AT518929A1

AT518929A1 - Sensorband zur multi-parametrischen Herz-Lungen-Diagnostik

Info

Publication number: AT518929A1
Application number: ATA373/2016A
Authority: AT
Inventors: Dr Pfuetzner Helmut; Karl Futschik Dr
Original assignee: Dr Pfuetzner Helmut
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-15
Also published as: AT518929B1

Abstract

Ein etwa 30 cm langes entlang der Aorta angebrachtes Sensorband (1) trägt am oberen und unteren Ende je zwei Hautelektroden (2) und (3) bzw. (5) und (6), sowie eine weitere mittlere (4). Mittelszweier Endelektroden (2) und (6) wird im Rumpf ein hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut. Zwischen zwei Endelektroden (3) und (5) gegenüber der Mittelelektrode (4) werden zwei Spannungssignale abgeleitet. Sie werden in ihre jeweiligen respiratorischen und kardialen Komponenten zerlegt. Aus den respiratorischen Komponenten wird auf zeitliche Veränderungen der thorakalen bzw. abdominalen Atmung geschlossen, sowie auf eventuelle thorakal/abdominale Paradoxie, aus den kardialen auf die der Herzfrequenz und des Blutdrucks.

Description

Ein etwa 30 cm langes entlang der Aorta angebrachtes Sensorband (1) trägt am oberen und unteren Ende je zwei Hautelektroden (2) und (3) bzw. (5) und (6), sowie eine weitere mittlere (4). Mittels zweier Endelektroden (2) und (6) wird im Rumpfein hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut. Zwischen zwei Endelektroden (3) und (5) gegenüber der Mittelelektrode (4) werden zwei Spannungssignale abgeleitet. Sie werden in ihre jeweiligen respiratorischen und kardialen Komponenten zerlegt. Aus den respiratorischen Komponenten wird auf zeitliche Veränderungen der thorakalen bzw. abdominalen Atmung geschlossen, sowie auf eventuelle thorakal/abdominale Paradoxie, aus den kardialen auf die der Herzfrequenz und des Blutdrucks.

1/7 • ·

Sensorband zur multi-parametrischen Herz-Lungen-Diagnostik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung und Klassifizierung von Schlafapnoen. Obstruktive beziehungsweise zentrale Apnoen sind für mindestens zehn Sekunden andauernde Unterbrechungen der Atmung, welche Tagesmüdigkeit, jedoch auch reduzierte Lebenserwartung verursachen können. Volle Diagnostik geschieht mittels so genannter Polysomnographie (PSG) unter Einsatz vieler über den Körper verteilter Sensoren. Daneben kommen Portabel-Systeme - wie z.B. in US4802485 oder beschrieben - zum Einsatz, bei denen die Anzahl der Sensoren stark reduziert ist. Somit sinkt aber auch die Anzahl der auswertbaren physiologischen Parameter. Einfach konzipierte Systeme haben den Vorteil, daß sie leicht appliziert werden können und die Schlafqualität des Patienten wenig belasten. Eine volle Anerkennung von medizinischer Seite - im Speziellen der American Academy of Sleep Medicine - scheitert aber meist an der Forderung des Nachweises, dass im Falle der Klassifizierung einer vermeintlichen obstruktiven Apnoe tatsächlich keine Atemluft von außen aufgenommen wird. Bei der PSG erfolgt diese Kontrolle durch einen nasalen Atemsensor. Als Alternative gilt der Nachweis reduzierter Sauerstoffsättigung durch ein Oxymeter. Sowohl Atemsensor als auch Oxymeter stellen aber eine deutliche Belastung des Patienten dar und komplizieren im Übrigen das Portabeisystem.

Ziel des vorliegenden Patentes ist eine Vorrichtung, die den Patienten kaum belastet, an Einfachheit kaum zu unterbieten ist, trotzdem aber zur eindeutigen Klassifikation ausreichende physiologische Informationen liefert.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass entlang der Aorta ein mit fünf Haut-Elektroden versehenes Sensorband (1) angeordnet ist, mittels zweier an den Enden gelegenen EinprägeElektroden (2) und (6) ein hochfrequentes elektrisches Feld im Gewebe des Thorax generiert wird und mittels zwei an den Enden gelegenen Ableitelektroden (3) und (5) gegenüber einer MittelAbleitelektrode (4) ein oberes und ein unteres Spannungssignal abgeleitet werden, die einem Elektroniksystem zur Bestimmung von zeitlichen Änderungen der Aktivität und Paradoxie der Atmung sowie der Herzfrequenz und des Blutdrucks zugeführt werden.

Im Folgenden erfolgt eine nähere Beschreibung der Vorrichtung anhand von Abb.l. Schematisch ist hier ein etwa 30 cm langes und 3 cm breites, z.B. aus hautverträglichem Kunststoff gefertigtes Sensorband 1 angedeutet, das auf der Haut des zu überwachenden Patienten z.B. mit Leukoplast befestigt wird. Platziert wird es durch geschultes medizinisches Personal, beginnend in der abdominalen Region des Nabels bis hinauf zur Region des linken Schlüsselbeins. Gegenüber dem Sternum wird es nach links versetzt angebracht, so dass es etwa über der Achse der Aorta zu liegen kommt.

Hautseitig sind am Band fünf Elektroden 2 bis 6 angebracht, die z.B. nietenartig oder knopfartig aus Edelstahl gefertigt sind. Am oberen Bandende finden sich eine Einpräge-Elektrode 2 und eine Ableitelektrode 3, in der Bandmitte eine Ableitelektrode 4 und am unteren Bandende eine Ableitelektrode 5 und eine Einpräge-Elektrode 6. Vorzugsweise am unteren Ende trägt das Band einen nicht skizzierten elektrischen Anschlußteil, der die Elektroden 2 bis 6 (unter Umständen drahtlos) mit einem Elektroniksystem verbindet, das in üblicher, bekannter Weise Komponenten von Hard- und Software aufweist.

Mittels einer hochfrequenten Stromquelle 7 wird über die Einpräge-Elektroden 2 und 6 im Gewebe des Thorax ein hochfrequentes elektrisches Strömungsfeld generiert. Die Frequenz ist von der Größenordnung 30 kHz, die Gesamtstromstärke unter 1 mA. Damit unterbleiben neuronale oder thermische biologische Effekte. Andererseits ist sichergestellt, daß sich die für die Signalentstehung maßgeblichen Gewebearten wie Lungengewebe und Blut in ihrem Verhalten deutlich unterscheiden. Zwischen den Elektroden 3 und 4 wird ein oberes, thorakales Spannungssignal abgeleitet, zwischen 4 und 5 ein unteres, abdominales Signal u_A. Die beiden hochfrequenten Signale werden über den Anschlußteil einem Elektroniksystem zugeführt. In gut bekannter Vorgangsweise werden die Signale in Aufbereitern 8 und 9 verstärkt und demoduliert. Damit entstehen niedrigstfrequente physiologische Mischsignale. Ohne weitere Aufbereitung handelt es sich bei normaler Atmung um Signale mit einer dominanten respiratorischem Komponente St,r bzw. s_a,r, der eine schwächere kardiale Komponente St,k bzw. Sa,κ überlagert ist. Die Aufbereiter 8 und 9 übernehmen in gut bekannter Vorgangsweise eine / 7 grobe Auftrennung der Mischsignale in die vier Komponenten durch vier, vorzugsweise digitale Filter. Wie in der Literatur (im Besonderen in: Medical Progress Through Technology 21, 17-28, 1995) im Detail beschrieben, bleibt die respiratorische Frequenz f_R im Schlaf üblicherweise unter 0.7 Hz, während die kardiale Frequenz/_K über 0.7 Hz liegt. Mit diesem Wert als obere Grenzfrequenz liefern zwei respiratorische Filter die respiratorischen Signale s_t,r bzw. s_a,r als grobe, nichtlineare Maße der Lungenaktivitäten. Zwei kardiale Filter mit 0.7 Hz als untere Grenzfrequenz liefern die beiden kardialen Signale s_t,k bzw. s_a,k als nichtlineare Maße der Blutausschüttung. Exakte Auftrennungen werden für Zwecke der Klassifizierung von Apnoen nicht benötigt.

Als diagnostisch relevante physiologische Parameter werden sechs Größen als Funktion der Zeit t ausgedruckt oderaufeinem Bildschirm in gut bekannterWeise dargestellt. Als wichtige respiratorische Parameter erfolgt eine Ausgabe des thorakalen Signales s_T,R(t) und des abdominalen Signales s_A,_R(t). Zur Erkennung von bezüglich obstruktiven Apnoen relevanter Paradoxer Atmung ist erfindungsgemäß ein Phasendetektor 10 vorgesehen. Er bestimmt zwischen s_T,_R und s_A,_R auftretende Phasenverschiebungen, die bei obstruktiven Apnoen sehr groß ausfallen können. Der Zeitverlauf (p_R(t) wird als diagnostisch sehr wesentlicher Parameter ausgegeben.

Für den erfahrenen Mediziner enthalten auch kardiale Parameter diagnostisch wichtige Informationen. Als wesentlicher Parameter wird die Herzrate als kardiale Frequenz/_K(t) als Funktion der Zeit ausgegeben. Die Bestimmung erfolgt durch einen Frequenzzähler 11. In ihm wird die Frequenz nach bekannten Verfahren, etwa über eine Zeitdifferenzbestimmung von Nulldurchgängen des Signals st,k ermittelt. Als Option erfolgt die Ermittlung auch aus s_a,k, das heißt mit voller Redundanz. Sie ist bei Patienten mit hohem BMI von Vorteil, da die kardialen Signale bei ihnen sehr schwach ausfallen können.

Als dritter kardialer Parameter erfolgt durch einen Phasen-Detektor 12 eine Bestimmung von zeitlichen Veränderungen </>_K(t) des zwischen s_A,« und s_t,k auftretenden Phasenwinkels. Eine Bestimmung erfolgt durch die Ermittlung des Zeitversatzes zwischen dem thorakal bzw. abdominal auftretenden kardialen Signals, wobei nach bekannten Vorgangsweisen Nulldurchgänge oder Maxima ausgewertet werden. Der Reziprokwert von ψ_κ ist ein Maß für die Geschwindigkeit der durch die Blutausschüttung ausgelösten, arteriellen Pulswelle und somit ein nichtlineares Maß für mit Apnoen einhergehende Veränderungen des Blutdrucks.

Als vorteilhafte Option trägt das Sensorband 1 in seinem oberen Bereich einen Geräuschsensor 13 zur Registrierung von Schnarchgeräuschen, durch Auswertung seines akustischen Signals s_A nach bekannten Methoden.

Nach der bei analogen Monitorings-Systemen üblichen Vorgangsweise erfolgt eine Aufzeichnung oder Bildschirmdarstellung der zeitlichen Verläufe der physiologischen Parameter in synchroner Weise untereinander. Eine Auswertung hinsichtlich der Klassifizierung von Apnoen erfolgt manuell durch geschultes medizinisches Personal oder auch mittels spezifischer Algorithmen. Dabei bieten sich unter anderem die im Folgenden zusammen gefassten Merkmale an:

Normale Atmung (NA) - Sie ist durch hohe Amplituden von s_t,r und s_A,_R gekennzeichnet. Die für OAs weiter unten angeführten Indizien sind nicht oder kaum gegeben.

Zentrale Apnoe (ZA) - Beide Amplituden von s_T,_R und s_A,_R gehen gegen Null.

Obstruktive Apnoe (OA) - Beide Amplituden von St,_r und s_A,_R sind deutlich reduziert. Eine Absicherung der Klassifizierung hingegen erfolgt anhand einer deutlichen respiratorischen Phasenverschiebung (0_R» 0) im Sinne von Paradoxie. Erfahrene Mediziner nutzen als Diagnosehilfe aber auch die Apnoe begleitende Blutdruckveränderungen anhand der Phasenverschiebung φκ und von Herzrateveränderungen f«, sowie letztlich auch das Auftreten obsruktiver Schnarchgeräsche anhand von St,_a. Zusammenfassend wird der Anspruch erhoben, daß die Vorrichtung gegenüber anderen Methoden des Apnoe-Monitorings folgende Vorteile erbringt: (i) Einfachste Sensorik, die den Patienten kaum belastet, (ii) Trotz der Einfachheit, zahlreiche physiologische Parameter, welche eindeutige Klassifikationen begünstigen, (iii) Im Speziellen, Aufzeigen von Paradoxie zur kritischen Abklärung von obstruktiven Apnoen.

3/7 ·· · · · ··· ·· «»···· · · · ·· • ·· ♦··· ···· · ; · · · · · Ο · · /' · · · · Ο ····· ·· · •· ·· · ·· · ··

PATENTANSPRÜCHE

1) Vorrichtung zur Erkennung und Klassifizierung von Schlafapnoen, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Aorta ein mit fünf Haut-Elektroden versehenes Sensorband (1) angeordnet ist, mittels zweier an den Enden gelegenen Einpräge-Elektroden (2) und (6) ein hochfrequentes elektrisches Feld im Gewebe des Thorax generiert wird und mittels zwei an den Enden gelegenen Ableitelektroden (3) und (5) gegenüber einer Mittel-Ableitelektrode (4) ein oberes und ein unteres Spannungssignal abgeleitet werden, die einem Elektroniksystem zur Bestimmung von zeitlichen Änderungen der Aktivität und Paradoxie der Atmung sowie der Herzfrequenz und des Blutdrucks zugeführt werden.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Elektroniksystems aus Phasenverschiebungen der respiratorischen Komponenten von oberem bzw. unterem Signal auf thorakale/abdominale Paradoxie geschlossen wird.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Elektroniksystems aus Phasenverschiebungen der kardialen Komponenten von oberem bzw. unterem Signal auf zeitliche Veränderungen des Blutdrucks geschlossen wird.

4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorband (1) in seinem oberen Bereich optional mit einem Geräuschsensor (13) versehen ist.

/ 7

	·«	• ··	♦	«·
• ·	•	*	• · 9	•	« ·
• ♦	•	•	• · · ·	•	• ♦ ·
• ·	•	•	··· ···	···· ···
* ·	• • ·	Λ	• « • ··		• · • ··

I Achse der Aorta

Fig.l

5/7

Recherchenbericht zu A 373/2016 österreichisches Patentamt

Klassifikation des Anmeldungsgegenstands gemäß IPC: A61B 5/053 (2006.01); A61B 5/08 (2006.01); A61B 5/00 (2006.01)
Klassifikation des Anmeldungsgegenstands gemäß CPC: A61B 5/0535 (2013.01); A61B 5/0809 (2013.01); Ά61Β 5/0826 (2015.07); Ά61Β 5/4818 (2013.01); A61B 5/1264 (2013.01)
Recherchierter Prüfstoff (Klassifikation): A61B
Konsultierte Online-Datenbank: EPODOC, WPIAP, TXTnn
Dieser Recherchenbericht wurde zu den am 12.09.2016 eingereichten Ansprüchen 1-4 erstellt.
Kategorie*)	Bezeichnung der Veröffentlichung: Ländercode, Veröffentlichungsnummer, Dokumentart (Anmelder), Veröffentlichungsdatum, Textstelle oder Figur soweit erforderlich	Betreffend Anspruch
A A A A	WO 9965393 Al (MALLINCKRODT INC) 23. Dezember 1999 (23.12.1999) Figur 1 und Beschreibung der Figur WO 2004112606 Al (UNIV DUBLIN) 29. Dezember 2004 (29.12.2004) Figur 2 und Beschreibung der Figur, Ansprüche WO 2005094498 A2 (NONINVASIVE MEDICAL TECHNOLOGI) 13. Oktober 2005 (13.10.2005) Figur 1 und Beschreibung der Figur WO 2004032738 Al (UNIV QUEENSLAND) 22. April 2004 (22.04.2004) Figur 5 und Beschreibung der Figur	1 1 1 1
Datum der Beendigung der Recherche: ς t 1 1 Prüfer(in): 30.01.2017 bene 1 von 1 KÖNIG Helga
*> Kategorien der angeführten Dokumente: A Veröffentlichung, die den allgemeinen Stand der Technik definiert. X Veröffentlichung von besonderer Bedeutung: der Anmeldungs- P Dokument, das von Bedeutung ist (Kategorien X oder Y), jedoch nach gegenstand kann allein aufgrund dieser Druckschrift nicht als neu bzw. auf dem Prioritätstag der Anmeldung veröffentlicht wurde, erfinderischer Tätigkeit beruhend betrachtet werden. E Dokument, das von besonderer Bedeutung ist (Kategorie X), aus dem Y Veröffentlichung von Bedeutung: der Anmeldungsgegenstand kann nicht ein „älteres Recht“ hervorgehen könnte (früheres Anmeldedatum, jedoch als auf erfinderischer Tätigkeit beruhend betrachtet werden, wenn die nachveröffentlicht, Schutz ist in Österreich möglich, würde Neuheit in Frage Veröffentlichung mit einer oder mehreren weiteren Veröffentlichungen stellen), dieser Kategorie in Verbindung gebracht wird und diese Verbindung für & Veröffentlichung, die Mitglied der selben Patentfamilie ist. einen Fachmann naheliegend ist.

6/7

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung und Klassifizierung von Schlafapnoen, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Aorta ein mit fünf Haut-Elektroden versehenes Sensorband (1) angeordnet ist, mittels zweier an den Enden gelegenen Einpräge-Elektroden (2) und (6) ein hochfrequentes elektrisches Feld im Gewebe des Thorax generiert wird und mittels zwei an den Enden gelegenen Ableitelektroden (3) und (5) gegenüber einer Mittel-Ableitelektrode (4) ein oberes und ein unteres Spannungssignal abgeleitet werden, die einem Elektroniksystem zur Bestimmung von zeitlichen Änderungen der Aktivität und Paradoxie der Atmung sowie der Herzfrequenz und des Blutdrucks zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroniksystem einen Phasendetektor (10) enthält, zur Ermittlung von respiratorischen Phasenverschiebungen zwischen der thorakalen Signalkomponente st,r und der abdominalen Signalkomponente sa,r.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroniksystems einen Phasendetektor (11) enthält, zur Ermittlung von kardialen Phasenverschiebungen zwischen der thorakalen Signalkomponente st,k und der abdominalen Signalkomponente s_a,k.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorband (1) in seinem oberen Bereich optional mit einem Geräuschsensor (13) versehen ist.