DE10146263B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen medizinischer Sensorsysteme - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen medizinischer Sensorsysteme Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Auswertung von bei einer Untersuchung eines Patienten gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen eines medizinischen Sensorsystems durch Digitalisierung der Signale und Vergleich von Signalabschnitten der gemessenen Signale mit in einer Datenbank abgespeicherten Signalabschnitten, wobei mit den abgespeicherten Signalabschnitten ein medizinischer Befund abgespeichert worden ist und aus der Häufigkeit von zu den zu dem gemessenen Signalabschnitt als ähnlich erkannten Signalabschnitten gehörenden Befunden innerhalb vorgegebener Befundgruppen ein Wichtungswert für das Vorliegen von in Frage kommenden Befunden ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen des selben Patienten gewonnene Signale mit dem selben Vorrat abgespeicherter Signalabschnitte verglichen und unter Ermittlung der Wichtungswerte ausgewertet werden und dass ein über die erfolgten Untersuchungen gebildeter zeitlicher Verlauf der für die Befunde ermittelten Wichtungswerte dargestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von bei einer Untersuchung eines Patienten gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen eines medizinischen Sensorsystems durch Digitalisierung der Signale und Vergleich von Signalabschnitten der gemessenen Signale mit in einer Datenbank abgespeicherten Signalabschnitten, wobei mit den abgespeicherten Signalabschnitten ein medizinischer Befund abgespeichert worden ist und aus der Häufigkeit von zu den zu dem gemessenen Signalabschnitt als ähnlich erkannten Signalabschnitten gehörenden Befunden innerhalb vorgegebener Befundgruppen ein Wichtungswert für das Vorliegen von in Frage kommenden Befunden ermittelt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Auswertung von bei einer Untersuchung eines Patienten gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen eines medizinischen Sensorsystems mit einer analog-digital-Wandlungseinrichtung für Signalabschnitte der gemessenen Signale, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich eines gemessenen Signalabschnitts mit entsprechenden, in einer Datenbank, in der entsprechende Signalabschnitte zusammen mit festgestellten medizinischen Befunden abgespeichert sind, abgespeicherten Signalabschnitten und Erkennung von abgespeicherten Signalabschnitten als ähnlich dem gemessenen Signalabschnitt und mit einer Auswertungseinrichtung zur Ermittlung eines Wichtungswerts für das Vorliegen von in Frage kommenden Befunden aus der Häufigkeit von den als ähnlich erkannten abgespeicherten Signalabschnitten zugeordneten Befunden innerhalb vorgegebener Befundgruppen.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind durch WO99/27463 A2 bekannt. Demgemäß ist eine Datenbank vorgesehen, in der durch die medizinischen Sensorsysteme erhaltene Signalabschnitte zusammen mit zugehörigen medizinischen Befunden abgespeichert werden. Die Signalabschnitte werden durch eine zeitliche Normierung so aufbereitet bzw. gewonnen, dass eine automatische Ähnlichkeitsprüfung der Signalabschnitte vorgenommen werden kann. Durch Ermittlung von ähnlichen Signalabschnitten können die zu diesen Signalabschnitten gehörenden Befunde für den gemessenen Signalabschnitt berücksichtigt werden. Die Erfinder haben eine Datenbank eingerichtet, in der Befunde innerhalb vorgegebener Befundgruppen mit Wichtungsfaktoren entsprechend der medizinischen Diagnose in dem betreffenden Fall abgespeichert worden sind (R. Bousseljot, D. Kreiseler in „Herzschrittmachertherapie und Elektrophysiologie", Vol 11 (2000) 4, S. 197-206). Für eine EKG-Datenbank sind dabei maximal fünf Befunde mit den Wichtungsfaktoren 1 % bis 100 % zugelassen worden. Die durch den Vergleich eines gemessenen 12-Kanal-EKG mit den entsprechenden abgespeicherten EKG's ermittelten Befunde ergeben sich somit ebenfalls mit Wichtungsfaktoren, die die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen des jeweiligen Befundes charakterisieren
  • Durch DE 32 09 850 C2 ist ein selbsttätiges Auswerteverfahren für EKGs bekannt geworden, das insbesondere für Langzeit-EKGs (24-Stunden-EKGs) geeignet ist und dazu dient, Anzahl und Art von Herz-Rhythmus-Störungen zu ermitteln. Hierzu werden von dem Gerät in einer Normalphase normale EKG-Verläufe des Patienten gelernt, gemittelt und unter Angabe von Toleranzbereichen abgespeichert. Aus den Toleranzbereichen herausfallende Abweichungen gemessener Signalverläufe werden ermittelt, klassifiziert und ggf. graphisch dargestellt. Dieses Verfahren eignet sich ausschließlich für die Ermittlung von Herz-Rhythmus-Störungen, nicht jedoch zur Feststellung von bereits in dem gelernten Normal-EKG enthaltenen krankhaften Befunden und ebenfalls nicht zum direkten Vergleich des Gesundheitszustandes, wie er sich aus einer beispielsweise Jahre späteren Messung ergibt, mit dem früheren Gesundheitszustand.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, die automatisierte Auswertung unter Verwendung des bekannten Verfahrens noch zu verbessern.
  • Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen des selben Patienten gewonnene Signale mit dem selben Vorrat abgespeicherter Signalabschnitte verglichen und unter Ermittlung der Wichtungswerte ausgewertet werden und dass ein über die erfolgten Untersuchungen gebildeter zeitlicher Verlauf der für die Befunde ermittelten Wichtungswerte dargestellt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht erstmalig einen objektivierten Vergleich von Untersuchungen des selben Patienten, die in zeitlichen Abständen erfolgt sind. Dadurch ist es möglich, einen Befundverlauf über die mehreren Untersuchungen, also beispielsweise über mehrere Monate oder Jahre hinaus, anzugeben und ggf. darzustellen. Wesentlich ist erfindungsgemäß dafür, dass die Auswertungen zur Ermittlung der Befunde jeweils im Vergleich zu dem selben Vorrat an abgespeicherten Signalen bzw. Signalabschnitten erfolgt, vorzugsweise gleichzeitig. Hierfür ist es zweckmäßig die – vorzugsweise für die automatisierte Auswertung vorverarbeiteten – gemessenen Signale bzw. Signalabschnitte eines Patienten, die aus mehreren in zeitlichem Abstand erfolgten Untersuchungen entstanden sind, für diesen Patienten bezogen abzuspeichern, wobei die Abspeicherung vorzugsweise auf einer dem Patienten zugeordneten Speicherkarte nach Art einer Chipkarte oder auf einem dem Patienten zugeordneten Speicherbereich eines zentralen Speichers erfolgt. Zweckmäßigerweise werden neuere Untersuchungen für diesen Patienten auf dem Speichermedium entsprechend ergänzt, wobei zusätzlich zu den Signalabschnitten Daten des Patienten und ermittelte Befunde abgespeichert werden.
  • Für die Ermittlung der Befunde werden zweckmäßigerweise Befundgruppen gebildet, die Hauptbefunde, Nebenbefunde oder Kombinationen hiervon enthalten können.
  • Besonders zweckmäßig ist die Durchführung der vorliegenden Erfindung mit einer Datenbank, in der mit den Daten von Signalabschnitten der Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen von Befunden entsprechende Wichtungswerte abgespeichert werden und wenn aus den zu einem gemessenen Signalabschnitt als ähnlich erkannten abgespeicherten Signalabschnitten gehörenden Wichtungswerten der Befunde ein Wichtungswert des jeweiligen Befundes gebildet wird. Die Berücksichtigung der Wichtungswerte als ähnlich erkannten Signalabschlüsse kann dadurch erfolgen, dass eine Aufsummierung der Nennungen des betreffenden Befundes jeweils multipliziert mit einem Wichtungswert zwischen 0 und 1 erfolgt. Ferner ist es möglich, einen mittleren Wichtungswert für jeden Befund zu bilden, wobei die Nichtnennung dieses Befundes dem Wichtungswert 0 entspricht.
  • In der Wiedergabe als Balken oder Liniendiagramm, ggf. auch als Tortendiagramm ist es sehr übersichtlich möglich, den zeitlichen Verlauf einzelner Befunde über die in zeitlichem Abstand erfolgten Untersuchungen darzustellen, indem die entsprechenden Werte für den jeweiligen Befund für die verschiedenen Untersuchungen nebeneinander dargestellt werden.
  • Eine derartige Darstellung kann insbesondere zweckmäßig sein, um eine Wirksamkeitskontrolle bei einem Patienten für verabreichte Medikamente durchzuführen.
  • Zur Lösung des genannten Problems ist erfindungsgemäß ferner eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugriffseinrichtung auf ein Speichermedium vorgesehen ist, auf dem bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen desselben Patienten gewonnene Signale abgespeichert sind, dass die Vergleichseinrichtung bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen desselben Patienten gewonnene Signale mit demselben Vorrat abgespeicherter Signalabschnitte vergleicht und daraus die Wichtungswerte ermittelt und dass mit der Auswertungseinrichtung ein zeitlicher Verlauf der für die Befunde ermittelten Wichtungswerte darstellbar ist.
    •
  • Die Erfindung soll im Folgenden anhand der beigefügten, für ein Patientenbeispiel erstellte Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine Befunddarstellung für ein EKG
  • 2 eine Darstellung eines Befundverlaufs für Befunde über mehrere Jahre
  • 3 eine zu 2 gehörende Darstellung eines Befundverlaufs von spezifizierten Unterbefunden eines Befundes
  • 4 einen Befundverlauf für eine gesunde Vergleichsperson
  • 5 einen Befundverlauf für einen Patienten mit Vorderwandinfarkt
  • 6 einen Befundverlauf für einen Patienten mit chronischem lateralen Mykardinfarkt
  • 7 einen Befundverlauf für die Wirksamkeitskontrolle einer medikamentösen Behandlung
  • Grundlage für das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Signalmusterdatenbank, beispielsweise eine EKG-Signalmusterdatenbank, in der den abgespeicherten Signalmustern Befunde mit Angabe eines Wichtungswertes für die Befunde abgespeichert sind.
  • Bei einer EKG-Datenbank können als Befunde angesehen werden:
    • – Unbek. unbekannter Befund
    • – NORM normaler Befund
    • – POSNL. möglicherweise normaler Befund
    • – VH Vetrikuläre Hypertrophie
    • – MI Myokardinfarkt
    • – BBB Schenkelblock
    • – ISC Ischämie
  • Für jedes abgespeicherte Signalmuster, das bei einem Elektrokardiogramm EKG aus zahlreichen Signalmustern für die üblichen Ableitungen besteht, werden die Befunde mit den Wichtungswerten, beispielsweise in Form von Wichtungsfaktoren bewertet, wobei ein Ausschluss dieses Befundes den Wichtungsfaktor 0 % und ein absolut gesicherter Befund den Wichtungsfaktor 1 (100 %) erhält. Zwischenwerte können sein für „nicht auszuschließen, aber eher unwahrscheinlich" 15 %, „möglicherweise, weil gewisse Anzeichen vorhanden" 35 % usw.
  • 1 zeigt eine Befunddarstellung für einen Patienten unter Berücksichtigung von 50 Datenbank-Signalmustern, die als ähnlich aufgefunden worden sind. Die ermittelten, in 1 als Balken dargestellten Wichtungswerte ergeben sich aus der Anzahl der Nennungen des entsprechenden Befundes multipliziert mit dem jeweiligen Wichtungsfaktor und Bildung einer entsprechenden Summe.
  • Von den 50 als ähnlich erkannten Datenbank-Signalmustern enthielten 32 den Befund „Normal" und 29 den Hinweis auf einen Block (BBB). Unter Berücksichtigung der mit abgespeicherten Wichtungsfaktoren ergibt sich ein Wichtungswert für „Normal" von 50,0 % und ein Wichtungswert für „BBB" von 46,3 %. Es wurden für „POSNL." eine Benennung, für „VH" eine Benennung und für „MI" 2 Benennungen gefunden. Unter Berücksichtigung der abgespeicherten Wichtungswerte ergibt sich für „POSNL." ein Wichtungswert von 0,9 %, für „VH" ein Wichtungswert von 0,6 % und für „MI" ein Wichtungswert von 2,3 %. Diese drei Werte liegen unterhalb eines relevanten kardiologischen Befundes, sodass die Befunddarstellung einen Schluss zulässt, dass der Patient einen Block, also eine Störung des Reizleitungssystems des Herzens, hat, weitere kardiologische Befunde jedoch nicht vorhanden sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet erhebliche Vorteile beim Auftreten mehrerer, sich überlagernder Befunde. Dabei lässt sich eine Wahrscheinlichkeit, ein Wichtungswert, für jeden der Befunde in Bezug auf die anderen Befunde quantitativ angeben. Diese Aussage war mit bisherigen EKG- Auswertungsverfahren nicht möglich.
  • Bisherige Auswertungsverfahren konnten auch nur bedingt Aussagen darüber treffen, ob sich ein Befund im Vergleich zu bisherigen EKG-Aufnahmen verändert hat. Möglich war die Bewertung der Veränderung bestimmter Signalparameter des EKG, z.B. die Verringerung der R-Zacken-Amplitude über die Vergrößerung der QRS-Dauer.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine übersichtliche Darstellung eines Befundverlaufs.
  • 2 zeigt den Befundverlauf für den Patienten gemäß 1 über sieben Untersuchungen im Verlaufe von 5 Jahren.
  • 2 lässt erkennen, dass die Untersuchungen 1 bis 3 aus dem Jahren 1996/1997 ein im Wesentlichen normales EKG ergeben hatten. Für die Untersuchung 4 im Jahre 1999 ergibt sich eine plötzliche blocktypische Veränderung, deren Intensität in den nachfolgenden EKG-Aufnahmen 5 bis 7 schwankt. Die Untersuchungen 4 bis 7 ergebenen einen Blockbefund, der sich in der Tendenz eher verstärkt.
  • 3 zeigt den Befundverlauf für Angaben zu Unterbefunden und lässt erkennen, dass insbesondere der Befundanteil CRBBB (kompletter Rechtsschenkelblock) zunimmt. Die Unterbefundgruppen sind:
    • – CLBBB kompletter Linksschenkelblock
    • – CRBBB kompletter Rechtsschenketblock
    • – ILBBB inkompletter Linksschenkelblock
    • – IRBBB inkompletter Rechtsschenkelblock
    • – IVCD unspezifische intraventrikuläre Leitungsstörung
    • – IVCB unspezifische intraventrikuläre Leitungsblockierung
    • – LAFB Blockierung im linken Schenkel des His-Bündels (Faszikel)
  • Der Befundverlauf in den 2 und 3 lässt erkennen, dass sich der Block herausgebildet hat, also keine Vorerkrankung darstellt. Durch das Hinzufügen weiterer EKG-Messungen kann die weitere Entwicklung des Befundverlaufs quantitativ verfolgt werden. Dies war bisher mit EKG-Auswertungsmethoden nicht möglich.
  • Die Verfügbarkeit der zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommenen EKG-Signale kann dadurch realisiert werden, dass die EKG-Signale auf einem zentralen Datenserver, z.B. des Hausarztes oder des Kardiologen, verfügbar sind. Die EKG-Daten können sich aber auch auf einer dem Patienten gehörenden Chipkarte befinden, wodurch sich Vorteile im Bezug auf die Datensicherheit ergeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert als Client-Server-Lösung auch über das Internet und ist daher praktisch von jedem Ort aus anwendbar. Es müssen lediglich die EKG-Messdaten übertragen werden, die als Daten ohne Grafikanteile nur ein geringes Datenvolumen umfassen.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit, nicht nur Veränderungen des EKG festzustellen, sondern gleichzeitig eine Aussage über die Befunde zu erhalten, die durch die Veränderungen betroffen sind.
  • Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich, dass die EKG-Messung fehlerfrei erfolgt. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Befundverlauf für eine gesunde Vergleichsperson dargestellt, wobei bei der Messung 5 am 07.02.1998 eine Ableitungselektrode (V4) ausge fallen war. Dieser Ausfall hat selbstverständlich Auswirkungen auf den berechneten Befund für diese Messung.
  • 5 zeigt als Beispiel den Befundverlauf eines Patienten mit einem Vorderwandinfarkt über den Zeitraum von drei Monaten. Nach den ersten Infarktzeichen (Messung 17.12.1992) ist die Ausdehnung des Infarktes (Messungen 21.12.1992 und insbesondere 08.01.1993) deutlich. Dann setzt das Abklingen der Infarktzeichen und die Normalisierung des Befundes ein (Messung 18.03.1993).
  • 6 zeigt den Befundverlauf eines chronisch lateralen Myokardinfarktes über einen Zeitraum von 2,5 Jahren. Der Zustand ändert sich nicht wesentlich.
  • 6 deutet an, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Wirksamkeitskontrolle einer medikamentösen Behandlung mit Hilfe des EKG ermöglicht. Die Befunde 1 bis 3 in 7 deuten an, dass ein abnormaler inferiorerer Infarkt stattgefunden hat. Nach der Behandlung mit mehreren Medikamenten ergibt sich der Befundverlauf gemäß den Messungen 4 bis 7, woraus sich für den Mediziner verwertbare Hinweise ergeben können.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Auswertung von bei einer Untersuchung eines Patienten gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen eines medizinischen Sensorsystems durch Digitalisierung der Signale und Vergleich von Signalabschnitten der gemessenen Signale mit in einer Datenbank abgespeicherten Signalabschnitten, wobei mit den abgespeicherten Signalabschnitten ein medizinischer Befund abgespeichert worden ist und aus der Häufigkeit von zu den zu dem gemessenen Signalabschnitt als ähnlich erkannten Signalabschnitten gehörenden Befunden innerhalb vorgegebener Befundgruppen ein Wichtungswert für das Vorliegen von in Frage kommenden Befunden ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen des selben Patienten gewonnene Signale mit dem selben Vorrat abgespeicherter Signalabschnitte verglichen und unter Ermittlung der Wichtungswerte ausgewertet werden und dass ein über die erfolgten Untersuchungen gebildeter zeitlicher Verlauf der für die Befunde ermittelten Wichtungswerte dargestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für einen Patienten gemessenen Signale der einzelnen Untersuchungen mit weiteren pati entenbezogenen Daten und Befunden dem Patienten zugeordnet abgespeichert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichermedium eine Speicherkarte verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Zusammenhang der ermittelten Befunde für die in zeitlichen Abständen gemessenen Signale des Patienten vergleichend wiedergegeben werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Zusammenhang der ermittelten Befunde grafisch dargestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die grafische Darstellung in Form von Balken-, Linien oder Tortendiagrammen vorgenommen wird.
  7. Vorrichtung zur Auswertung von bei einer Untersuchung eines Patienten gemessenen periodischen oder quasi periodischen Signalen eines medizinischen Sensorsystems mit einer analog-digital-Wandlungseinrichtung für Signalabschnitte der gemessenen Signale, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich eines gemessenen Signalabschnitts mit entsprechenden, in einer Datenbank, in der entsprechende Signalabschnitte zusammen mit festgestellten medizinischen Befunden abgespeichert sind, abgespeicherten Signalabschnitten und Erkennung von abgespeicherten Signalabschnitten als ähnlich dem gemessenen Signalabschnitt und mit einer Auswertungseinrichtung zur Ermittlung eines Wichtungswerts für das Vorliegen von in Frage kommenden Befunden aus der Häufigkeit von den als ähnlich erkannten abgespeicherten Signalabschnitten zugeordneten Befunden innerhalb vorgegebener Befundgruppen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugriffseinrichtung auf ein Speichermedium vorgesehen ist, auf dem bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen desselben Patienten gewonnene Signale abgespeichert sind, dass die Vergleichseinrichtung bei mehreren, in zeitlichen Abständen erfolgten Untersuchungen desselben Patienten gewonnene Signale mit demselben Vorrat abgespeicherter Signalabschnitte vergleicht und daraus die Wichtungswerte ermittelt und dass mit der Auswertungseinrichtung ein zeitlicher Verlauf der für die Befunde ermittelten Wichtungswerte darstellbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schreibeinrichtung zum Beschreiben des Speichermediums mit aus einer neuen Messung gewonnenen Signalen des Patienten.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermedium eine transportable, dem Patienten zugeordnete Speichereinrichtung ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die transportable Speichereinrichtung eine Speicherkarte ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium Teil einer vom Ort des Patienten räumlich entfernten Speichereinheit ist, die über Telekommunikationseinrichtungen auslesbar und/oder beschreibbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung zur Bildung eines Wichtungswertes aus in der Datenbank abgespeicherten Wichtungswerten von Befunden eingerichtet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch ein Display zur grafischen Darstellung des zeitlichen Zusammenhangs der Befunde der Untersuchungen sowie ggf. weiterer zu den Messungen gehörende Informationen.
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