DE102006042715A1 - Vorrichtung zum Bestimmen der kardiovaskulären Variabilität - Google Patents
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Abstract
Bei einer Vorrichtung zum Bestimmen der kardiovaskulären Variabilität eines Lebewesens, nämlich der Herzraten und der Blutdruckvariabilität sowie der Kopplung und Synchronisation zwischen beiden Größen, ist vorgesehen, daß sie wenigstens eine Einrichtung zum Messen zumindest eines Herzregulationszeitsignals aufweist. Mit dieser Vorrichtung ist eine nichtinvasive Bestimmung des Blutdrucks/-flusses/-variabilität eines Lebewesens möglich, ohne das Lebewesen zu sehr zu belasten.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der kardiovaskulären Variabilität.
- Bekannt sind Vorrichtungen zur nichtinvasiven Bestimmung hemodynamischer und endothelialer Funktionen des Herz-Kreislauf-Systems mittels Drei-Wellenlängen-Remissions-Photoplethysmographie bei Funktionstests von definiert angestauten Extremitäten und einer sprungartigen Öffnung der Stauung, z.B.
DE 10 2004 016 376 . Nachteilig ist dabei, daß nicht die natürliche Variabilität der Hämodynamik bestimmt wird, sondern ein künstlicher, auch körperlich belastender Versuchsablauf erfolgen muß. Außerdem ist diese Vorrichtung nicht zur Überwachung oder zur routinemäßigen Diagnostik anwendbar. - Bekannt sind auch Verfahren und Vorrichtungen in Bezug auf von Überwachungssystemen zur Gewinnung von Analysemeßwerten aus einem biologischen System, z.B.
DE 699 10 007 . Nachteilig ist dabei, daß derartige Systeme invasiv und damit patientenbelastend arbeiten. - Bekannt sind weiterhin Verfahren und Vorrichtungen zur Feststellung des Gesundheitszustandes und zum Unterstützen von Übungen, z.B.
DE 696 34 242 . Dabei wird die eine Analyse von speziellen Abschnitten oder Intervallen aufeinanderfolgender Pulswellen mittels Frequenzbereichsverfahren durchgeführt. Nachteilig dabei ist, daß durch Anwendung von linearen Verfahren, z.B. Beschleunigungspulswellenform, linearen Spektralkomponenten der Schlag-zu-Schlag-Anstände zwischen den Pulswellenformen nur eine ungenaue Analyse möglich ist. Die Einbeziehung von linearen und nichtlinearen Ansätzen der uni- und der multivariaten Signalanalyse, z.B. Kopplungsphänomene ermöglicht eine wesentlich verbesserte Charakterisierung physiologischer Vorgänge, da im Allgemeinen davon ausgegangen werden kann, daß physiologische Phänomene nichtlinearen Gesetzmäßigkeiten folgen. Bei Anwendung von linearen Ansätzen zur Variabilitätsanalyse der o.g. Anordnung muß folglich von Informationsverlusten bezüglich des diagnostischen Aussagegehaltes ausgegangen werden. - Bekannt sind auch Pulswellen-Analysevorrichtungen, z.B.
DE 694 24 901 , mit denen Pulswellen bezüglich ihrer linearen Frequenzanteile, ihrer Form und ihrer Reaktion auf eine definierte vaskuläre Stauung ausgewertet werden. Nachteilig dabei ist die Notwendigkeit der Ausübung von äußeren Kräften auf den Organismus als auch die Verwendung von linearen Analysemethoden zur Charakterisierung der Reaktion des Organismus auf die Intervention. - Ein Verfahren zur Überwachung von Lebenszeichen eines Patienten ist z.B. in
EP 91391650 - Bekannt sind noch Verfahren und Vorrichtungen zur nichtinvasiven Messung des Blutdrucks, der Pulswellenform oder der Sauerstoffsättigung. Nachtteilig dabei ist, daß aus den aufgezeichneten Signalen keine mathematische Analyse zur Charakterisierung des kardiovaskulären Regulationsverhaltens implementiert ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit der eine nichtinvasive Bestimmung des Blutdrucks/-flusses/-variabilität eines Lebewesens möglich ist, ohne das Lebewesen zu sehr zu belasten.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Messen zumindest eines Herzregulationszeitsignals aufweist.
- Aus einem Herzregulationszeitsignal können unter Anwendung von linearen, lichtlinearen und/oder kopplungsanalytischen Methoden, Aussagen und Klassifikationen über das kardiovaskuläre Regulationsverhalten getroffen werden.
- Ein Herzregulationszeitsignal kann beispielsweise die Blutströmung, die Sauerstoffsättigung und/oder ein Photoplethysmogramm, also ein Pulswellensignal, sein. Die Vorrichtung kann dort angewendet werden, wo ein Pulswellensignal am Menschen und/oder am Tier registriert werden kann. Das erfolgt in der Regel mit wenigstens einem Finger- und/oder einem Ohrclip. Es sind auch auf der Körperoberfläche fixierbare Sensoren bekannt. Die Anordnung kann sowohl klinisch (z.B. in der Intensivmedizin, in ambulanten Arztpraxen) als auch im Alltag zur Überwachungs- und/oder Trainingszwecken genutzt werden.
- Mit der Erfindung kann das kardiovaskuläre Regulationsverhalten eines Organismus mit der Zielstellung der Diagnostik, Überwachung, Verlaufsanalyse und/oder Risikostratifizierung charakterisiert werden. Durch die nichtinvasive Messung werden aus dem Regulationsverhalten und Wechselwirkungen von Herzfrequenz, Blutdruck, Blutfluß, Sauerstoffsättigung und Atmung Veränderungen detektiert, die auf Abweichungen zum allgemeinen und/oder individuellen Normalverhalten deuten. Diese Abweichungen sollen die Charakterisierung des status quo des Organismus als auch das Vorliegen von pathophysiologischen Veränderungen bzw. Erkrankungsrisiken anzeigen.
- Aus der Analyse des kardiovaskulären Regulationsverhaltens lassen sich direkte Schlüsse auf Erkrankungen und Risiken ziehen. In der Regel wird dazu das EKG gemessen. Unter Anwendung von Zeitbereichs-, Frequenzbereichs- und nichtlinearer Analyseverfahren lassen sich aus der Änderung der Schlag-zu-Schlag-Intervalle des Herzens Aussagen über kardiovaskuläre Erkrankungsrisiken und den Zustand des Herz-Kreislauf-Systems formulieren. Der diagnostische und prognostische Wert dieser Analysen kann durch Einbeziehung eines kontinuierlichen Blutdrucksignals noch wesentlich verbessert werden. Diese multivariaten Ansätze gestatten die Analyse der Blutdruckvariabilität (in der Regel systolische und diastolische Blutdruckvariabilität bzw. Pulsdruckvariabilität) sowie die Kopplung zwischen Blutdruck- und Herzfrequenzsteuerung (z.B. Barorezeptorsensitivität). Die diagnostische und prognostische Potenz dieses multivariaten Ansatzes konnte in mehreren klinischen Studien nachgewiesen werden.
- Problematisch ist die meßtechnische Verfügbarkeit des kontinuierlichen nichtinvasiven Blutdruckverlaufes. Derartige Geräte sind nicht nur sehr kostenintensiv und somit nur in einigen Forschungseinrichtungen verfügbar, sondern auch sehr anfällig gegen Störungen.
- Der Ansatz der Erfindung besteht darin, anstatt des aufwendig zu messenden kontinuierlichen nichtinvasiven Blutdrucksignals nichtinvasiv aufgezeichnete kontinuierliche Pulswellensignale zur Analyse zu nutzen. Auch wenn diese Signale nicht den Blutdruck per se repräsentieren, so wird damit zumindest der Blutfluß mit physiologischen Überlagerungen registriert. Der Hauptvorteil gegenüber der nichtinvasiven kontinuierlichen Blutdruckmessung besteht in der wesentlich einfacheren, robusteren und in nahezu allen Kliniken verfügbaren Meßtechnik, die wiederum miniaturisiert und auch transportabel ausgeführt sein kann.
- In einer klinischen Großstudie konnten die Erfinder an mehreren hundert Patienten nachweisen, daß die Analysen zur Risikoprognostik nach Herzoperationen (Prognostik von Vorhofflimmern nach Bypass- und Klappen-OP) bei Verwendung der Pulswellenkurve aussagekräftiger im Vergleich zur Analyse der nichtinvasiven und invasiven Blutdruckmessung waren. Die Erfindung beschreibt eine Anordnung zur Charakterisierung der Blutflußvariabilität als Ersatz für die Blutdruckvariabilität.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung zumindest eine Auswerteeinrichtung umfaßt, welche gemessene Werte in elektrische Variabilitätssignale überführt. Die Überführung der gemessenen Werte erfolgt mit folgenden Maßnahmen:
- 1. Eingabe mindestens eines nichtinvasiv photoplethysmographisch aufgezeichneten Biosignals durch eine Schnittstellenvorrichtung.
- 2. Eingabe von klinischen Zusatzinformationen (z.B. mittlerer Blutdruck, systolischer und diastolischer Blutdruck, Patientenalter, kardiovaskuläre Werte) durch eine Schnittstellenvorrichtung, mit der über eine Tastatur und oder die Verbindung mit anderen Informationssystemen die relevanten Daten eingegeben werden.
- 3. Zur Ermittlung von Blutdruck-Normwerten kann die Vorrichtung noch eine unmittelbare Meßeinrichtung für den Blutdruck umfassen, beispielsweise ein Blutdruckmeßgerät mit einer Arm- oder Handwurzelmanschette. Auf die gemessenen Blutdruck-Normwerte werden die gemessenen photoplethysmographisch gemessenen Signale normiert.
- 4. Extraktion von Zeitreihen (Tachogramme, z.B. Schlag-zu-Schlag-Intervalle, Maximalwerte, Minimalwerte, Mittelwerte, Formparameter) aus dem eingegebenem Signalverlauf durch Extraktionsalgorithmen in der Verarbeitungseinheit (z.B. Schwellwert-, Anstiegs-, Korrelations-, Wavelet-Verfahren).
- 5. Analyse der Variabilität, Kopplung und/oder Synchronisation der ermittelten Schlag-zu-Schlag-Zeitreihen durch Implementierung von Analyseverfahren der Zeitbereichs- und Frequenzbereichsanalyse sowie der nichtlinearen Dynamik.
- 6. Vergleich der berechneten Parameter mit gespeicherten Normwerten.
- 7. Zuordnung der ermittelten Parameter zu entsprechenden Charakteristiken des kardiovaskulären Regulationsverhaltens.
- 8. Anzeige der berechneten Parameter, der Signalverläufe und/oder der physiologischen Charakterisierung.
- 9. Weiterleitung und/oder Abspeicherung aller eingegebenen und ermittelten Werte.
- Aus dem originalen oder normierten Plethysmographiesignal sind direkt die Variabilität bzw. die Kopplung/Synchronisation (z.B. Baroreflex) bestimmbar. Aus dem Plethysmogramm und dem mit z.B. der Armmanschette gemessenen Blutdruck kann der kontinuierliche Verlauf geschätzt werden.
- Zusätzlich können folgende Signale ebenfalls gemessen werden:
- a) EKG (aus Plethysmogramm und EKG ist dann die Pulswellenlaufzeit bzw. Synchronisation und Wellenlaufzeit bestimmbar
- b) Atemsignal
- c) Differenzsignale zwischen verschiedenen SPO2 Sensoren (z.B. zur Qualitätssicherung
Claims (7)
- Vorrichtung zum Bestimmen der kardiovaskulären Variabilität eines Lebewesens, nämlich der Herzraten und der Blutdruckvariabilität sowie der Kopplung und Synchronisation zwischen beiden Größen, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Einrichtung zum Messen zumindest eines Herzregulationszeitsignales aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Messen des Blutflusses aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Messen der Sauerstoffsättigung des Blutes aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Aufnehmen eines Photoplethysmogramms aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest eine Auswerteeinrichtung umfaßt, welche gemessene Werte in elektrische Variabilitätssignale überführt.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erhaltenen Signalen die Variabilität der Maxima, Minima, Schlag-zu-Schlag-Intervalle, morphologische Parameter und/oder Muster, und/oder Kopplungssignale, vorzugsweise Kopplung von Maxima und Schlag-zu-Schlag-Intervallen, vereinzelt auftretende Wechselwirkungen nach Arrhythmien oder Mustern bestimmt werden.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine unmittelbare Meßeinrichtung für den Blutdruck umfaßt.
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