threshold value which can be between 3% and 15%; in the present case, a threshold value of 5% is selected as an example, so that the saturation difference of 10% exceeds this threshold value. The time interval T 3 -T between the two maxima is 20 seconds in the present case. For this time interval it is now examined whether it lies within an interval of between 5 seconds and 90 seconds. The lower limit of this interval can be between 2 seconds and 20 seconds. The upper limit of this interval can be between 30 seconds and 200 seconds.
Da im vorliegenden Fall einerseits die Sättigungsdifferenz den vorgegeben Schwellenwert überschreitet und andererseits der Zeitabstand T3-T1 innerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt, wird der Zeitraum zwischen den beiden Maxima als zweiter Zeitraum T Bi , ..., TB4 eines Atemaussetzers gewertet. Since, in the present case, on the one hand the saturation difference exceeds the predefined threshold value and on the other hand the time interval T3-T1 lies within the predefined interval, the period between the two maxima is evaluated as the second period T Bi , ..., T B4 of a breathing misfire.
In Fig. 7 ist eine Anzahl von zweiten Zeiträumen T Bi , ·, TB4, in denen eine verringerte und auf einen Atemaussetzer hindeutende Sauerstoffsättigung MQ2 erkannt wird, dargestellt. Nachdem sowohl aus dem Atembewegungsmesswert als auch aus dem Sauerstoffsättigungssignal MQ2 jeweils erste und zweite Zeiträume TAi , , TB1 , ... identifiziert wurden, in denen das jeweilige Signal auf das Vorliegen einesFIG. 7 shows a number of second time periods T Bi , ·, T B4 , in which a reduced oxygen saturation M Q 2, which indicates a misfire, is detected. After both the respiratory movement measured value and the oxygen saturation signal M Q 2 have identified first and second time periods T Ai,, T B1 , ... in which the respective signal indicates the presence of a
Atemaussetzers hindeutet, wird in weiterer Folge untersucht, ob die so ermittelten ersten und zweiten Zeiträume TAi , ..., TB1, ... zeitlich miteinander korrelieren (Fig. 8). Dabei wird nach miteinander in Zusammenhang stehenden ersten und zweiten Zeiträumen TAi, ..., TB1 , ... gesucht, die gegeneinander um einen vorgegebenen Abstand DT5 verschoben sind, wobei zunächst ein erster Zeitraum TA3 eines Atemaussetzers imInterrupting breaths, it is subsequently examined whether the first and second periods T Ai , ..., T B1 , ... determined in this way correlate with one another in time (FIG. 8). It searches for interrelated first and second time periods T Ai , ..., T B1 , ..., which are shifted from each other by a predetermined distance DT5, with a first time period T A3 of a misfire in
Atembewegungsmesswert MB festgestellt wird und anschließend nach einem, etwa einen Verzögerungszeitraum von zwischen 10 und 60 Sekunden später auftretenden, zweiten Zeitraum TBi im Sauerstoffsättigungsmesswertsignal M02 gesucht wird, der ebenfalls auf das Vorliegen eines Atemaussetzers hindeutet. Können derlei miteinander korrelierende erste und zweite Zeiträume TAi, TBi in den Zeitverläufen des Sauerstoffsättigungswerts M02 und des Atembewegungsmesswerts aufgefunden werden, so wird ein Atemaussetzer der Person während des ersten Zeitraums TAi detektiert. Auf diese Weise können die Zeiträume TAi , TBi sowie die Zeiträume TA3, TB3 einander zugeordnet werden. Da im vorliegenden Fall der zweite Zeitraum TB2 vor dem zeitlich nahe liegenden ersten Zeitraum TA2 liegt, kann eine Zuordnung nicht vorgenommen werden. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass während des Schlafs der Person zusätzlich ein Schallmesswert Makk ermittelt wird, wobei laufend untersucht wird, ob die Lautstärke der von der Person abgegebenen Atemgeräusche einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Gegebenenfalls kann der Schallmesswert Makk vorab einer Filterung unterzogen werden. Ebenso kann nach Atemereignissen oder Atemgeräuschen gesucht werden, die für das Auftreten der Atmung charakteristisch sind. Sofern festgestellt werden kann, dass der erste Zeitraum TA3, in dem derRespiratory movement measured value M B is determined and then after a second, occurring approximately a delay period of between 10 and 60 seconds later Time period T Bi is sought in the oxygen saturation measurement signal M 02 , which also indicates the presence of a misfire. If such correlating first and second time periods T Ai , T Bi can be found in the time profiles of the oxygen saturation value M 02 and the breath movement measured value, then a person's breathing misfire is detected during the first time period T Ai . In this way, the periods T Ai , T Bi and the periods T A3 , T B3 can be assigned to each other. Since in the present case the second period T B2 lies before the temporally close first period T A2 , an assignment cannot be made. A preferred development of the invention provides that a sound measurement value M akk is additionally determined while the person is asleep , it being continuously examined whether the volume of the breathing noises emitted by the person exceeds a predetermined threshold value. If necessary, the sound measurement value M akk can be subjected to filtering beforehand. You can also search for breathing events or breathing noises that are characteristic of the occurrence of breathing. If it can be determined that the first period T A3 , in which the
Atembewegungsmesswert MB ein vorgegebenes Maß unterschreitet, auch frei von akustisch identifizierten Atemereignissen ist, wird eine weitere Bestätigung dafür abgegeben, dass innerhalb eines ersten Zeitraums Atemaussetzer vorhanden sind. Breathing movement measured value M B falls below a predetermined level, and is also free of acoustically identified breathing events, a further confirmation is given that breath misfires exist within a first period of time.
Bei einer zweiten bevorzugten, in den Fig. 9-12 dargestellten, Ausführungsform der Erfindung werden - wie auch bei der zuvor dargestellten ersten Ausführungsform - zur Detektion von Atemaussetzern einer Person während des Schlafs der Person ein Atembewegungsmesswert, und ein Sauerstoffsättigungswert M02 laufend ermittelt. Die gesamte Dauer der Überwachung des Schlafs wird dabei in eine Anzahl vonIn a second preferred embodiment of the invention, shown in FIGS. 9-12, as in the first embodiment shown above, a breath movement measurement value and an oxygen saturation value M 02 are continuously determined to detect a person's breathing interruptions while the person is sleeping. The total duration of monitoring sleep is broken down into a number of
Zeitintervallen l1 ; l2, ... unterteilt, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eineTime intervals l 1; l 2 , ... divided, which in the present embodiment
Intervalldauer von etwa einer Sekunde aufweisen (Fig. 9). Grundsätzlich können auch abweichende Intervalldauern, beispielsweise von zwischen 0,5s und 5s gewählt werden. Die Zeitintervalle l1 ; l2, ... werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht überlappend und ohne zeitliche Zwischenräume vorgegeben. Have interval duration of about one second (Fig. 9). In principle, different interval durations, for example between 0.5s and 5s, can also be selected. The time intervals l 1; l 2 , ... are not overlapping in the present exemplary embodiment and are specified without any time intervals.
Aus den einzelnen Signalen werden für die einzelnen Zeitintervalle l1 ; l2, ... Feature-Werte bestimmt, die einzelne Parameter des Signalverlaufs im jeweiligen Zeitintervall l1 ; l2, ... beschreiben. Dabei ist es durchaus möglich, dass auch Werte der Signale herangezogen werden, die zwar in zeitlicher Nähe, jedoch außerhalb des jeweiligen Zeitintervalls h, l2, ... liegen. Die einzelnen Feature-Werte können, wie später dargestellt, auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Die einzelnen so ermittelten Feature-Werte, die jeweils für dasselbe Zeitintervall \^, l2, ... ermittelt wurden, werden als Feature-Vektor-Einträge zu einem Feature-Vektor V1 ; V2, ... zusammengefasst, der wiederum dem betreffenden Zeitintervall l1 ; l2, ... zugeordnet wird (Fig. 10). Die Reihenfolge der einzelnen Feature-Vektor-Einträge im Feature- Vektor V1 ; V2, ... ist grundsätzlich beliebig, wird jedoch bei der Erstellung aller Feature-Vektoren V1 ; V2, ... für die einzelnen Zeitintervalle \ l2, ... beibehalten, sodass Feature-Werte, die in den einzelnen Zeitintervallen l1 ; l2, ... jeweils auf dieselbe Weise bestimmt wurden, jeweils an derselben Stelle im Feature-Vektor V1 ; V2, ... stehen. The individual signals are used for the individual time intervals l 1; l 2 , ... feature values determined, the individual parameters of the signal curve in the respective time interval l 1; l 2 , ... describe. It is entirely possible that values of the signals are used that are in close proximity to one another but outside the respective time interval h, l 2 ,. As will be shown later, the individual feature values can be determined in different ways. The individual feature values determined in this way, which were each determined for the same time interval \ ^, l 2 , ..., become feature vector entries for a feature vector V 1; V 2 , ... summarized, which in turn the time interval l 1; l 2 , ... is assigned (Fig. 10). The order of the individual feature vector entries in the feature vector V 1; V 2 , ... is basically arbitrary, but is used when creating all feature vectors V 1; V 2 , ... are retained for the individual time intervals \ l 2 , ..., so that feature values which are in the individual time intervals l 1; l 2 , ... were each determined in the same way, in each case at the same location in the feature vector V 1; V 2 , ... stand.
In weiterer Folge werden die einzelnen Zeitintervalle l1 ; l2, ... zu Zeitfenstern F1 ; F2, ... zusammengefasst, wobei ein Zeitfenster F1 ; F2, ... jeweils eine vorgegebene Anzahl von Zeitintervallen umfasst. Jedem Zeitfenster F1 ; F2, ... kann somit auch eine Anzahl von Feature- Vektoren V1 ; V2, ... zugeordnet werden, wenn diese einem Zeitintervall \ l2, ... zugeordnet sind, das dem Zeitfenster F1 ; F2, ... zugeordnet ist. Durch die zeitliche Abfolge der Zeitintervalle , l2, ... im jeweiligen Zeitfenster F1 ; F2, ... ergibt sich auch eine Reihenfolge der den Zeitintervallen l1 ; l2, ... zugeordneten Feature-Vektoren V1 ; V2, .... The individual time intervals l 1; l 2 , ... for time windows F 1; F 2 , ... summarized, wherein a time window F 1; F 2 , ... each comprises a predetermined number of time intervals. Every time window F 1; F 2 , ... can therefore also be a number of feature vectors V 1; V 2 , ... are assigned if they are assigned to a time interval \ l 2 , ... which corresponds to the time window F 1; F 2 , ... is assigned. Through the chronological sequence of the time intervals, l 2 , ... in the respective time window F 1; F 2 , ... there is also a sequence of the time intervals l 1; l 2 , ... assigned feature vectors V 1; V 2 , ....
Die Dauer des Zeitfensters F1 ; F2, ... beträgt typischerweise zwischen 10 und 120 Sekunden. Vorzugsweise ist die Dauer des Zeitfensters größer als die zu erwartende Verzögerungszeit, mit der bei Vorliegen eines Atemaussetzers typischerweise eine Reduktion des Sauerstoffsättigungswerts M02 auftritt. The duration of the time window F 1; F 2 , ... is typically between 10 and 120 seconds. The duration of the time window is preferably greater than the expected delay time, with which a reduction in the oxygen saturation value M 0 2 typically occurs when there is a breathing misfire.
Die einzelnen einem Zeitfenster zugeordneten Feature-Vektoren V1 ; V2, ... werden an ein vorab anhand ähnlicher Feature-Vektoren V1 ; V2, ... trainiertes neuronales Netzwerk übergeben. Dieses neuronale Netzwerk (Fig. 11 ) enthält zumindest einen rekurrenten LSTM-Layer. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Schicht eines neuronalen Netzwerks ist beispielsweise in Felix A. Gers, Jürgen Schmidhuber, Fred Cummins: Learning to Forget: Continual Prediction with LSTM In: Neural Computation (journal)vol. 12 issue 10, S. 2451-2471, 2000 beschrieben. Die Eingangsschicht N, des neuronalenThe individual feature vectors V 1; V 2 , ... are connected to a feature vector V 1; V 2 , ... transferred trained neural network. This neural network (FIG. 11) contains at least one recurrent LSTM layer. The basic structure of such a layer of a neural network is described, for example, in Felix A. Gers, Jürgen Schmidhuber, Fred Cummins: Learning to Forget: Continual Prediction with LSTM In: Neural Computation (journal) vol. 12 issue 10, pp. 2451-2471, 2000. The input layer N, the neural
Netzwerks N weist dabei für jeden Eintrag des Feature-Vektors V1 ; V2, ... jeweils ein Eingangsneuron Nn, ..., Ni5 auf. Das neuronale Netzwerk N weist einen Ausgang bzw ein Ausgangsneuron Nout auf, an dem ein Wert anliegt, der die Wahrscheinlichkeit P für das Vorliegen eines Atemaussetzers bei Vorliegen eines am Eingang N, anliegenden Feature- Vektors V1 ; V2, ... angibt. Alternativ kann das neuronale Netzwerk auch so viele Ausgangsneuronen enthalten, wie Zeitintervalle in einem Zeitfenster vorhanden sind. Typischerweise weist das neuronale Netzwerk N zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitswerts P einen oder mehrere weitere Layer N2 auf, die dem LSTM- Layer vor- oder nachgeschaltet sind. Network N points for each entry of feature vector V 1; V 2 , ... each have an input neuron N n , ..., N i5 . The neural network N has an output or an output neuron N out , to which a value is present that represents the probability P for the presence of a misfire in the presence of a feature vector V 1 present at the input N ; V 2 , ... indicates. Alternatively, the neural network can also contain as many output neurons as there are time intervals in a time window. The neural network typically has N for determining the Probability value P one or more further layers N 2 , which are upstream or downstream of the LSTM layer.
Zur Ermittlung der einzelnen Wahrscheinlichkeitswerte P werden die einzelnen Feature- Vektoren V1 ; V2, ... des jeweiligen Fensters F1 ; F2, ... in der ihnen durch die zeitliche Abfolge ihrer Aufnahme vorgegebenen Reihenfolge an das neuronale Netzwerk N übergeben (Fig. 12). Durch die Übergabe der Feature-Vektoren V1 ; V2, ... an das neuronale Netzwerk N wird nicht nur für jedes Zeitintervall l1 ; l2, ... ein Wahrscheinlichkeitswert P für das Vorliegen eines Atemaussetzers erhalten, sondern das neuronale Netzwerk N ändert aufgrund seines LSTM-Layers auch seinen inneren Zustand, sodass auch zeitlich verteilte Ereignisse einfach erkannt werden können. To determine the individual probability values P, the individual feature vectors V 1; V 2 , ... of the respective window F 1; F 2 , ... in the order given to them by the temporal sequence of their recording to the neural network N (Fig. 12). By transferring the feature vectors V 1; V 2 , ... to the neural network N is not only for each time interval l 1; l 2 , ... receive a probability value P for the presence of a misfire, but the neural network N also changes its internal state due to its LSTM layer, so that even events distributed over time can be easily recognized.
Anstelle eines LSTM-Layers in einem neuronalen Netzwerk können grundsätzlich auch andere Layer bzw Schichten verwendet werden. Beispielsweise kann es ausreichend sein, wenn anstelle eines LSTM-Layers ein vollständig verbundener Layer (Fully- connected-layer) oder aber ein rekurrenter Layer verwendet wird, der nicht vom LSTM- Typ ist, wie beispielsweise eine "Gated recurrent unit". Instead of an LSTM layer in a neural network, basically other layers or layers can also be used. For example, it may be sufficient if, instead of an LSTM layer, a fully connected layer (fully connected layer) or a recurrent layer that is not of the LSTM type is used, such as a "gated recurrent unit".
Nachdem sämtliche Feature-Vektoren V1 ; V2, ... in ihrer Reihenfolge dem neuronalen Netzwerk N übergeben wurden, erhält man am Ausgang Nout des neuronalen Netzwerks N ein zeitliches Ausgangssignal Pi, P2, P3, das die Wahrscheinlichkeit P eines Atemaussetzers zum Zeitintervall h, l2, ... des jeweiligen Feature-Vektors V1 ; V2, ... bzw. zum Zeitfenster F1 ; F2, ... angibt. Je nach Wahl der Größe der Zeitfenster F1 ; F2, ... kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese einander um eine bestimmte Zeitspanne überlappen, sodass jedes Zeitintervall l1 ; l2, ... stets in zumindest zwei Zeitfenstern F1 ; F2, ... liegt. In diesem Fall können für jeden durch einen Feature-Vektor V1 ; V2, ... charakterisierten oder von diesem betroffenen Zeitpunkt jeweils zumindest zwei Wahrscheinlichkeitswerte P1 ; P2, ...; P2, P3, ... ermittelt werden, die die Wahrscheinlichkeit eines Atemaussetzers zum betreffendenAfter all feature vectors V 1; V 2 , ... were passed in their order to the neural network N, a time output signal Pi, P 2 , P 3 is obtained at the output N out of the neural network N, which represents the probability P of a misfire at the time interval h, l 2 , ... of the respective feature vector V 1; V 2 , ... or the time window F 1; F 2 , ... indicates. Depending on the choice of the size of the time window F 1; F 2 ,... Can in particular be provided that they overlap each other by a certain time span, so that each time interval l 1; l 2 , ... always in at least two time windows F 1; F 2 , ... lies. In this case, a feature vector V 1; V 2 , ... characterized or affected by this point in time at least two probability values P 1; P 2 , ...; P 2 , P 3 , ... are determined, the probability of a misfire to the concerned
Zeitpunkt angeben. Die beiden so für einen Feature-Vektor V1 ; V2, ... oder einen Zeitpunkt erhaltenen Wahrscheinlichkeitswerte können zur Verbesserung der Wahrscheinlichkeitsabschätzung gemittelt werden. Die Addition der Wahrscheinlichkeitswerte P kann vorzugsweise gewichtet werden. Dabei kann die Gewichtung der separat ermittelten Wahrscheinlichkeitswerte P in Abhängigkeit von der zeitlichen Position des zu gewichtenden Wahrscheinlichkeitswerts P in seinem Zeitfenster vorgegeben werden. So können Wahrscheinlichkeitswerte P, die sich in der Mitte des Zeitfensters F1 ; F2, ... befinden, stärker gewichtet werden als Werte, die sich am Anfang oder Ende des Zeitfensters F1 ; F2, ... befinden. Um das Vorliegen eines Atemaussetzers wirksam detektieren zu können, kann der ermittelte Wahrscheinlichkeitswert P mit einem Schwellenwert Pth verglichen werden. Da der Wahrscheinlichkeitswert P im vorliegenden Fall nicht notwendigerweise die tatsächliche Wahrscheinlichkeit angibt, sondern gegebenenfalls auch durch unterschiedliche, jedoch für die betreffende Schlaflaboranordnung im Wesentlichen gleichbleibende Parameter beeinflusst wird, kann auch ein Vergleichsschwellenwert Pth für den Wahrscheinlichkeitswert P nicht allgemein angegeben werden. Eine gleitende Mittelwertbildung des betreffenden Wahrscheinlichkeitswertesignals P ermöglicht eine Anpassung und Bestimmung eines Vergleichsschwellenwerts. Der Vergleichsschwellenwert Pth kann dabei entweder direkt mit dem gleitenden Mittelwert des Wahrscheinlichkeitswerts P gleichgesetzt oder auf einen durch den gleitenden Mittelwert vorgegebenen Wert, beispielsweise zwischen 120% und 150% des gleitenden Mittelwerts, gesetzt werden. Überschreitet das Wahrscheinlichkeitswertesignal den Vergleichsschwellenwert Pth, wird ein Atemaussetzer erkannt und gegebenenfalls dem betreffenden Zeitbereich B zugeordnet. Specify the time. The two so for a feature vector V 1; V 2 , ... or probability values obtained at a point in time can be averaged to improve the probability estimate. The addition of the probability values P can preferably be weighted. The weighting of the separately determined probability values P can depend on the time position of the probability value P to be weighted in its Time window can be specified. So probability values P, which are in the middle of the time window F 1; F 2 , ... are weighted more than values that are at the beginning or end of the time window F 1; F 2 , ... are. In order to be able to effectively detect the presence of a misfire, the determined probability value P can be compared with a threshold value P th . Since the probability value P does not necessarily indicate the actual probability in the present case, but may also be influenced by different parameters that are essentially the same for the sleep laboratory arrangement in question, a comparison threshold value P th for the probability value P cannot be specified in general. A moving averaging of the relevant probability value signal P enables an adjustment and determination of a comparison threshold value. The comparison threshold value P th can either be directly equated with the moving average of the probability value P or can be set to a value predetermined by the moving average, for example between 120% and 150% of the moving average. If the probability value signal exceeds the comparison threshold value P th , a misfire is detected and possibly assigned to the relevant time range B.
Zeitbereiche B, in denen der ermittelte Wahrscheinlichkeitswert P für das Vorliegen von Atemaussetzern einen vorgegebenen, insbesondere durch einen gleitenden Mittelwert der vorangehenden Wahrscheinlichkeitswerte festgelegten, Vergleichsschwellenwerts Pth übersteigt, werden, wie in Fig. 12 dargestellt, als Zeitbereich B von Atemaussetzern festgestellt. Time ranges B in which the ascertained probability value P for the presence of breathing interruptions exceeds a predetermined comparison threshold value P th , in particular determined by a moving average of the preceding probability values, are determined as time range B of breathing interruptions, as shown in FIG. 12.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur Detektion von Atemaussetzern einer Person, 1. A method for detecting a person's breathing interruptions,
- wobei während des Schlafs der Person die folgenden Messwerte laufend ermittelt werden:  - The following measured values are continuously determined while the person is asleep:
- ein Atembewegungsmesswert (MB), der die Bewegungen der Person während der Atmung charakterisiert, und - a breath movement reading (M B ) characterizing the person's movements during breathing, and
- ein Sauerstoffsättigungswert (M02), der die relative Sauerstoffkonzentration im Blut der Person angibt, und - an oxygen saturation value (M 02 ) indicating the relative oxygen concentration in the person's blood, and
- wobei die so ermittelten Messwerte (MB, M02) miteinander korreliert werden, und ein- The measured values (M B , M02) determined in this way are correlated with one another
Atemaussetzer dann erkannt wird, wenn während eines ersten Zeitraums (TAi , TA2, ) der Atembewegungsmesswert (MB) absinkt und zusätzlich während eines zweiten Zeitraums (TB1 , TB2, ...), der dem ersten Zeitraum (TAi , TA2, ) nachfolgt, der Sauerstoffsättigungswert (M02) absinkt. Breathing interruptions are detected if the breath movement measured value (M B ) decreases during a first period (T Ai , T A2 ,) and additionally during a second period (T B1 , T B2 , ...) that corresponds to the first period (T Ai , T A2 ,) follows, the oxygen saturation value (M 02 ) drops.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Atemaussetzer als innerhalb des ersten Zeitraums (TAi , TA2, ...) liegend angesehen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the breathing interruptions are regarded as lying within the first period (T Ai , T A2 , ...).
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Atemaussetzer nur dann erkannt wird, wenn der zweite Zeitraum (TB1 , TB2, ...) in einem bestimmten Zeitraum, insbesondere zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden, nach dem ersten Zeitraum (TA1 , TA2, ...) liegt. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a misfire is detected only when the second period (T B1 , T B2 , ...) in a certain period, in particular between 10 seconds and 60 seconds after first period (T A1 , T A2 , ...).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zusätzlich während des Schlafs der Person ein Schallmesswert (Makk) laufend ermittelt wird, der die Lautstärke der von der Person abgegebenen Atemgeräusche angibt, und nach Atemereignissen gesucht wird, die für das Auftreten von Atemgeräuschen charakteristisch sind, 4. The method of claim 1 or 2, wherein in addition, a sound measurement value (M akk ) is continuously determined during sleep of the person, which indicates the volume of the breathing noises emitted by the person, and is searched for breathing events that are characteristic of the occurrence of breathing noises are,
wobei untersucht wird, ob der erste Zeitraum (TAi, TA2, ...) frei von Atemereignissen ist und in diesem Fall eine zusätzliche Bestätigung dafür erfolgt, dass innerhalb des ersten Zeitraums (TAi, TA2, ...) Atemaussetzer vorhanden waren. it is examined whether the first time period (T Ai , T A2 , ...) is free of breathing events and in this case an additional confirmation is made that within the first time period (T Ai , T A2 , ...) breath failures were present.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absinken des Atembewegungsmesswerts (MB) innerhalb eines ersten Zeitraums (TAi, TA2, ...) erkannt wird, indem 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the decrease in the measured breath movement value (M B ) within a first period (T Ai , T A2 , ...) is detected by
- für den zeitlichen Verlauf des Atembewegungsmesswerts (MB) eine Hüllkurve (H) ermittelt wird, an envelope curve (H) is determined for the temporal course of the measured breath movement value (M B ),
- eine Anzahl von Maxima (M1 ; M2, ...) der Hüllkurve (H) ermittelt wird, und - ein Zeitbereich zwischen zwei Maxima (M1 ; M2, ...), in dem die Hüllkurve einen vorgegebenen, insbesondere durch die Werte der jeweiligen Maxima (M1 ; M2, ...) festgelegten, Schwellenwert unterschreitet, als erster atmungsfreier Zeitraum festgestellt wird. - A number of maxima (M 1; M 2 , ...) of the envelope (H) is determined, and - A time range between two maxima (M 1; M 2 , ...) in which the envelope falls below a predetermined threshold value, in particular determined by the values of the respective maxima (M 1; M 2 , ...), as the first breathable period is determined.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximum nur dann als solches herangezogen wird, wenn 6. The method according to claim 5, characterized in that a maximum is only used as such if
- sein zeitlicher Abstand zum jeweils vorangehenden oder zum jeweils nachfolgenden Maximum (M1 ; M2, ...) einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert übersteigt und/oder - sein Atembewegungsmesswert (MB) einen durch das jeweils vorangehende oder nachfolgende Maximum (M1 ; M2, ...) festgelegten Schwellenwert übersteigt. - its time interval to the preceding or following maximum (M 1; M 2 , ...) exceeds a predefined time threshold and / or - its respiratory movement measurement value (M B ) exceeds one by the respective preceding or following maximum (M 1; M 2 , ...) exceeds the specified threshold.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zeitraum von geringer Sauerstoffsättigung (M02) festgestellt wird, indem - Maxima im Verlauf der Sauerstoffsättigung (M02) ermittelt werden, 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a second period of low oxygen saturation (M 02 ) is determined by determining maxima in the course of oxygen saturation (M 02 ),
- nach einem Zeitbereich des Abfallens der Sauerstoffsättigung (M02) nach dem jeweiligen Maximum gesucht wird, - after a time range of the drop in oxygen saturation (M 02 ) is searched for the respective maximum,
- in dem die Dauer des Abfalls der Sauerstoffsättigung (M02) zumindest einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert beträgt, und - in which the duration of the drop in oxygen saturation (M 02 ) is at least a predetermined time threshold, and
- an dessen Ende die Sauerstoffsättigung (M02) um zumindest 3% gegenüber dem- At the end of the oxygen saturation (M 02 ) by at least 3% compared to
Wert des Maximums abgesunken ist, The value of the maximum has decreased,
und ein solcher Zeitbereich als zweiter Zeitraum (TBi , TB2, ) erkannt wird. and such a time range is recognized as a second time period (T Bi , T B2 ,).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximum (M1 ; M2, ...) nur dann als solches herangezogen wird, wenn 8. The method according to claim 7, characterized in that a maximum (M 1; M 2 , ...) is only used as such if
- sein zeitlicher Abstand zum jeweils vorangehenden oder zum jeweils nachfolgenden Maximum (M1 ; M2, ...) einen vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert übersteigt und/oder- Its time interval to the previous or subsequent maximum (M 1; M 2 , ...) exceeds a predetermined time threshold and / or
- sein Sättigungswert einen durch das jeweils vorangehende oder nachfolgende Maximum (M1 ; M2, ...) festgelegten Schwellenwert übersteigt. - Its saturation value exceeds a threshold value determined by the preceding or following maximum (M 1; M 2 , ...).
9. Verfahren zur Detektion von Atemaussetzern einer Person, 9. A method for detecting a person's breathing interruptions,
- wobei während des Schlafs der Person die folgenden Messwerte laufend ermittelt werden:  - The following measured values are continuously determined while the person is asleep:
- ein Atembewegungsmesswert (MB), der die Bewegungen der Person während der Atmung charakterisiert, und - a breath movement reading (M B ) characterizing the person's movements during breathing, and
- ein Sauerstoffsättigungswert (M02), der die relative Sauerstoffsättigung (M02) im Blut der Person angibt, und - wobei für eine Anzahl von Zeitintervallen (l1 ; l2, ...), insbesondere von einer Dauer zwischen 0,5 und 5 Sekunden, jeweils ein Feature-Vektor (V1 ; V2, ...) aus den Messwerten (Mb, M02) bestimmt wird, - an oxygen saturation value (M 02 ) indicating the relative oxygen saturation (M 02 ) in the person's blood, and - In each case a feature vector (V 1; V 2 , ...) from the measured values for a number of time intervals (l 1; l 2 , ...), in particular of a duration between 0.5 and 5 seconds (M b , M02) is determined,
- wobei aus den im betreffenden Zeitintervall (l1 ; l2, ...) aufgenommenen Atem- Bewegungsmesswerten eine Anzahl von hinsichtlich ihrer Position im Feature-Vektor (V1 ; - whereby from the respiratory movement measured values recorded in the relevant time interval (l 1; l 2 , ...) a number of with regard to their position in the feature vector (V 1;
V2, ...) vorgegebenen Feature-Vektor-Einträgen ermittelt wird, und wobei aus den im betreffenden Zeitfenster aufgenommenen Sauerstoffsättigungswerten (M02) eine Anzahl von hinsichtlich ihrer Position im Feature-Vektor (V1 ; V2, ...) vorgegebenen Feature- Vektor-Einträgen ermittelt wird, V 2 , ...) predetermined feature vector entries is determined, and from the oxygen saturation values (M 02 ) recorded in the relevant time window, a number of with regard to their position in the feature vector (V 1; V 2 , ...) predefined feature vector entries are determined,
- wobei ein Zeitfenster (F1 ; F2, ...) umfassend eine vorgegebene Anzahl von Feature-- A time window (F 1; F 2 , ...) comprising a predetermined number of feature
Vektoren (V1 ; V2, ...) oder Zeitintervallen (l1 ; l2, ...) vorgegeben wird, Vectors (V 1; V 2 , ...) or time intervals (l 1; l 2 , ...) are specified,
- wobei die Dauer des Zeitfensters (F1 ; F2, ...) so gewählt wird, dass diese vorzugsweise zwischen 10 und 120 Sekunden liegt, the duration of the time window (F 1; F 2 , ...) is selected such that it is preferably between 10 and 120 seconds,
- wobei die dem Zeitfenster (F1 ; F2, ...) zugeordneten Feature-Vektoren V1 ; V2, ... an ein vorab trainiertes neuronales Netzwerk (N) übergeben werden, das insbesondere zumindest einen rekurrenten Layer, vorzugsweise einen rekurrenten LSTM-Layer, enthält, und - The feature vectors V 1 assigned to the time window (F 1; F 2 , ...) ; V 2 , ... are transferred to a previously trained neural network (N) which contains in particular at least one recurrent layer, preferably a recurrent LSTM layer, and
- wobei mittels des neuronalen Netzwerks (N) eine zeitliche Abfolge von einzelnen Wahrscheinlichkeitswerten (P) erhalten wird, die die Wahrscheinlichkeit eines Atemaussetzers während des betreffenden Zeitfensters (F1 ; F2, ...) oder im Bezug auf das betreffende Zeitintervall (h, l2, ...), für das ein Feature-Vektor (V1 ; V2, ...) gültig ist, angeben. - whereby the temporal sequence of individual probability values (P) is obtained by means of the neural network (N), which shows the probability of a misfire during the relevant time window (F 1; F 2 , ...) or in relation to the relevant time interval (h , l 2 , ...) for which a feature vector (V 1; V 2 , ...) is valid.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster (F1 ; F2, ...) einander zumindest teilweise, insbesondere jeweils um die Hälfte, überlappen, sodass für jeden durch einen Feature-Vektor (V1 ; V2, ...) charakterisierten oder von diesen betroffenen Zeitpunkt jeweils zwei Wahrscheinlichkeitswerte (P1 ; P2; P2, P3) ermittelt werden, die die Wahrscheinlichkeit (P) eines Atemaussetzers zum betreffenden Zeitpunkt angeben, und dass die beiden so für einen Feature-Vektor (V1 ; V2, ...) oder einen Zeitpunkt erhaltenen Wahrscheinlichkeitswerte, insbesondere gewichtet, gemittelt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that the time windows (F 1; F 2 , ...) overlap each other at least partially, in particular by half, so that for each by a feature vector (V 1; V 2 , ...) characterized or affected by these affected two probability values (P 1; P 2 ; P 2 , P 3 ) are determined, which indicate the probability (P) of a misfire at the relevant time, and that the two so for one Feature vector (V 1; V 2 , ...) or a point in time obtained probability values, in particular weighted, are averaged.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der separat ermittelten und gewichtet addierten Wahrscheinlichkeitswerte (P1 ; P2; P2, P3) derart vorgegeben wird, dass Werte, die sich in der Mitte des Zeitfensters (F1 ; F2, ...) befinden, stärker gewichtet werden als Werte, die sich am Anfang des Zeitfensters (F1 ; F2, ...) befinden. 1 1. The method according to claim 10, characterized in that the weighting of the separately determined and weighted added probability values (P 1; P 2 ; P 2 , P 3 ) is predetermined such that values that are in the middle of the time window (F 1; F 2 , ...) are weighted more than values that are at the beginning of the time window (F 1; F 2 , ...).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Zeitbereiche (B), in denen der ermittelte Wahrscheinlichkeitswert (P) für das Vorliegen von Atemaussetzern einen vorgegebenen, insbesondere durch einen gleitenden Mittelwert der umgebenden Wahrscheinlichkeitswerte, gegebenenfalls multipliziert mit einem vorgegebenen Faktor, festgelegten, Vergleichsschwellenwert (Pth) übersteigt, als Zeitbereiche (B) von Atemaussetzern festgestellt werden. 12. The method according to any one of claims 9 to 1 1, characterized in that time ranges (B) in which the determined probability value (P) for the presence of misfires a predetermined, in particular by a moving average of the surrounding probability values, possibly multiplied by one predetermined factor, fixed, comparison threshold (P th ) exceeds, as time ranges (B) are detected by breath failures.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das neuronale Netzwerk (N) zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitswerts (P) einen oder mehrere weitere Layer (N2) aufweist, die dem LSTM-Layer vor- oder nachgeschaltet sind und 13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the neural network (N) for determining the probability value (P) has one or more further layers (N 2 ) which are upstream or downstream of the LSTM layer and
- dass das neuronale Netzwerk (N) in einem einzigen Neuron (Nout) mündet, an dessen Ausgang der Wahrscheinlichkeitswert (P) erhalten wird, oder - That the neural network (N) ends in a single neuron (N out ), at the output of which the probability value (P) is obtained, or
- dass das neuronale Netzwerk in so vielen Ausgangsneuronen (Nout) mündet, wie Zeitintervalle in einem Zeitfenster vorhanden sind, und an den einzelnen Ausgängen der- That the neural network ends in as many output neurons (N out ) as there are time intervals in a time window, and at the individual outputs of the
Ausgangsneuronen die den Zeitintervallen im Zeitfenster zugeordneten Wahrscheinlichkeitswerte erhalten werden. Output neurons, the probability values assigned to the time intervals in the time window are obtained.
14. Datenträger, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche abgespeichert ist. 14. Data carrier on which a computer program for carrying out a method according to one of the preceding claims is stored.
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