DE10007756A1

DE10007756A1 - Verfahren und Vorrichtung eines Beurteilungssystems zur Heilungsprognose nach medizinischen Interventionen

Info

Publication number: DE10007756A1
Application number: DE10007756A
Authority: DE
Inventors: Robert Bauernschmitt; Burkhard Kopp; Ruediger Lange; Hagen Malberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-19
Filing date: 2000-02-19
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein System zur Beurteilung und/oder Prognose des Erholungs- bzw. Heilungsverhaltens von Patienten nach medizinischen Interventionen (z. B. Herzoperationen), das durch die multiparametrische Analyse von Biosignalen und unter Berücksichtigung klinisch relevanter Parameter aus der Charakterisierung von autonomen vegetativen Regulationsprozessen des Herz-Kreislauf-Systems, beispielsweise des spontanen Barorezeptorreflexes, eine verbesserte Charakteristik des postoperativen Zustandes des Patienten ermöglicht. Darüber hinaus ist mit der Erfindung ein Monitoring der eingegebenen Biosignale und/oder der intern berechneten autonomen vegetativen Regulationsprozesse möglich. DOLLAR A Die Vorrichtung besteht aus einer Anordnung mit drei Funktionseinheiten, nämlich aus Eingabeeinheit (1), Signalverarbeitungseinheit (2) und Ausgabeeinheit (3).

Description

CHARAKTERISTIK DES STANDES DER TECHNIK

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur nichtinvasiven Beurteilung des Funktionsverhaltens von Patienten (z. B. DE 31 50 554 u. a.), die über die Analyse von Biosignalen spezielle Funktionsmechanismen des Organismus ermitteln. Nachteilig dabei ist, daß diese Verfahren und Vorrichtungen nicht für den in tensivmedizinischen Bereich zur Beurteilung und Prognose des Heilungszustandes bzw. zur Risikostratifi zierung nach medizinischen Interventionen ausgelegt sind und darüber hinaus nur plötzliche Funktions verschlechterungen des Organismus registrieren, nicht aber die Funktionsverbesserung und/oder Ver laufsprognose.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Registrierung des Zustandes von Patienten (z. B. DE 32 16 273 u. a.), die über Registrierung und Erkennung mechanischer Körpervorgänge Diagnose- und/oder Therapiemaßnahmen steuern können. Nachteilig dabei ist, daß diese Verfahren und Vorrichtungen auf grund ihrer rein mechanischen Signalregistrierung ohne Berücksichtigung wichtiger klinischer Daten, wie beispielsweise des Elektrokardiogramms oder des Blutdruckverlaufs nicht zur Analyse und Prognostik des postoperativen Heilungsverlaufes zu nutzen sind.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung und Aufzeichnung des Patientenzustandes (z. B. DE 32 46 809, DE 31 18 740 u. a.), die insbesondere zur Überwachung während der Anästhesie und der muskulären Paralysation Anwendung finden. Nachteilig dabei ist, daß diese Verfahren und Vorrich tungen nur zur Überwachung der Paralysation genutzt werden, nicht aber zur Charakterisierung, Progno stik und Risikostratifizierung des postoperativen Zustandes während und nach der Narkose.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung und Diagnose von Patienten (z. B. DE 43 29 898, DE 197 31 986, DE 30 37 625, DE 35 36 658, DE 38 98 052 u. a.), die verschiedene physiologische Signale analysieren, um bei kritischen gesundheitlichen Zuständen des Patienten geeignete Hilfsmaß nahmen ergreifen zu können. Nachteilig dabei ist, daß bei diesen Verfahren und Vorrichtungen die kom plexen Wechselwirkungen der autonomen vegetativen Regulation des Herz-Kreislauf-Systems nicht ana lysiert werden, die eine verbesserte Charakterisierung des Zustandes des Patienten ermöglichen. Eben falls ist nachteilig, daß die implementierte Biosignalanalyse nur in Hinblick auf kritische physiologische Zustände, nicht aber auf deren Verbesserung bzw. auf Heilung hin erfolgt.

Nicht bekannt sind dagegen Verfahren und Vorrichtungen, bei denen im intensivmedizinischen Bereich aus Biosignalen durch komplexe mathematische Operationen autonome vegetative Regulationsvorgänge des Herz-Kreislauf-Systems (z. B. die spontane Barorezeptorsensitivität) in Hinblick auf das Erholungs- bzw. Heilungsverhalten ermittelt werden und im Zusammenhang mit klassischen Monitoringparametern und der medizinischen Indikation eine Heilungsprognose und/oder Beurteilung des Heilungszustandes und/oder Risikostratifizierung ermittelt wird.

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung kann in der Human- und Veterinärmedizin Anwendung finden. Nach größeren diagnosti schen und therapeutischen Interventionen ist der Organismus stark in seiner Funktion eingeschränkt. Die objektive Beurteilung des Zustandes des Patienten in Abhängigkeit zur Schwere der medizinischen Inter vention stellt daher ein großes Problem dar. Beispielsweise stehen dem medizinischen Personal bei zu früh von der Intensivstation auf Normalstationen verlegten Frischoperierten nur eingeschränkte diagnosti sche und therapeutische Vorrichtungen zur Verfügung, um gegebenenfalls auf Komplikationen reagieren zu können.

Durch die Erfindung können zusätzliche Informationen über den Heilungsverlauf gewonnen werden. Eine verbesserte Prognostik nach Interventionen ist ebenso möglich wie eine Risikostratifizierung. Die Vorteile der Erfindung liegen einmal darin, das Risiko für den Patienten durch die Gewinnung von Zusatzinformationen über die vegetativen Regulationsprozesse im behandelten Organismus zu minimie ren, so daß in Kenntnis dieser zusätzlich durch die Erfindung gewonnenen klinischen Parameter, gezielt durch das medizinische Personal zum Schutz des Patienten reagiert werden kann. Andererseits können durch eine verbesserte Aussage bzw. Klassifikation des Erholungs- bzw. Genesungsverhaltens auch in größerem Maße Kosten, beispielsweise in der intensivmedizinischen Überwachung, eingespart werden.

ZIEL DER ERFINDUNG

Die Erfindung hat das Ziel, zu einer verbesserten Beurteilung des Heilungsverlaufes nach schwerwiegen den medizinischen Interventionen beizutragen. Biosignale und Monitoringparameter werden mit multipa rametrischen Methoden der Signalanalyse auf spezielle autonome vegetative Regulationsprozesse hin ausgewertet. Der spontane Barorezeptorreflex, beispielsweise, stellt die vagale Gegenregulationsfunktion der Herzfrequenz auf spontane Blutdruckänderungen dar. Durch Modellierung und Ermittlung dieses im Beispiel dargestellten multiparametrischen Parameters, stehen dem Mediziner mehr Informationen über den Organismus und dessen Funktionsverhalten zur Verfügung, als durch die separate Analyse von Herzfrequenz und/oder Herzfrequenzänderungen bzw. Blutdruck und/oder Blutdruckänderungen gewon nen werden können. Als autonome Regulationsprozesse seien hier beispielsweise der Chemoreflex, die sympathische Gefäßtonusänderung, Änderungen im Schlafverhalten u. a. genannt, deren Charakterisie rung während der standardmäßigen intensivmedizinischen Überwachung über klassische Parameter und Grenzwerte hinaus durch eine zusätzliche Analyse gewonnen werden kann.

Diese durch die multiparametrische Signalanalyse gewonnenen Informationen über das autonome Regu lationsverhalten des Organismus werden im Zusammenhang mit klinischen Parametern (beispielsweise Art der Operation, Alter und Geschlecht des behandelten Organismus) und Monitoringparametern und - signalen (beispielsweise der Hämatokritwert, Blutdruckverläufe) genutzt, um eine Verlaufsprognose der Heilung bzw. eine Risikoabschätzung vorzunehmen. Aufgrund der multiparametrischen Analyse der Regulationsprozesse kann die Prognostik im Unterschied zur mathematischen Analyse von Einzelsignalen und -parametern qualitativ verbessert werden.

Die separate Analyse der Herzfrequenz und des Blutdrucks wird zur Erhöhung der Klassifikationsgenau igkeit und der medizinischen Aussagekraft herangezogen. Dabei finden Methoden der Zeit- und Fre quenzbereichsanalyse sowie der nichtlinearen Dynamik Anwendung.

Auf diese Weise ist eine verbesserte Abschätzung des Verlaufes der Heilung möglich, was neben der Minimierung des Patientenrisikos eine der Situation angepaßten intensivmedizinischen Betreuung ermög licht und somit auch Kosten der intensivmedizinische Überwachung einspart.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der durch eine zusätzliche Modellierung und Abschätzung von vegetativen Regulationsprozessen im Organismus, in Verbindung mit klassischen Monitoringparametern und -signalen und unter Berücksichtigung von klinischen Parametern eine verbesserte Beurteilung des Erholungs- bzw. Genesungsverhaltens nach größeren klinischen Inter ventionen möglich ist. Die Erfindung hat folgende Aufgaben zu erfüllen:

1. mindestens ein Monitoringparameter und/oder mindestens ein Biosignal zu registrieren,
2. relevante klinische Parameter (z. B. Patientendaten, diagnostische und therapeutische Informationen, Monitoringparameter) eingeben zu können,
3. spezielle vegetative Regulationsprozesse zu charakterisieren,
4. den Heilungszustand, eine Heilungsprognose und Risikostratifizierung zu ermitteln,
5. die Analyseergebnisse von den speziellen berechneten autonomen Regulationsprozessen als neue Monitoringparameter darzustellen, weiterzuleiten und/oder zu speichern sowie
6. die Verlaufsanalyse, Prognose der Erholung und Risikostratifizierung für das medizinische Personal darzustellen, weiterzuleiten und/oder zu speichern.

LÖSUNG DER AUFGABE DURCH DIE ERFINDUNG

Der Erfindung liegt folgende Beobachtung zu Grunde:

Die multiparametrische Signalanalyse, beispielsweise von systolischem Blutdruck und Herzfrequenz, ge stattet im Zusammenhang mit der separaten Zeitreihenanalyse der Herzfrequenzvariabilität und der Blut druckvariabilität eine verbesserte Aussage über den gesundheitlichen Zustand eines Organismus. Die Duale Sequenzmethode beispielsweise (Malberg et, al. in Zeitschrift für Kardiologie, 1999), ermöglicht die Analyse der spontanen Barorezeptorsensitivität, unter deren Berücksichtigung eine verbesserte Klassifi kation und Charakterisierung von kardialen Erkrankungen gegenüber der separaten Analyse der Blutdruck- und Herzfrequenzsignale möglich ist. Eigene klinische Studien haben ergeben, daß bei medizini schen Interventionen, beispielsweise bei Herzoperationen, Mechanismen der autonomen Regulation des Herz-Kreislauf-Systems durch die Intervention bedingt direkt und in großem Maße beeinflußt werden. Wenn man aus klassischen separaten Monitoringparametern mit einer zusätzlichen, multiparametrischen Signalverarbeitung auch die gegenseitige Beeinflussung von physiologischen Größen ermitteln kann, lassen sich daraus genauere Informationen über den Heilungsverlauf gewinnen (z. B. Wann ist ein auto nomer vegetativer Reflex in welchem Maße wieder aktiv?).

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe mit einer Anordnung von drei Funktionseinheiten gelöst, nämlich mittels Eingabeeinheit, Signalverarbeitungseinheit und Ausgabeeinheit.

1. Die Registrierung von mindestens einem Monitoringparameter und/oder mindestens einem Biosignal wird realisiert durch:
- - die Eingabeeinheit, durch die neben Schnittstellen für einzelne Sensoren und Sensorenanordnungen auch Signale und Daten von externen Datenerfassungssystemen zur Signalverarbeitungseinheit übertragen werden können.
2. Die Eingabe von klinisch relevanten Parametern (z. B. Patientendaten, diagnostische und therapeuti sche Informationen, Monitoringparameter) wird realisiert durch:
- - die Eingabeeinheit, mit der Informationen über den Patienten, Diagnose und Therapie eingegeben werden können,
- - die Eingabemöglichkeit von Parameter (z. B. Schwell- und Alarmwerte) über eine Tastatur für das klassische Monitoring (z. B. das Elektrokardiogramm) und
- - die Eingabemöglichkeit über eine Tastatur von Parametern zur Charakterisierung der berechneten autonomen Regulationsprozesse (z. B. Schwellwerte der Baroreflex-Anstiege).
3. Die Charakterisierung spezieller vegetativer Regulationsprozesse wird realisiert:
- - in der Signalverarbeitungseinheit, in der unter Berücksichtigung der eingegebenen klinischen Para meter eine multiparametrische Signalverarbeitung, beispielsweise die Analyse der spontanen Barore zeptorsensitivität mittels der Dualen Sequenzmethode realisiert wird. Ebenfalls wird die Herzfrequenz- und Blutdruckvariabilität mittels verschiedener Methoden der Zeit- und Frequenzbereichsanalyse so wie der Nichtlinearen Dynamik analysiert. Mit dieser komplexen mathematischen Analyse werden ve getative Regulationsprozesse (z. B. sympathischer und/oder parasympathischer Tonus) analysiert und Abweichungen von Normwerten wie auch das Refraktärverhalten detektiert.
4. Die Charakterisierung des Heilungszustandes, Heilungsprognose und Risikostratifizierung wird reali siert:
- - in der Signalverarbeitungseinheit, in der durch multiparametrische, wissensbasierte Signalverarbei tung und Klassifikation der klinisch relevanten Parameter (z. B. Patientendaten, Diagnose, Therapie), der verarbeiteten Biosignale und -parameter und der Charakterisierung der autonomen Regulations prozesse des Herz-Kreislauf-Systems neue Parameter zur Risikostratifizierung und/oder Verlaufs- bzw. Heilungsprognose ermittelt werden.
5. Die Anzeige, Weiterzuleitung und/oder Speicherung der Analyseergebnisse der berechneten autono men Regulationsprozesse (z. B. der Baroreflex-Anstiege) als neue Monitoringparameter werden reali siert:
- - in der Ausgabeeinheit, in der neben einer Darstellung, beispielsweise über einen Monitor oder andere Anzeigegeräte, ebenfalls die Möglichkeit besteht, diese neuen Monitoringparameter über die externe Schnittstelle an externe Überwachungsvorrichtungen und/oder Speicher weiterzuleiten.
6. Die Darstellung, Weiterleitung und Speicherung des Heilungsverlaufes bzw. des Komplikationsrisikos wird realisiert:
- - in der Ausgabeeinheit, in der neben einer Darstellung, beispielsweise über einen Monitor oder andere Anzeigegeräte, die Möglichkeit besteht, die Parameter der diagnostischen Aussagen, Verlaufspro gnose und Risikostratifizierung über die Schnittstelle an externe Überwachungsvorrichtungen und/oder Speicher weiterzuleiten.

Claims

1. Das Beurteilungssystem ist gekennzeichnet dadurch, daß es aus einer Eingabeeinheit (1), einer Si gnalverarbeitungseinheit (2) und einer Ausgabeeinheit (3) besteht und neben klassischen Monito ringfunktionen durch eine interne Biosignalverarbeitung, Ermittlung klinisch relevanter Parameter und Charakterisierung autonomer vegetativer Regulationsmechanismen verbesserte Aussagen zum Hei lungsverlauf und/oder Risikostratifizierung nach medizinischen Interventionen gegenüber herkömmli chen Methoden ermöglicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet dadurch, daß über die Eingabeeinheit (1) mittels einer variablen Schnittstelle und/oder Tastatur mindestens ein Biosignal und/oder mindestens ein physiologischer Parameter und/oder mindestens ein klinisches Bewertungskriterium eingegeben wer den kann und eine Weiterleitung dieser an die Signalverarbeitungseinheit realisiert wird. Die eingege benen Biosignale und/oder physiologischen Parameter müssen mindestens Informationen enthalten, aus denen sich systolische Blutdruckwerte und die Schlag-zu-Schlag-Intervalle des Herzens ermitteln lassen.

3. Die Anordnung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet dadurch, daß die Signalverarbeitungseinheit (2) durch Berechnung physiologischer Parameter, autonome vegetative Regulationsmechanismen des vegetativen Nervensystems (z. B. spontaner Barorezeptorreflex, Chemoreflex, Herzfrequenzvariabili tät, Blutdruckvariabilität) charakterisiert, diese unter Berücksichtigung der physiologischen Signale sowie der medizinischen Indikation analysiert, klassifiziert und daraus Parameter zur Beurteilung des Heilungsverlaufes ermittelt. Darüber hinaus werden durch die Signalverarbeitungseinheit klassische Monitoringfunktionen, wie z. B. Schwellwert- und Trendberechnungen der eingehenden Biosignale und/oder Parameter sowie der berechneten vegetativen Regulationsmechanismen des Herz- Kreislauf-Systems realisiert.

4. Die Anordnung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet dadurch, daß über die Ausgabeeinheit (3) die ermittelten Parameter zur Beurteilung von autonomen Regulationsmechanismen des vegetativen Nervensystems (z. B. die spontanen Baroreflex-Anstiege), klassische Monitoringparameter (z. B. Schwell- und Alarmwerte, Trends) sowie die daraus ermittelten Parameter zur Beurteilung des Hei lungsverlaufs angezeigt und/oder gespeichert werden. Darüber hinaus gestattet die externe Schnitt stelle die Übertragung der ermittelten Daten und Signale an externe Vorrichtungen (z. B. zur Speiche rung, Anzeige und Weiterverarbeitung).