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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Überwachung
des zerebralen Zustandes einer Testperson. Genauer gesagt bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf die Erkennung von Anomalien in
einer auf EEG beruhenden Messung, welche den Betäubungsgrad
der Testperson angibt. In diesem Kontext bezeichnet Anomalie eine
Situation, in der das normale logische Verhältnis zwischen gemessenem
Betäubungsgrad und Medikamentenwirkung im Hirn aufgrund
einer abnormalen Ursache verändert wird. Die Erfindung
findet typischerweise Anwendung in der Patientenüberwachung
während der Anästhesie.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
Betäubung handelt es sich um eine künstlich herbeigeführte
Veränderung des Bewusstseins, welche dem Schlaf ähnelt.
Bei der Anästhesie wird der Betäubungsgrad durch
Induzierung von sedativen Medikamenten oder anästhetischen
Wirkstoffen bewirkt. Betäubung bezieht sich immer auf die Unterdrückung
oder Veränderung der (kortikalen) Hirnfunktionen. Die Tiefe
der Betäubung kann durch gesundheitlich unbedenkliche Stimulation
des Patienten, wie beispielsweise lautes Sprechen oder leichtes
Kneifen, Schütteln oder Berühren, und durch Beobachtung
der Patientenreaktion, wie beispielsweise dem Öffnen der
Augen, der Kommunikations fähigkeit, etc. klinisch getestet
werden. Betäubende Medikamente erhöhen typischerweise
die gesamten neuronalen Hemmfunktionen, da sie normalerweise auf
das GABA (Gamma-Aminobuttersäure)-System im Hirn einwirken.
Daher unterdrücken die Hypnotika sowohl die kortikalen
als auch die subkortikalen Aktivitäten im Gehirn. Folglich
werden auch die automatischen und Reflexfunktionen im Hirn verändert
und unterdrückt.
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Die
Tiefe der Betäubung ist nicht direkt messbar. Daher müssen
Medikamentenverabreichungssysteme den Betäubungsgrad aus
einem Ersatzsignal oder aus direkt gemessenen Parametern ableiten.
Das gängigste und beliebteste Ersatzsignal für
diesen Zweck ist das EEG, anhand dessen mehrere Parameter bestimmt
werden können. In den letzten Jahren sind einige kommerziell
validierte Vorrichtungen zur Messung des Betäubungsgrads
in einer klinischen Aufstellung während der Anästhesie
oder Sedierung verfügbar geworden. Solche Vorrichtungen,
die auf einem verarbeiteten EEG-Signal beruhen und das Signal als
Ganzes mit seinen verschiedenen Eigenschaften untersuchen, werden
beispielsweise von GE Healthcare Finland Oy, Kuortaneenkatu
2, FIN-00510 Helsinki (Entropie Index) und von Aspect Medical Systems,
Inc., 141 Needham Street, Newton, MA 02464, U.S.A. (Bispectral Index,
BISTM) vertrieben.
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In
bestimmten Situationen kann das gemessene Verhältnis zwischen
dem Betäubungsgrad des Patienten und der Konzentration
des Hypnotikums im Hirn abnormal sein. Wenn es beispielsweise zu schweren
Blutungen, einem Schlaganfall oder einem Herzstillstand kommt, wird
der Betäubungsgrad nicht mehr ausschließlich durch
das Hypnotikum, sondern auch durch die Sauerstoffversorgung des
Hirns bestimmt. Bestimmte ans thetische Wirkstoffe, wie beispielsweise
Sevofluran, zeigen die Tendenz, epileptische Anfälle zu
induzieren, die den Betäubungsgrad beeinflussen und auch
einen Effekt auf die auf EEG beruhende Messung zeigen. Der Patient
kann aufgrund einer zugrundeliegenden Krankheit eine abnormale Reaktion
auf einige verabreichte Medikamente zeigen. In diesen Situationen
erfordert die Interpretation der Messung besondere Fachkenntnis.
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Ein
anderer Umstand, der die Einschätzung des Betäubungsgrades
erschwert, besteht darin, dass die zu messenden EEG-Signale zu schwach sind,
nämlich in der Größenordnung von einigen
wenigen hundert Mikrovolt, so dass sie sowohl für externe
Störungen, welche von in der Umgebung befindlichen Geräten
verursacht werden, als auch für interne Störungen
anfällig sind, die beispielsweise von Augen- und Körperbewegungen
des Patienten und/oder störenden ENG- oder EKG-Signalkomponenten
herrühren. Was die externen Interferenzen anbelangt, so stellt
ein Operationsraum eine besonders problematische Umgebung dar, da
er mit einer Vielzahl von Geräten ausgestattet ist, die
in Bezug auf die Einschätzung des Betäubungsgrads
als Interferenzquellen wirken können. Moderne Artefakterkennungsverfahren
haben dazu beigetragen, das Problem zu minimieren, konnten es aber
nicht vollständig beheben.
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Es
ist auch vorgeschlagen worden, die Verabreichung eines Hypnotikums
in Form einer geschlossenen Schleife zu kontrollieren. In
U.S.-Patent 6,631,291 B2 wird
ein System vorgestellt, bei dem die Quantifikation der Komplexität
der EEG-Signaldaten, die bei einem Patienten gemessen werden, verwendet
wird, um den Betäubungsgrad eines Patienten zu bestimmen
und die Verabreichung eines Hypnotikums an einen Patienten in Form
einer geschlossenen Schleife zu kontrollieren. Ein Medikamentverabreichungssystem
mit geschlossener Schleife bezeichnet allgemein ein System, in dem
die Verabreichung auf der Grundlage von Feedbackmessungsdaten, die
beim Patienten gemessen werden, automatisch kontrolliert wird, wobei
ein Medikamentverabreichungssystem mit offener Schleife ein System
darstellt, in dem solche Feedbackmessungsdaten nicht automatisch
zur Kontrolle der Medikamentenverabreichung herangezogen werden.
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Ferner
stellt
U.S.-Patentantrag 2006/0217628 ein
System mit geschlossener Schleife vor, in dem bei einem Patienten
ein Betäubungsindex und ein Nozizeptionsindex gemessen
und an eine Kontrolleinheit geliefert wird. Die Kontrolleinheit bestimmt
die Lokalisierung des Patientenstatus auf einer zweidimensionalen
Darstellung. Die Kontrolleinheit vergleicht ferner die bestimmte
Lokalisierung mit den Eingangsparametern, welche die Ziellokalisierung
darstellen, und kontrolliert das Anästhetikum-Verabreichungssystem
so, dass es den Zustand zum Zielzustand hin verändert oder
den Zustand des Patienten in dem angestrebten Bereich beibehält.
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Aufgrund
der oben genannten Schwierigkeiten bei der Erkennung aller Faktoren,
durch welche die Messung des Betäubungsgrades möglicherweise gestört
wird, wird die Leistung von gängigen Messungssystemen beim
Vorhandensein von Anomalien beeinflusst, d. h. Situationen, in denen
das logische Verhältnis zwischen dem gemessenen Betäubungsgrad
und der Medikamentenwirkung im Hirn aufgrund eines anormalen Grundes
verändert wird. Wie oben festgestellt, können
die Anomalien eine medizinische Ursache haben oder durch unerwünschte
elektrische Signale (Interferenz bei der Messung) verursacht werden.
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Die
oben genannten Schwierigkeiten bei der Erkennung aller Störfaktoren
komplizieren auch die Konzeption eines Medikamentenverabreichungssystems
mit geschlossener Schleife. In abnormalen Situationen können
dem Kontrollsystem die Informationen fehlen, die notwendig für
die richtige Interpretation der Situation und für eine
richtige Entscheidungen in Bezug auf die Medikamentenverabreichung
wären.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen neuartigen Mechanismus
zur Erkennung von Anomalien im Zusammenhang mit einer Messung des
Betäubungsgrads eines Patienten zu liefern. Die vorliegende
Erfindung zielt ferner darauf ab, einen Mechanismus zu erreichen,
durch den vermieden wird, dass solche Situationen die Verlässlichkeit
der Systeme oder Anwendungen verschlechtern, bei denen auf der Grundlage
des Betäubungsgrades Entscheidungen getroffen werden, wie
dies bei Medikamentenverabreichungssystemen der Fall ist. Die vorliegende
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, das während der Anästhesie
der Betäubungsgrad normalerweise nur von der betäubenden
Komponente der anästhetischen Medikamentenwirkung und der
chirurgischen Stimulation abhängt, welche eine Minderung
der Betäubung über eine Erregungsreaktion bewirken
kann. Eine beliebige Veränderung, die bei einer auf EEG
basierenden Messung beobachtet werden kann, sollte daher entweder
zu einer übereinstimmenden Veränderung des Grades
des verabreichten Medikaments oder auf eine automatische Erregungsreaktion
der Testperson zurückgeführt werden können.
Wenn eine Veränderung der Messung mit keinem dieser Gründe
in Zusammenhang gebracht werden kann, ist es sehr wahrscheinlich, dass
die Veränderung aufgrund einer A nomalie, wie einer der
oben beschriebenen, auftritt.
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Um
Anomalien bei der Messung des Betäubungsgrads zu erkennen,
werden bei der Erfindung Medikamentenwirkungsinformationen, die
eine betäubende Medikamentenwirkung bei der Testperson angeben,
sowie Statusinformationen verwendet, welche die Aktivität
des autonomen Nervensystems (ANS) der Testperson beschreiben.
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Wenn
keine Übereinstimmung zwischen einer Veränderung
des gemessenen Betäubungsgrads und einer Veränderung
bei mindestens einem aus Medikamentenwirkungsinformationen und Statusinformationen
erkannt wird, wird eine Anomalie festgestellt, und es werden entsprechende
Maßnahmen vorgenommen. Wenn beispielsweise weder die Medikamentenwirkungsinformationen
noch die Statusinformationen eine Erklärung für
die Veränderung des Betäubungsgrads liefern, d.
h. wenn weder in den Statusinformationen noch in den Medikamentenwirkungsinformationen
eine übereinstimmende Veränderung vorliegt, wird
eine Anomalie festgestellt. Eine übereinstimmende Veränderung
bezeichnet hier eine Veränderung, die im Wesentlich gleichzeitig
mit einer Veränderung des Betäubungsgrads eintritt
und in dem Sinne logisch ist, als dass sie in der richtigen Richtung
in Bezug auf die Veränderung des Betäubungsgrads
auftritt. Wie oben festgestellt, kann die Erkennung von Anomalien
auf dem Fehlen der Übereinstimmung sowohl in Status- als
auch Medikamentenwirkungsinformationen oder auf dem Vorliegen einer Übereinstimmung
in mindestens einem von entweder Status- oder Medikamentenwirkungsinformation
beruhen.
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So
wird bei einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Erkennung
von Anomalien bei der Messung eines Betäu bungsgrades einer
Testperson geliefert. Das Verfahren umfasst die Überwachung einer
Messung, die den Betäubungsgrad der Testperson angibt,
den Empfang von Statusinformationen, welche die Aktivität
des autonomen Nervensystems der Testperson angeben, und den Empfang
von Medikamentenwirkungsinformation, welche die betäubende
Medikamentenwirkung bei der Testperson angeben. Das Verfahren umfasst
ferner die Überprüfung, ob die Messung eine zuvor
bestimmte Übereinstimmungsbedingung erfüllt, welche
erfordert, dass die Messung sich mit mindestens entweder Medikamentenwirkungsinformationen
oder Statusinformationen übereinstimmend verändert,
und die Erkennung einer Anomalie, sofern die Messung die zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung
nicht erfüllt, wobei die Anomalie auf eine abnormale Veränderung in
der Messung hinweist.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Geräts zur Erkennung von Anomalien bei einer Messung des
Betäubungsgrads einer Testperson. Das Gerät umfasst
eine Überwachungseinheit, die so konfiguriert ist, dass
sie eine Messung überwacht, die den Betäubungsgrad
bei der Testperson angibt, eine erste Schnittstelleneinheit, die
so konfiguriert ist, dass sie Statusinformationen empfängt,
welche die Aktivität des autonomen Nervensystems der Testperson
angeben, und eine zweite Schnittstelleneinheit, die so konfiguriert
ist, dass sie Medikamentenwirkungsinformationen empfängt,
welche die betäubende Medikamentenwirkung bei der Testperson
angeben. Das Gerät umfasst ferner eine Berechnungseinheit,
die so konfiguriert ist, dass sie (i) eine Übereinstimmungsüberprüfung
auf der Grundlage der Medikamentenwirkungsinformationen und der
Statusinformationen durchführt, um zu überprüfen,
ob die Messung die zuvor bestimmten Übereinstimmungsbedingungen
erfüllt, welche erfor dern, dass die Messung sich mit mindestens
einem aus Medikamentenwirkungsinformationen und Statusinformationen übereinstimmend
verändert, und dass sie (ii) eine Anomalie erkennt, wenn
die Messung die zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung
nicht erfüllt, wobei die Anomalie eine abnormale Veränderung
in der Messung angibt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Computergrammproduktes zur Erkennung von Anomalien in einer Messung
des Betäubungsgrads einer Testperson. Das Programmprodukt
umfasst einen ersten Programmcodeabschnitt, der so konfiguriert
ist, dass er eine Übereinstimmungsüberprüfung
auf der Grundlage der Medikamentenwirkungsinformationen, die eine
betäubende Medikamentenwirkung bei der Testperson anzeigen,
sowie der Statusinformationen durchführt, welche die Aktivität
des autonomen Nervensystems der Testperson angeben, um zu überprüfen,
ob eine Messung, die den Betäubungsgrad der Testperson angibt,
eine zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung erfüllt,
welche erfordert, dass die Messung sich übereinstimmend
mit mindestens einem aus Medikamentenwirkungsinformationen und Statusinformationen
verändert, und einen zweiten Programmcodeabschnitt, der
so konfiguriert ist, dass er eine Anomalie feststellt, wenn die
Messung die zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung nicht
erfüllt, wobei die Anomalie eine abnormale Veränderung
in der Messung angibt.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht es, Ärzte in
Bezug auf das Vorhandensein einer Anomalie zu warnen. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht ferner die sichere Anwendung des Betäubungsgrads in
verschiedenen Kontroll- und Entscheidungsunterstützungsanwendungen,
wie beispielsweise bei Medikamentenverabreichungssystemen mit geschlossener
Schleife, da die Perioden, während derer Anomalien einen
Effekt auf die Messung des Betäubungsgrads haben, effektiv
erkannt werden können.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Verweis auf die
folgende detaillierte Beschreibung und die dazugehörigen
Zeichnungen deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Beispiele detaillierter beschrieben, die
in 1 bis 6 in den angehängten
Zeichnungen dargestellt werden, für welche gilt:
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1 ist
ein Flussdiagramm, in dem das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung
illustriert wird;
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2 ist
ein Flussdiagramm, in dem eine Ausführungsform der Erfindung
illustriert wird, bei der eine wesentliche Veränderung
des Betäubungsgrads eine Überprüfungsprozedur
auslöst, bei der untersucht wird, ob die Veränderung
des Betäubungsgrads mit den Informationen zur Medikamentenwirkung
und den Informationen zum Zustand des autonomen Nervensystems übereinstimmt;
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3 illustriert
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Übereinstimmung
der Messung des Betäubungsgrads kontinuierlich untersucht
wird;
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4 illustriert
ein Beispiel für die Einschätzung des Betäubungsgrads
in der Ausführungsform von 3;
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5 illustriert
eine Ausführungsform des Systems der Erfindung; und
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6 illustriert
die Betriebsmodule der Kontrolleinheit des Systems, das in 5 gezeigt
wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 illustriert
den Erkennungsmechanismus der Erfindung. Der Mechanismus erkennt
abnormale Situationen, in denen die auf EEG basierende Messung,
welche den Betäubungsgrad einer Testperson angibt, aufgrund
einer medizinischen Ausnahmesituation und/oder aufgrund von Messungsartefakten
eine bestimmte Übereinstimmungsbedingung nicht erfüllt,
welche eine Übereinstimmung zwischen einer Veränderung
des gemessene Betäubungsgrades und der Veränderung
bei mindestens entweder der betäubenden Medikamentenwirkung oder
der ANS-Aktivität angibt.
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Die
auf EEG beruhende Messung des Betäubungsgrads wird auf
eine bekannte Weise auf der Grundlage des einen oder der mehreren
EEG-Signale bestimmt, die von der Testperson gewonnen wurden, cf.
Schritt
11. Die Messung kann beispielsweise der oben genannte
Bispektralindex von Aspect Medical oder der Entropie-Index von GE
Healthcare sein. Der Entropie-Index stellt ein Beispiel für
eine Messung dar, die zu einer Gruppe von Techniken gehört, bei
denen eine Messung der Komplexität der EEG-Signaldaten
als eine Indikation des Betäubungsgrads verwendet wird.
Da sich der Kern der vorliegenden Erfindung nicht auf die Bestimmung des
Betäubungsgrads bezieht, wird sie in diesem Kontext nicht
detailliert diskutiert. Es wird auf das oben genannte
U.S.-Patent 6,631,291 B2 verwiesen, in
dem verschiedene Techniken zur Messung des Betäubungsgrads
besprochen werden.
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Eine Übereinstimmungsüberprüfung
wird durchgeführt, indem der Wert der Messung mit zwei Arten
von Informationen verglichen wird, die in dem System generiert werden
oder für diesen Zweck verfügbar sind, nämlich
Medikamentenwirkungsin formationen und ANS-Statusinformationen (Schritte 12 und 13).
Die Medikamentenwirkungsinformationen geben die betäubende
Medikamentenwirkung bei der Testperson an, während die
ANS-Statusinformationen die Aktivität des autonomen Nervensystems
der Testperson angeben. Wenn die zwei Typen von Informationen angeben,
dass die Messung des Betäubungsgrades ein bestimmtes Übereinstimmungskriterium nicht
erfüllt, das für die Übereinstimmungsüberprüfung
definiert wurde, wird die Situation als Anomalie angesehen. Im Allgemeinen
wird bei der Übereinstimmungsüberprüfung
untersucht, ob mindestens entweder die Medikamentenwirkungsinformations- oder
die ANS-Statusinformationsveränderungen mit der Messung
des Betäubungsgrads übereinstimmt. Wenn dies der
Fall ist, wird die Messung des Betäubungsgrads als übereinstimmend
betrachtet, andernfalls wird eine Anomalie festgestellt. In anderen
Ausführungsformen kann die Erfüllung des Übereinstimmungskriteriums
beinhalten, dass die Übereinstimmung in einem oder beiden
Typen von Informationen festgestellt wird, wobei die Übereinstimmung
des entsprechenden Informationstyps in Bezug auf Veränderungen
des gemessenen Betäubungsgrads gewertet wird. Daher kann
in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung eine
Anomalie auf der Grundlage des Fehlens der Übereinstimmung
sowohl bei ANS-Statusinformationen als auch Medikamentenwirkungsinformationen
oder auf der Grundlage des Vorhandenseins einer Übereinstimmung
bei mindestens entweder ANS-Statusinformationen oder Medikamentenwirkungsinformationen
festgestellt werden.
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Auf
der Grundlage der Überprüfung der Übereinstimmung
werden Übereinstimmungsinformationen erzeugt, die angeben,
ob die Messung des Betäubungsgrads abnormal ist. Die Übereinstimmungsinformationen
können kontinuierlich oder nur bei Erkennung einer Anomalie
erzeugt werden.
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2 illustriert
eine Ausführungsform der Erfindung zur Erkennung, ob die
Messung des Betäubungsgrads von der Anomalie beeinfluss
wird. Veränderungen, die bei der Messung auftreten, werden überwacht
(Schritt 12). Wenn in Schritt 22 erkannt wird,
dass eine Veränderungsrate bei der Messung eine bestimmte
Schwelle überschreitet, wird im Prozess als erstes untersucht,
ob die Medikamentenwirkungsinformationen auf eine übereinstimmende Veränderung
der betäubenden Medikamentenwirkung der Testperson (Schritt 23)
hinweisen. Wenn dies der Fall ist, wird die Veränderung
des Betäubungsgrades, welcher durch die Messung angezeigt wird,
als erklärt angesehen, und die Messung wird als übereinstimmend
betrachtet (Schritt 25). Wenn die Medikamentenwirkungsinformationen
auf keine übereinstimmende Veränderung der betäubenden Medikamentenwirkung
hinweisen, wird im Zuge des Prozesses festgestellt, ob die Statusinformationen auf
eine übereinstimmende Veränderung in der ANS-Aktivität
der Testperson (Schritt 24) hinweisen. Wenn eine übereinstimmende
Veränderung bei der ANS-Aktivität festgestellt
wird, wird der Betäubungsgrad, der durch die Messung angezeigt
wird, als erklärt betrachtet, d. h. es wird davon ausgegangen, dass
die Veränderung in der Messung von der simultanen chirurgischen
Stimulation verursacht werden. Wenn die Statusinformationen allerdings
auf keine übereinstimmende Veränderung in der
ANS-Aktivität hinweisen, wird die Situation als abnormal
angesehen (Schritt 26) und es werden entsprechende Maßnahmen
vorgenommen (Schritt 27).
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Die
Medikamentenwirkungsinformationen können aus einem dazugehörigen
pharmakokinetischen Modell gewonnen werden. Im Allgemeinen beschreibt
ein pharmakokinetisches Modell, wie ein Medikament im Verlauf der
Zeit vom Verabreichungsort in verschiedene Teile des Körpers
und in ein bestimmtes Organ verteilt wird, wie beispielsweise den Gehirn,
in welchem das Medikament wirken soll. Ein pharmakokinetisches Modell
umfasst einen Satz von mathematischen Differentialgleichungen, die
eine Verteilung eines Medikaments innerhalb des Körpers als
eine Funktion der Zeit beschreiben. Das Modell umfasst sowohl medikamentenspezifische
als auch patientenspezifische Parameter. Die medikamentenspezifischen
Parameter beschreiben die Diffusions- und Löslichkeitseigenschaften
eines Medikaments, und die patientenspezifischen Parameter beschreiben
diejenigen Eigenschaften des Patienten, welche Einfluss auf die
Medikamentverteilung haben, wie beispielsweise Gewicht, Größe,
Alter und Geschlecht. Der Körper des Patienten wird durch
ein vereinfachtes System von typischerweise vier Gewebeabteilungen
dargestellt, unter denen das Medikament gemäß den
Differentialgleichungen verteilt wird.
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Man
kann davon ausgehen, dass die Medikamentenwirkung ungefähr
proportional zur Medikamentkonzentration ist, oder ihr Verhältnis
zur Konzentration kann mittels eines pharmakodynamischen Modells
genauer eingeschätzt werden. Ein pharmakodynamisches Modell
definiert die Wirkung des Medikaments als eine Funktion seiner Konzentration
an dem Ort seiner Wirkung, d. h. die Wirkortkonzentration. Bei solchen
Modellen können auch anthropometrische Daten verwendet
werden. Bei Hypnotika besteht die Wirkung im betäubenden
Zustand des Patienten, wobei der Wirkort das Gehirn ist.
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Da
die pharmakokinetischen/pharmakodynamischen Modelle die vom verabreichten
Hypnotikum verursachte Wirkung im Hirn darstellen, können sie
folglich in Schritt 23 verwendet werden, um zu überprüfen,
ob eine Veränderung des Betäubungsgrades durch
eine im Wesentlichen gleichzeitig auftretende Veränderung
der Konzentration eines Hypnotikums im Hirn verursacht wird. Wenn
der Betäubungsgrad beispielsweise in Form von Entropiewerten
gemessen wird, sollte eine Erhöhung der Entropiewerte mit
einer Senkung der Medikamentenwirkung und umgekehrt einhergehen.
Wenn in Schritt 22 festgestellt wird, dass die Veränderungsrate
der Entropie einen zuvor bestimmten Schwellenwert übersteigt,
kann im Prozess überprüft werden, ob die Wirkung
des verabreichten Hypnotikums, wie sie anhand der pharmakokischen/pharmokodynamischen Modelle
gewonnen wurde, sich übereinstimmend verändert
hat. Die pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Modelle sind
allerdings nicht für die Erfindung notwendig. Es ist auch
möglich, dass der Prozess einfach überprüft,
ob kürzlich eine Veränderung bei der Verabreichungsrate
der Medikaments stattgefunden hat, welche mit der nachfolgenden
Entropieveränderung übereinstimmt. Beispielsweise
wird eine typische Entropieskala von 0 bis 100 für die
Messung des Betäubungsgrads verwendet, und wenn die Veränderungsrate
der Entropie 5 Einheiten pro Minute übersteigt, kann im
Prozess überprüft werden, ob die Konzentration
des verabreichten Hypnotikums sich kürzlich um mindestens
K Mikrogramm pro Kilogramm des Gewichtes des Patienten in der richtigen
Richtung verändert hat, wobei der Wert von K von den Medikamenten
abhängt.
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Die
Statusinformationen, d. h. ein Indikator für die ANS-Aktivität,
können auf bekannte Weise gewonnen werden. Es sind verschiedene
Mechanismen zur Bestimmung einer Messung vorgeschlagen worden, durch
welche die ANS-Aktivierung angegeben wird. Ein Mechanismus wird
in
U.S.-Patentantrag 2006/0217614 vorgestellt,
der sich auf einen Mechanismus zur Bestimmung eines Nozizeptionsindex für
eine Testperson bezieht. Dieser Mechanismus beruht auf der physiologischen
Tatsache, dass die Aktivität des sympathischen Nervensystems während Perioden
von Stress und Schmerzen ansteigt und dominant wird, während
die Aktivität des parasympathetischen Nervensystems abnimmt.
Daher gibt der gewonnene Nozizeptionsindex die ANS-Aktivierung der
Testperson an. Wie in dem genannten Dokument besprochen wird, dessen
Inhalt hier als Referenz mit eingeschlossen ist, wird mindestens
ein physiologisches Signal, welches die Funktion des kardionvaskulären
Systems der Testperson angibt, zur Bestimmung des Index verwendet.
Bei solch einem Signal kann es sich um ein plethysmographisches
Signal (PG), wie beispielsweise ein phototplethysmographisches (PPG)
Signal, ein Blutdruck (BP)-Signal, ein EKG-Signal oder ein Laser-Dopplerflusssignal
in peripheren Geweben handeln. Allerdings wird der Nozizeptionsindex
typischerweise auf der Grundlage eines plethysmographischen Signals
und eines EKG-Signals berechnet.
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Ein
weiterer automatischer Mechanismus zur Quantifizierung von Stress
und Schmerzen während der Anästhesie oder Sedierung
wird in
WO 03/084396 vorgestellt.
Bei diesem Mechanismus wird Pulse Wave Velocity (PWV) und Pulse
Transit Time (PTT) verwendet, um eine Indikation für die sympathetische
Aktivität der Testperson zu erhalten. PWV bezeichnet die
Geschwindigkeit der Wellenfront, die sich entlang des Arterienbaumes
durch einen Bolus von Blut ausbreitet, der von einer Herzkammer
ausgepumpt wurde, während PTT die Zeit ist, welche die
Wellenfront zum Zurücklegen einer festgelegten Distanz
benötigt. Während der Perioden von verstärkter
sympathischer Aktivität erhöht sich das PWV und
das PTT wird gemindert. Wenn PTT als die Statusinformation verwendet
wird, welche die Aktivität des autonomen Nervensystems
angibt, werden EKG- und PG-Signale von der Testperson zur Bestimmung
des PTT benötigt.
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Im
Allgemeinen sollte eine Erhöhung der Entropiewerte mit
der Erhöhung der ANS-Aktivität einhergehen. In
Schritt 24 kann die Übereinstimmung zwischen einer
Veränderung des Betäubungsgrades und den Statusinformationen
bestimmt werden, beispielsweise durch Berechnung der Korrelation
zwischen der Entropie und dem Nozizeptionsindex. Wenn die Korrelation über
einem bestimmten Grenzwert liegt, werden die Veränderungen
als übereinstimmend angesehen.
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3 illustriert
eine weitere Ausführungsform zur Erkennung einer Anomalie.
Diese Ausführungsform beruht auf einem internen Modell,
das im Vorfeld konstruiert worden ist (Schritt 31). Das
Modell wird verwendet, um eine Einschätzung des Betäubungsgrades
zu liefern. Die Einschätzung wird auf der Grundlage des
Modells, der Medikamentenwirkungsinformationen und der Statusinformationen (Schritt 32)
berechnet. Dann wird die Gültigkeit des Modells getestet
(Schritt 33), indem beispielsweise der absolute Wert der
Differenz zwischen dem gemessenen Entropiewert, der in Schritt 11 gewonnen wurde,
und der Einschätzung des Entropiewertes berechnet wird.
Der gemessene Entropiewert stimmt mit dem Modell überein,
d. h. das Modell ist gültig, wenn der absolute Wert unterhalb
eines zuvor bestimmten Schwellenwerts (Schritt 35) verbleibt. Wenn
die absolute Differenz den Schwellenwert übersteigt, d.
h. wenn der gemessene Entropiewert wesentlich von dem Wert abweicht,
welcher vom Modell geschätzt wurde, entscheidet der Prozess,
dass eine Anomalie vorliegt (Schritt 36), und es können geeignete
Maßnahmen getroffen werden.
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In
der Ausführungsform von 3 wird die Übereinstimmungsüberprüfung
kontinuierlich durchgeführt, während in der Ausführungsform
von 2 die Überprüfung nur dann vorge nommen
wird, wenn eine wesentliche Veränderung in der Messung
festgestellt wird, welche den Betäubungsgrad angibt.
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4 illustriert
ein Beispiel für die Einschätzung des Betäubungsgrades,
der in Schritten 31 und 32 von 3 durchgeführt
wird. Das Modell kann den Betäubungsgrad, wie die Entropiewerte,
auf der Grundlage einer zuvor bestimmten Übertragungsfunktion 40 bestimmen,
bei der verschiedene Eingabedaten verwendet werden können,
um eine Einschätzung des Betäubungsgrades zu liefern.
Die Eingabedaten, die bei der Übertragungsfunktion verwendet
werden, können Medikamentenverabreichungsraten, pharmakokinetische/dynamische
Modelle, Patientendaten (wie Gewicht, Größe und
Alter), und Medikamentendaten (wie beispielsweise die Parameterwerte
für die pharmakokinetischen/dynamischen Modelle) umfassen,
die verwendet werden können, um die Medikamentenwirkungsinformationen
zu liefern. Die Eingabedaten können ferner den gemessenen
ANS-Zustand des Patienten umfassen. Auf der Grundlage der Eingabedaten
und ihrer internen Regeln und/oder Prozeduren erzeugt die Übertragungsfunktion
ein Ausgangssignal, welches eine Einschätzung des Entropiewertes
darstellt. Die Einschätzung wird dann mit dem gemessenen
Wert verglichen, um das Vorhandensein einer Anomalie festzustellen.
Die Übertragungsfunktion ist so beschaffen, dass die Einschätzung
sich logisch (übereinstimmend) gemäß den
Veränderungen verändert, welche von den Medikamentenwirkungsinformationen
und den Statusinformationen angegeben werden. Folglich bleibt die
Differenz zwischen der Messung und der Einschätzung innerhalb
eines zuvor bestimmten Wertebereichs, solange keine abnormale Veränderung
in der gemessenen Entropie vorliegt.
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In
der Ausführungsform von 2 umfasst die Überein stimmungsüberprüfung
die Überprüfung, ob entweder die betäubende
Medikamentenwirkung oder die ANS-Aktivität das Verhalten
der Messung erklären kann und so ein übereinstimmendes
Verhalten mit dem gemessenen Wert zeigt. Da allerdings die Ausführungsformen
von 3 und 4 auf einem vorausgesagten Wert
des Betäubungsgrades beruhen, ist ein bestimmter Grad der Übereinstimmung sowohl
bei den Medikamentenwirkungsinformationen und als auch den ANS-Statusinformationen
erforderlich, d. h. eine Anomalie wird festgestellt, wenn Veränderungen
entweder bei der betäubenden Medikamentenwirkung oder der
ANS-Aktivität oder aber bei beiden nicht mit den Veränderungen
beim gemessenen Betäubungsgrad übereinstimmen.
In anderen Worten kann die Erkennung einer Anomalie auf der Grundlage
des Fehlens einer Übereinstimmung (2) in beiden
Typen von Information oder aber dem Vorhandensein einer Übereinstimmung
bei einem oder beiden Typen von Information (3 und 4)
erfolgen. 5 illustriert eine Ausführungsform
des Systems oder Geräts gemäß der Erfindung. Die
physiologischen Signale, die von den Sensoren gewonnen wurden, die
am Patienten 100 befestigt sind, werden an eine Verstärkerstufe 51 gesendet, welche
die Signale verstärkt, bevor sie abgetastet und in einem
A/D-Wandler 52 in ein digitalisiertes Format umgewandelt
werden. Die digitalisierten Signale werden an eine Kontrolleinheit 53 geliefert.
Hier wird angenommen, dass dieselbe Kontrolleinheit, welche die
Erkennung einer Anomalie durchführt, auch für
die Messung des Betäubungsgrades und der ANS-Aktivität
sowie für die Erzeugung der Medikamentenwirkungsinformationen
verantwortlich ist. Allerdings kann die Kontrolleinheit aus einem
oder mehreren Prozessoren/Computereinheiten bestehen, die sich die
Aufgaben teilen. Wie oben besprochen, wird der Betäubungsgrad
auf der Grundlage des einen oder der mehreren EEG-Signale gemessen,
während die ANS-Aktivität typischerweise auf der
Grundlage der (P)PG und EKG-Signale gemessen wird.
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Die
Kontrolleinheit ist mit einer Memory oder Datenbank 56 ausgestattet,
welche die digitalisierten Signaldaten enthält, die von
den Sensoren erfasst wurden. Was den Betäubungsgrad anbelangt,
so kann die Kontrolleinheit den Algorithmus umfassen, der für
die Berechnung der Messung notwendig ist, welche den Betäubungsgrad
angibt, wie beispielsweise einen Entropiealgorithmus. Was die ANS-Statusinformationen
anbelangt, kann die Kontrolleinheit auch die relevanten Algorithmen
speichern und die Zeitserien erzeugen, welche die ANS-Aktivität
darstellen. Was die Übereinstimmungsüberprüfung
anbelangt, so kann die Kontrolleinheit ferner die Algorithmen für
die Übereinstimmungsüberprüfung umfassen,
und zwar mitsamt den Regeln/Algorithmen zum Treffen der geeigneten
Maßnahmen, wenn eine Anomalie festgestellt wird. Wie in 6 gezeigt, kann
die Kontrolleinheit in dieser Ausführungsform drei oder
vier Betriebsmodule oder -einheiten umfassen: eine erste Berechnungseinheit 61,
die so konfiguriert ist, dass sie eine Zeitserie für eine
Messung ableitet, welche den Betäubungsgrad angibt, eine zweite
Berechnungseinheit 62, die so konfiguriert ist, dass sie
eine Zeitserie bildet, die ANS-Statusinformationen darstellt, und
eine dritte Berechnungseinheit 63, die so konfiguriert
ist, dass sie die Übereinstimmungsüberprüfung
durchführt und Übereinstimmungsinformationen mindestens
dann erzeugt, wenn eine Anomalie im Betäubungsgrad festgestellt
wird. Eine vierte Einheit 64 kann die Medikamentenwirkungsinformationen
erzeugen, sofern diese Informationen nicht direkt verfügbar
sind.
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Wiederum
in Bezug auf 5 kann das System der Erfindung
ferner ein Medikamentenverabreichungssystem 57 umfas sen,
welches von der Kontrolleinheit gesteuert wird. Das Medikamentverabreichungssystem
umfasst typischerweise eine Anästhesieverabreichungseinheit,
welche eine intravenöse Infusionspumpe 58 zur
intravenösen Verabreichung von Medikamenten und/oder einen
Zerstäuber 59 für inhalierte Medikamente
umfassen kann. Die Anzahl und Auswahl der Medikamente, die in der
Verabreichungseinheit verfügbar sind, kann sich verändern, und
eine praktische und kostengünstige Implementierung kann
nur ein Medikament für jeden Effekttyp umfassen. Das Medikamentverabreichungssystem kann
ferner das pharmakokinetische und pharmakodynamische Modell für
diejenigen Medikamente umfassen, welche durch das Medikamentverabreichungssystem
verabreicht werden können. Diese Modelle können
in einer Memory oder Datenbank 56 gespeichert werden. Wie
oben besprochen, liefert das pharmakokinetische Modell typischerweise
die Medikamentenwirkungsinformationen, die bei der Übereinstimmungsüberprüfung
benötigt werden, da es die Konzentration des Hypnotikums,
welches der Testperson verabreicht worden ist, im Hirn angibt.
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Die
Kontrolleinheit empfängt die Eingangsinformationen, welche
von einem Benutzer durch eine Benutzereingabevorrichtung 55 geliefert
werden, die beispielsweise eine Tastatur, eine Maus und/oder eine
Strichcodelesevorrichtung umfasst. Die Benutzerschnittstelle des
Systems umfasst ferner einen Monitor 55 zum Anzeigen verschiedener
Information für den Benutzer. Die Kontrolleinheit kann
die Abgaberaten der Medikamente auf der Grundlage der Eingangsinformationen
und des Modells bestimmen, welches in der Datenbank gespeichert
ist.
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Bei
dem Medikamentverabreichungssystem von 5 kann es
sich um ein Medikamentenverabreichungssystem mit offener oder geschlossener Schleife
handeln, d. h. die Kontrollein heit kann den gemessenen Betäubungsgrad
und/oder die bestimmten Statusinformationen zur automatischen Kontrolle
der Verabreichung der Medikamente verwenden oder auch nicht.
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In
einem Medikamentverabreichungssystem mit geschlossener Schleife
können die Maßnahmen (cf. Schritte 27 und 37),
die bei Erkennung einer Anomalie getroffen werden, vom Betäubungsgrad
abhängen. Wenn der Betäubungsgrad beispielsweise nicht
darauf hinweist, dass der Patient bald das Bewusstsein wiedererlangt,
d. h. wenn sowohl die bei der Messung als auch die bei der Einschätzung
gewonnenen Entropieniveaus noch immer recht niedrig sind, kann das
System die Verabreichung des Hypnotikums (bzw. der Hypnotika) einfach
auf dem aktuellen Niveau anhalten und einen Hinweis auf die Situation
an den Benutzer des Systems ausgeben. Der Hinweis kann an eine entfernte
Vorrichtung übermittelt werden, so dass sie an einen Kliniker
gesendet wird. Wenn der Betäubungsgrad darauf hinweist, dass
kein Risiko für eine Überdosis besteht, kann das System
die Menge des verabreichten Hypnotikums leicht erhöhen,
um sicherzustellen, dass der Patient nicht das Bewusstsein wiedererlangt,
und den Benutzer über die Situation informieren.
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Allerdings
können die Maßnahmen bei der Erkennung einer nicht übereinstimmenden
Veränderung auf die Generierung eines Hinweises beschränkt
sein, welcher den Benutzer auf die abnormale Situation aufmerksam
macht.
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Anstelle
des einen oder der mehreren Prozessoren in der zentralisierten Kontrolleinheit
kann die Verarbeitung der Daten auch auf verschiedene Einheiten/Prozessoren
(Server) innerhalb eines Netzwerkes wie beispielsweise eines Krankenhaus-LAN
(Local Area Network) verteilt werden. Das Gerät der Erfindung
kann auch in Form eines verteilten Systems implementiert werden.
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Eine
Messungsvorrichtung, die den Betäubungsgrad und die ANS-Aktivität
bestimmt, kann auch zu einer Vorrichtung aufgerüstet werden,
welche die Übereinstimmung des betäubenden Index mit
den anderen Informationskomponenten anzeigen kann. Solch eine Aufrüstung
kann durch die Ausstattung der Messungsvorrichtung mit einem Softwaremodul
durchgeführt werden, welches es der Vorrichtung ermöglicht,
die Übereinstimmungsüberprüfung auszuführen.
Das Softwaremodul kann beispielsweise auf einem Datenträger
wie einer CD oder einer Memorycard oder durch ein Telekommuniktionsnetzwerk
zur Verfügung gestellt werden. Das Softwaremodul kann mit
einem Zugang zum Datenspeicher der Vorrichtung ausgestattet werden,
so dass es die Daten abrufen kann, die für die Durchführung
der Übereinstimmungsüberprüfung notwendig
sind. Der Inhalt des Softwaremoduls kann von den Möglichkeiten
der Messungsvorrichtung abhängen; wenn die Messungsvorrichtung
Messungen sowohl für den Betäubungsgrad als auch
die ANS-Aktivität erzeugen kann, umfasst das Softwaremodule
nur einen Programmcodeabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Übereinstimmungsüberprüfung
auf der Grundlage der Messung durchführt und den Benutzer
alarmiert, wenn eine Anomalie gefunden wird. Wenn allerdings der
Messungsvorrichtung beispielsweise die Fähigkeit fehlt,
eine Messung zu bestimmen, welche die ANS-Aktivität angibt,
wobei sie aber Daten speichert, anhand derer solch eine Messung
abgeleitet werden kann, kann das Softwaremodul ferner einen Abschnitt
umfassen, der so konfiguriert ist, dass er die Messung auf der Grundlage
der besagten Daten ableitet.
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Obwohl
die Erfindung oben in Bezug auf die Beispiele beschrieben wurde,
die in den angehängten Zeichnungen gezeigt werden, ist
es offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt
ist, sondern von auf diesem Gebiet fachkundigen Personen modifiziert
werden kann, ohne dass dabei eine Abweichung vom Schutzumfang und
der Wesensart der Erfindung vorliegt.
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Die
Erfindung bezieht sich auf die Erkennung von Anomalien, die mit
der Messung des Betäubungsgrades einer Testperson 100 im
Zusammenhang stehen. Um zu bestimmen, wann eine Messung, welche
den Betäubungsgrad einer Testperson angibt, entweder aufgrund
einer medizinischen Ursache oder aufgrund einer Interferenz abnormal
ist, wird die Messung überwacht, und es werden Statusinformationen,
welche die Aktivität des autonomen Nervensystems der Testperson
angeben, und Medikamentenwirkungsinformationen, welche die betäubende
Medikamentenwirkung bei der Testperson angeben, verwendet, um zu überprüfen
13, ob die Messung eine zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung
erfüllt, die erfordert, dass die Messung sich übereinstimmend
mit mindestens den Medikamentenwirkungsinformationen oder den Statusinformationen
verändert. Eine Anomalie, welche auf eine abnormale Veränderung
in der Messung hinweist, wird festgestellt, wenn die Messung eine
zuvor bestimmte Übereinstimmungsbedingung nicht erfüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6631291
B2 [0006, 0026]
- - US 2006/0217628 [0007]
- - US 2006/0217614 [0033]
- - WO 03/084396 [0034]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - GE Healthcare
Finland Oy, Kuortaneenkatu 2, FIN-00510 Helsinki (Entropie Index)
und von Aspect Medical Systems, Inc., 141 Needham Street, Newton,
MA 02464, U.S.A. (Bispectral Index, BISTM) [0003]