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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Patientenüberwachung.
Konkreter bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Gebiet
der Schätzung
von Grenzwerten für
Lebenszeichen bei der Patientenüberwachung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Gegenwärtig werden
Systeme zur Überwachung
von Lebenszeichen eines Patienten, wie z.B. Blutdruck, Herzrate,
Temperatur und anderen physiologischen Variablen während einer
Behandlung verwendet. Diese Systeme beinhalten Alarme für Parameter,
wie z.B. Blutdruck und Herzrate, die außerhalb eines Bereiches liegen.
Die hohen und niedrigen Schwellenwerte der Bereiche sind gegenwärtig durch
den Benutzer wählbar.
Es liegt jedoch bei den Bereichen der Parameterwerte, die für einen
bestimmten Patienten normal sind, ein hohes Maß an Variabilität von Patient
zu Patient vor.
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Kinder
im Alter von 1–10
Jahren haben z.B. eine normale Ruheherzrate in dem Bereich von 60–140 Schlägen pro
Minute (bpm), während
ein gut trainierter erwachsener Sportler einen normalen Bereich
der Ruherate von 40–60
bpm hat.
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Demnach
ist ein Ruhewert von 120 bpm für
einen Fünfjährigen normal,
aber für
den Sportler sehr ungewöhnlich.
Ein weiteres Beispiel ist, dass ein normaler Unterschied beim Blutdruck
einer Frau in der Weise besteht, dass dieser während einer Schwangerschaft
höher ist.
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Zahlreiche
Faktoren, einschließlich
Alter, Geschlecht, Gewicht, Größe, körperlichem
Zustand, medizinischen bzw. medikamentösen Behandlungen und dem medizinischen
Zustand oder der Krankengeschichte haben einen Einfluss darauf,
was für
ein Individuum eine normale Herzrate oder ein normaler Blutdruck
ist. Wegen dieser Verschiedenheit ist es nicht möglich, eine einzige Einstellung
für den
Alarmbereich der Herzrate, des Blutdrucks oder irgendeines anderen
physiologischen Parameters festzulegen, die für alle Patienten angemessen
ist. Der Bediener des Überwachungsgerätes muss
die Alarmgrenzen manuell einstellen, damit sie für den einzelnen Patienten geeignet
sind, oder die Alarme deaktivieren oder ignorieren.
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Es
besteht Bedarf an der Schätzung
patientenspezifischer Parameterwerte sowohl für einfache, Schwellenwert gestützte Alarme
als auch für
weiterentwickelte Mehrparameter-Smartalarme während einer Operation und/oder
Anästhesie.
Obwohl Ärzte
in der Lage sind, in Abhängigkeit
von Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht,
körperlichem
Zustand, medizinischen Behandlungen, medizinischem Zustand/Krankengeschichte und
einer angewandten Anästhesie
eines Patienten Schätzungen
für diese
Werte vorzunehmen, sind sie schon mit vielen Aufgaben sehr beschäftigt und
haben im Allgemeinen nicht die Zeit, die Alarmparameter für jeden
Patienten/Operationsfall manuell einzustellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
System und das Verfahren der patientenspezifischen Lebenszeichenschätzung gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Expertensystem mit mehreren Parametern, Gleichungen und Regeln
(Expertenregeln), die von medizinischen Experten stammen. Für einen
bestimmten Patienten werden beeinflussende Faktoren in das Expertensystem
eingegeben, und das Expertensystem berechnet einen geschätzten Blutdruckbereich,
einen geschätzten
Herzratenbereich und geschätzte
Bereiche für
beliebige weitere gewünschte medizinische
Parameter in Abhängigkeit
von den beeinflussenden Faktoren und den Expertenregeln. Diese geschätzten Bereiche
werden verwendet, um auf einem Monitor bzw. Überwachungsgerät einen
maximalen und einen minimalen Alarmwert festzulegen. Das System
und das Verfahren sind weiterhin so eingerichtet, dass sie in das
Expertensystem eine weitere Menge von Expertenregeln einbeziehen,
um die geschätzten
Bereiche zu berechnen, wenn der Patient unter Anästhetikum steht bzw. sich in
einer Narkose befindet.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein System zum Schätzen patientenspezifischer Grenzwerte
für Lebenszeichen
ein Überwachungsgerät, das zum Überwachen
eines physiologischen Parameters eines Patienten eingerichtet ist,
ein Expertensystem, das ein Speichermedium und einen Prozessor enthält, wobei
das Expertensystem dazu eingerichtet ist, mit dem Überwachungsgerät in Kommunikation
zu stehen, und weiterhin mit einer ersten Menge von Expertenregeln
ausgestattet ist, und eine Eingabeeinrichtung, die zum Eingeben
einer Menge von beeinflussenden Faktoren in das Expertensystem eingerichtet
ist. Das Expertensystem ist zum Berechnen eines ersten akzeptablen
Bereiches für
den phy siologischen Parameter unter Verwendung der ersten Menge
von Expertenregeln und der beeinflussenden Faktoren eingerichtet
und legt gemäß dem ersten
akzeptablen Bereich eine minimale Alarmgrenze und eine maximale
Alarmgrenze an dem Überwachungsgerät fest.
Das System enthält
weiterhin eine Einrichtung zur Applikation eines Anästhetikums, die
dazu eingerichtet ist, dem Patienten ein Anästhetikum zu verabreichen,
und weiterhin dazu eingerichtet ist, dem Expertensystem eine Zielkonzentration
des Anästhetikums
mitzuteilen. Das Expertensystem ist zum Berechnen des zweiten akzeptablen
Bereiches für
den physiologischen Parameter unter Verwendung des ersten akzeptablen
Bereiches, einer zweiten Menge von Expertenregeln, der beeinflussenden
Faktoren und der Zielkonzentration eingerichtet, wobei das Expertensystem
weiterhin zu einem neuen Festlegen der minimalen Alarmgrenze und
der maximalen Alarmgrenze gemäß dem zweiten
akzeptablen Bereich eingerichtet ist. Das Expertensystem ist entweder
entfernbar mit dem Überwachungsgerät verbunden
oder dauerhaft an dem Überwachungsgerät befestigt.
Die beeinflussenden Faktoren des Systems enthalten beliebige aus
Alter, Geschlecht, Gewicht, Größe, körperlichem
Zustand, medizinischen Behandlungen oder Krankengeschichte des Patienten.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Schätzen
der spezifischen Lebenszeichengrenzwerte eines Patienten, Eingeben
einer ersten Menge und einer neueren Menge von Expertenregeln und
einer Menge von beeinflussenden Faktoren in ein Expertensystem,
Berechnen eines ersten Parameterbereiches in Abhängigkeit von der ersten Menge
von Expertenregeln und den beeinflussenden Faktoren und Festlegen
eines maximalen und eines minimalen Alarmwertes gemäß dem ersten
Parameterbereich. Das Verfah ren enthält weiterhin ein Eingeben einer
Zielkonzentration des Anästhetikums
in das Expertensystem, wenn ein Patient unter Anästhetika steht, und ein Berechnen
eines zweiten Parameterbereiches in Abhängigkeit von dem ersten Parameterbereich,
der zweiten Menge von Expertenregeln, den beeinflussenden Faktoren
und der Zielkonzentration des Anästhetikums
und ein neues Festlegen des maximalen Alarmwertes und des minimalen
Alarmwertes gemäß dem zweiten
Parameterbereich.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
ein schematisches Diagramm gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des Systems der vorliegenden Erfindung dar.
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Die 2a und 2b stellen
ein Blockdiagramm gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des Systems der vorliegenden Erfindung dar.
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3 stellt
ein Flussdiagramm gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Das
System und das Verfahren schätzen
Alarmgrenzwerte für
physiologische Überwachungsgeräte unter
Verwendung mehrerer Parameter und Regeln von Experten, wie z.B.
Anästhesisten,
die den Benutzer bei klinisch signifikanten Änderungen in Kombinationen
der Parameter alarmieren. Diese „Experten"-Regeln, wie sie von Experten auf dem
medizinischen Gebiet zum Ausdruck gebracht werden, enthalten manch mal
Sätze wie
z.B. „Blutdruck
ist niedrig" oder „Herzrate
ist hoch", wobei
die Werte „niedrig" und „hoch" für einen
gegebenen Patienten spezifisch sind, wie unten erläutert wird.
Die überwachten
physiologischen Parameter werden durch Anästhetika beeinflusst, die bei
einer Operation verabreicht werden, so dass das Alarmsystem und -verfahren
sich auch an diese anpassen müssen.
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Unter
Bezug auf 1: Das Schätzsystem 10 enthält ein Expertensystem 12,
das das Wissen und die Regeln einbezieht, die von erfahrenen Anästhesisten
sowie anderen medizinischen Experten verwendet werden. Speziell
schätzen
Anästhesisten
oder andere medizinische Experten erwartete und akzeptable Bereiche physiologischer
Parameter für
einen bestimmten Patienten während
einer Anästhesie/Operation
in Abhängigkeit
von bekannten oder veröffentlichen
Vergleichswerten und Anpassungs-, Kompensations- oder Anwendungsregeln
für Faktoren,
wie z.B. Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht,
körperlichem
Zustand, medizinischen Behandlungen, medizinischem Zustand/Krankengeschichte
des Patienten und einer angewandten Anästhesie. Diese Bezugswerte
sind mit einem Expertensystem, das eine Eingabe der oben genannten
Faktoren verwendet, nach dem Anwenden von Expertenregeln oder Berechnungen
zum Anpassen derselben die Grundlage der Erfindung.
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Vorzugsweise
schätzen
das System und das Verfahren zuerst die Parameterbereiche ohne Anästhesie,
und anschließend
wenden sie weitere Regeln zum Gewinnen von Schätzwerten unter Anästhesie
an. Eine Verwendung allein der Ergebnisse ohne Anästhesie
macht die Erfindung außerhalb
des Operationssaals, wie z.B. bei der bettseitigen Überwachung
eines Patienten und auf Intensivstationen nutzbar. Obwohl der Blutdruck
und die Herzrate die für
eine Schätzung
interessantesten Lebenszeichen sind, ist weiterhin klar, dass die
Erfindung ebenso patientenspezifische Werte anderer physiologischer
Variablen schätzen
könnte.
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Unter
Bezug auf 1: Es ist ein schematisches
Diagramm gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des Systems der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier wird das
Expertensystem 12, das ein Speichermedium und einen Prozessor
enthält,
entsprechend einer Anzahl von Eingaben zum Schätzen von Bereichen für patientenspezifische
Lebenszeichen und Alarmgrenzwerten verwendet. Das Schätzsystem 10 enthält ein Eingeben
einer ersten Menge von Expertenregeln 14 in das Expertensystem 12.
Wie zuvor beschrieben stammt die erste Menge von Expertenregeln 14 von
Experten auf dem Gebiet, wie z.B. Anästhesisten oder anderen medizinischen
Experten, und sie enthält
eine Menge von Regeln zum Bestimmen akzeptabler Bereiche medizinischer
Parameter und wie bestimmte beeinflussende Faktoren 18 diese
Bereiche beeinflussen können.
Die erste Menge von Expertenregeln kann z.B. eine Regel enthalten,
dass ein akzeptabler Bereich für
den Ruheherzschlag eines Menschen 40–140 bpm beträgt. Die
erste Menge von Expertenregeln kann dann eine Regel enthalten, dass
der akzeptable Bereich der Ruheherzrate zwischen 60 und 140 bpm
liegt, wenn das Alter des Patienten kleiner als 10 Jahre, aber größer als
1 Jahr ist. Die erste Menge von Expertenregeln 14 könnte danach weitere
Regeln enthalten, um diesen akzeptablen Bereich der Ruheherzrate
nach Größe und Gewicht,
Geschlecht, gegenwärtigen
Verordnungen, medizinischen Zuständen
und zahlreichen weiteren beeinflussenden Faktoren 18 weiter
festzulegen, die ebenfalls in das Expertensystem 12 eingegeben
werden, um die patientenspezifischen Lebenszeichen zu beurteilen.
Vorzugsweise wird die erste Menge von Expertenregeln 14 in das
Expertensystem 12 eingegeben, bevor das Schätzsystem 10 in
einem Krankenhaus implementiert wird.
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Wieder
wird die erste Menge von Expertenregeln 14 in das Expertensystem 12 eingegeben.
Beeinflussende Faktoren 18 für einen bestimmten Patienten,
wie z.B. Alter, Größe und Gewicht,
Geschlecht und die vorhandenen medizinischen Zustände werden,
ohne auf diese beschränkt
zu sein, in das Expertensystem 12 eingegeben. Vorzugsweise
werden die Einflussfaktoren 18 automatisch durch ein Krankenhausinformationssystem
(HIS) eingegeben, aber ein manuelles Eingeben wird ebenfalls in
Betracht gezogen. Die beeinflussenden Faktoren 18 werden
gegenüber
den in dem Speichermedium des Expertensystems 12 gespeicherten
Expertenregeln 14 verglichen, und ein Prozessor berechnet
einen ersten geschätzten
Bereich 20 für
einen gewünschten
medizinischen Parameter. Zurück
zu dem vorangegangenen Beispiel: Für ein sechsjähriges Kind mit
keinen weiteren, in das Expertensystem 12 eingegebenen
beeinflussenden Faktoren 18 wäre der erste geschätzte Bereich 20 für den Ruheherzschlag
60–140
bpm. Der erste geschätzte
Bereich 20 wird danach zum Festlegen einer ersten Menge
von Alarmwerten 26 verwendet, die einen minimalen Alarmwert
von in dem Beispiel 60 bpm und ein maximales Ruheherzschlagniveau
von in dem Beispiel 140 bpm enthält.
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Das
Schätzsystem 10 ist
weiterhin zum Schätzen
eines zweiten geschätzten
Bereiches 22 für
einen gewünschten
medizinischen Parameter in der Lage, wenn der Patient unter Anästhetikum
steht. Wie zuvor beschrieben werden die für den Benutzer verfügbaren beeinflussenden
Faktoren 18 durch ein HIS in das Expertensystem 12 eingegeben.
Der erste ge schätzte
Bereich 20 wird auch beim Berechnen dieses zweiten geschätzten Bereiches 22 verwendet.
Es wird eine zweite Menge von Expertenregeln 16 verwendet,
die ebenfalls zuvor in das Expertensystem eingegeben worden sind
und in dem Speichermedium des Expertensystems 12 gespeichert
worden sind. Wie zuvor beschrieben unterscheidet sich diese zweite
Menge von Expertenregeln 16 von der ersten Menge von Expertenregeln 14 in
der Weise, dass die zweite Menge von Expertenregeln 16 dafür eingerichtet
ist, einen Patienten wiederzugeben, der unter Anästhetikum steht. Um zu dem
obigen Beispiel zurückzukehren,
liegt eine normale Ruheherzrate für ein sechsjähriges Kind
nach der zweiten Menge von Expertenregeln vielleicht mehr in dem
Bereich von 40–120
bpm. Es wird auch eine Zielkonzentration des Anästhetikums 24 in das
Expertensystem eingegeben, um den zweiten geschätzten Bereich 22 zu
berechnen. Dazu untersucht der Prozessor des Expertensystems 12 beim
Berechnen des zweiten geschätzten
Bereiches 22 den ersten geschätzten Bereich 20 in
Anbetracht der beeinflussenden Faktoren 18 und der Zielkonzentration
des Anästhetikums 24 und
wendet die zweite Menge von Expertenregeln 16 an, um den
zweiten geschätzten
Bereich 22 zu berechnen. Aus dem zweiten geschätzten Bereich 22 wird
danach eine zweite Menge von Alarmwerten 28 abgeleitet,
die einen minimalen Alarmwert und einen maximalen Alarmwert enthalten.
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Nun
unter Bezug auf die 2a und 2b: Das
Schätzsystem 10 ist
in einem Blockdiagramm dargestellt. In 2a ist
das Expertensystem 10 körperlich
in ein Überwachungsgerät bzw. einen
Monitor 32 einbezogen, und eine Eingabeeinrichtung 38,
wie z.B. ein HIS, zum Eingeben der beeinflussenden Faktoren ist mit
dem Expertensystem 12 in dem Überwachungsgerät 32 verbunden.
Der Patient 36 wird durch das Überwachungsgerät 32 kontinuierlich überwacht,
während
das Expertensystem 12 zum Einstellen des minimalen und
maximalen Alarmwertes für
jeden beliebigen gewünschten
physiologischen Parameter an dem Überwachungsgerät 32 in
der Lage ist.
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Nun
unter Bezug auf 2b: Während des Überwachens eines Patienten 36 ist
das Überwachungsgerät 32 mit
einem Expertensystem 12 verbunden, das separat ist und
entfernbar mit dem Überwachungsgerät 32 verbunden
ist. Obwohl das Expertensystem 12 in diesem Ausführungsbeispiel
nicht körperlich
in das Überwachungsgerät 32 einbezogen
ist, steht das Expertensystem 12 mit dem Überwachungsgerät 32 in
Kommunikation, so dass das Expertensystem 12 den minimalen
und den maximalen Alarmwert eines irgendeines gewünschten
physiologischen Parameters des Überwachungsgerätes 32 einstellen
kann. Wiederum ist eine Eingabeeinrichtung 38 mit dem Expertensystem 12 verbunden,
um die beeinflussenden Faktoren und die Zielkonzentrationen für Anästhetika
einzugeben.
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3 stellt
ein Schätzverfahren 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In dem Schritt 42 des Schätzverfahrens 40 werden
eine erste und eine zweite Menge von Expertenregeln in das Expertensystem eingegeben.
In dem Schritt 44 wird eine Menge von beeinflussenden Faktoren,
die zu einem bestimmten Patienten gehören, in das Expertensystem
eingegeben. In dem Schritt 46 wird in Abhängigkeit
von der ersten Menge von Expertenregeln und den beeinflussenden
Faktoren ein erster Parameterbereich berechnet, und in dem Schritt 48 werden
gemäß dem ersten
Parameterbereich ein maximaler und ein minimaler Alarmwert festgelegt.
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Noch
unter Bezug auf das Schätzverfahren 40 in 3:
In dem Schritt 50 wird festgestellt, ob der Patient unter
Anästhetikum
steht. Wenn der Patient nicht unter Anästhetikum steht, wird in dem
Schritt 60 festgestellt, ob ein neuer Patient überwacht
werden muss, wodurch eine neue Schätzung erforderlich wird. Wenn
keine neuen Patienten vorhanden sind, endet das Verfahren. Wenn
in dem Schritt 60 ein neuer Patient zu überwachen ist, kehrt das Verfahren
zu dem Schritt 44 zurück.
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Unter
Bezug zurück
auf Schritt 50: Wenn der Patient unter Anästhetikum
steht, wird in dem Schritt 54 eine Zielkonzentration des
Anästhetikums
in das System eingegeben, und in dem Schritt 56 wird in
Abhängigkeit
von dem ersten Parameterbereich, der zweiten Menge von Expertenregeln,
den beeinflussenden Faktoren und der Zielkonzentration des Anästhetikums
ein zweiter Parameterbereich berechnet. In dem Schritt 58 werden
der maximale Alarmwert und der minimale Alarmwert entsprechend dem
zweiten Parameterbereich neu festgelegt. Das Schätzverfahren 40 schreitet
danach zu dem Schritt 60 fort, wo festgestellt wird, ob
ein weiterer Patient zu überwachen
ist.
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Wie
zuvor festgestellt besteht eine Unzulänglichkeit der auf Schwellenwerten
gestützten
Alarme, die in Patientenüberwachungssystemen
nach dem Stand der Technik verwendet werden, darin, dass wegen der großen Variation
der normalen Werte zwischen den einzelnen Patienten der Bediener
eine obere und eine untere Grenze für jeden einzelnen Patienten
manuell einstellen muss, um aus dem Alarmsystem den maximalen Nutzen
zu ziehen. Weiterhin benötigten
auch höher
entwickelte Mehrparameter-„Smart"-Alarme Schätzwerte für „hohe" und „niedrige" Parameterwerte,
um ihre Genauigkeit zu erhöhen.
Der Benutzer ist jedoch oft zu beschäftigt, diese Werte für jeden
einzelnen Fall manuell einzustellen. Folglich wird die Brauchbarkeit
des Alarmsystems sowohl für
den Arzt als auch für
den Patienten verringert. Das offenbarte System und das offenbarte Verfahren
sparen dem Arzt die Zeit, die zum manuellen Eingeben der Patienten
spezifischen Alarmgrenzwerte in Anspruch genommen wird, erhöhen die
Benutzbarkeit und Qualität
der auf Schwellenwerte gestützten
Alarme und liefern eine Eingabe für Mehrparameter-„Smart"-Alarme, die zum Erhöhen ihrer Empfindlichkeit und Genauigkeit
gebraucht werden.
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Das
System und das Verfahren einer patientenspezifischen Einschätzung von
Lebenszeichen gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Expertensystem mit mehreren Parametern, Gleichungen und Regeln (Expertenregeln),
die von medizinischen Experten stammen. In das Expertensystem werden
beeinflussende Faktoren für
einen bestimmten Patienten eingegeben, und das Expertensystem berechnet
einen geschätzten Blutdruckbereich,
einen geschätzten
Herzratenbereich oder einen geschätzten Bereich irgendeines anderen gewünschten
medizinischen Parameters in Abhängigkeit
von den Einflussfaktoren und den Expertenregeln. Diese geschätzten Bereiche
werden zum Festlegen eines maximalen und eines minimalen Alarmwertes
auf einem Überwachungsgerät verwendet.
Das System und das Verfahren sind weiterhin dazu eingerichtet, eine weitere
Menge von Expertenregeln in das Expertensystem einzubeziehen, um
geschätzte
Bereiche zu berechnen, wenn der Patient unter Anästhetikum steht.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den Begriffen spezieller Ausführungsbeispiele
beschrieben worden, die Einzelheiten einbeziehen, um das Verstehen
der Prinzipien des Aufbaus und der Arbeitsweise der Erfindung zu
erleichtern. Es ist nicht beabsichtigt, dass ein solcher Bezug hierin
auf spezielle Ausführungsbeispiele und
Einzelheiten derselben den Bereich der beigefügten Ansprüche beschränkt. Für Fachleute wird ersichtlich, dass
Abwandlungen in dem zur Darstellung gewählten Ausführungsbeispiel vorgenommen
werden können, ohne
von dem Geist und dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
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