DE102010044341B4

DE102010044341B4 - Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie

Info

Publication number: DE102010044341B4
Application number: DE102010044341.7A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Strang Thomas; Cornelia Kappeler
Original assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2030-09-04
Also published as: DE102010044341A1

Abstract

Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie bei einer Person, die auf einer Sitzvorrichtung (10) sitzt, oder auf einer Liegevorrichtung liegt, wobei mindestens zwei der folgenden Verfahrensschritte a bis f durchgeführt werden:
a) Erfassen eines durch Krämpfe ausgelösten Schüttelns der Person durch mindestens einen Beschleunigungs- oder Drucksensor (12) in der Sitz- oder Liegevorrichtung (10), oder durch ein Elektromyogramm zur Messung rascher Muskelkontraktionen,
b) Erfassen einer erhöhten Herzrate der Person durch einen kontaktlosen EKG-Sensor (16),
c) Erfassen einer unregelmäßigen Atmung oder eines Zitterns durch einen Sensor (18) im Gurt, der um die Bauchgegend der Person herumgeführt ist,
d) Erfassen der Hauttemperatur der Person und Abgleichen der Hauttemperatur mit der Umgebungstemperatur, um eine durch Hypoglykämie verursachte Abkühlung der Person festzustellen,
e) Erfassen des Müdigkeitszustands der Person durch eine auf die Augen der Person gerichtete Kamera, die den Zustand der Pupillen und/oder die Häufigkeit des Blinzelns der Person erfasst,
f) Erfassen der Gesichtsfarbe der Person durch eine Kamera, wobei sich die Gesichtsfarbe in Abhängigkeit des Blutzuckers ändert.
wobei ein Alarmsignal ausgegeben wird, sofern mindestens zwei der genannten Verfahrensschritte zu dem Ergebnis führen, dass der jeweilige in diesem Verfahrensschritt untersuchte Parameter einen festgelegten Schwellwert über- bzw. unterschreitet, oder einem Musterverlauf folgt, der für eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie angenommen wurde,
gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
Detektieren eines pulsierenden Schmerzes im Bereich des Kopfes durch Erfassen pulsartiger Veränderungen der Hautleitfähigkeit, einer Erhöhung der Herzrate und/oder einer Verringerung der Herzratenvariabilität.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie.
Diabetes ist eine in allen Bevölkerungsschichten zunehmende Krankheit. Ein kurzfristiges unmittelbares Problem für einen an Diabetes Erkrankten ist das Problem der Unterzuckerung (Hypoglykämie). Eine starke Unterzuckerung führt in der Regel zu einem Bewusstseinsverlust der betroffenen Person. Obwohl die meisten Betroffenen durch umfangreiche Schulungsmaßnahmen auf das Erkennen der entsprechenden Anzeichen einer Unterzuckerung wie kalter Schweiß vorbereitet werden, ist der Übergang vom „Normalzustand“ zu einer Unterzuckerung oft nicht so deutlich für den Betroffenen zu erkennen. Hinzu kommt, dass häufige leichte Unterzuckerungen das Risiko für eine starke Unterzuckerung vergrößern und das Erkennen aufgrund des Gewöhnungseffekts langfristig erschweren. Dieses Problem besteht beispielsweise bei Passagieren von Langstreckenflügen, wo durch unübliche Einnahmezyklen von Mahlzeiten, Zeitzonen-Verschiebung und dadurch bedingte Unregelmäßigkeiten von Medikation gepaart mit langen Phasen ohne Bewegung von den Betroffenen eine drohende Unterzuckerung nicht rechtzeitig erkannt wird.
Geschulte Diabetiker können im Verdachtsfall durch eine Blutzuckermessung den Blutzuckerspiegel bestimmen. Eine Blutzuckermessung findet in der Regel durch das Auftragen eines Tropfen kapillaren Blutes auf einen Messstreifen statt, der in eine entsprechende Messvorrichtung eingelegt wird. Da es sich hierbei um ein invasives Messverfahren handelt, kann dieses von einem Diabetiker nicht kontinuierlich durchgeführt werden, sondern wird lediglich in Abständen von mehreren Stunden oder bei Verdacht einer Unterzuckerung angewendet. Im Falle einer drohenden Unterzuckerung kann dieser durch Trinken von Fruchtsaft oder ähnlichen Maßnahmen entgegengewirkt werden. Nachteilig an den bisher bekannten Messverfahren ist, dass eine drohende Unterzuckerung rechtzeitig erkannt werden und durch eine Messung bestätigt werden muss.
US 2007/0118054 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Vitalparametern einer Person. Hierbei werden zum Erkennen einer Hypoglykämie die Atmung, Herzrate, Unruhe des Patienten, Zittern und andere Parameter berücksichtigt. Auch lehrt die genannte Druckschrift die Verwendung von Sensoren zur Überwachung von Vitalparametern in einem Sitz.
US 2010/0030092 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erkennung eines Zustands der Unterzuckerung bei einem Patienten, wobei beispielsweise Veränderungen der Hautleitfähigkeit detektiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Bei einem Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie bei einer Person, die auf einer Sitzvorrichtung sitzt oder auf einer Liegevorrichtung liegt, werden mindestens zwei der folgenden Verfahrensschritte a bis f durchgeführt:

a) Erfassen eines durch Krämpfe ausgelösten Schüttelns der Person durch mindestens einen Beschleunigungs- oder Drucksensor in der Sitz- oder Liegevorrichtung oder durch ein Elektromyogramm zur Messung rascher Muskelkontraktionen,
b) Erfassen einer erhöhten Herzrate der Person durch einen kontaktlosen EKG-Sensor,
c) Erfassen einer unregelmäßigen Atmung oder eines Zitterns durch einen Sensor in einem Gurt, der um die Bauchgegend oder die Brustgegend der Person herumgeführt ist,
d) Erfassen der peripheren Hauttemperatur der Person und Abgleichen der Hauttemperatur mit der Umgebungstemperatur und/oder der Temperaturhistorie der Person, um eine durch Hypoglykämie verursachte Abkühlung der Person festzustellen,
e) Erfassen des Müdigkeitszustands der Person durch eine auf die Augen der Person gerichtete Kamera, die den Zustand der Pupillen und/oder die Häufigkeit des Blinzelns der Person erfasst,
f) Erfassen der Gesichtsfarbe der Person durch eine Kamera, wobei sich die Gesichtsfarbe in Abhängigkeit des Blutzuckers ändert.

Hierbei wird ein Alarmsignal ausgegeben, sofern mindestens zwei der genannten Verfahrensschritte zu dem Ergebnis führen, dass der jeweilige in diesem Verfahrensschritt untersuchte Parameter einen festgelegten Schwellwert über- bzw. unterschreitet, oder für eine Hypoglykämie ein charakteristisches Muster aufweist. Der jeweilige Schwellwert ist abhängig von dem entsprechenden Parameter und ist derart gewählt, dass bei einer Über- bzw. Unterschreitung dieses Schwellwerts bzw. bei Auftreten des Musters eine erhöhte Gefahr für eine Hypoglykämie vorliegt.
Erfindungsgemäß wird unter einer Sitzvorrichtung jegliche Vorrichtung verstanden, die dazu geeignet ist, dass eine Person auf ihr sitzt. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Stuhl oder einen Sitz handeln. Entsprechend kann eine Liegevorrichtung, beispielsweise als Bett oder als anders geartete Liegefläche ausgebildet sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine zuverlässigere Erkennung einer möglichen Unterzuckerung durch Berücksichtigung mindestens zwei der genannten Parameter möglich wird. Hierbei ist es nicht notwendig, den genauen Blutzucker der Person zu bestimmen. Vielmehr ist es ausreichend festzustellen, wann ein erhöhtes Risiko für das Vorliegen einer Unterzuckerung vorliegt und einen entsprechenden Alarm auszulösen. Einzelne der genannten Parameter oder Symptome können auch durch andere Krankheiten oder Zustände verursacht werden, so dass es nicht ausreichend ist, lediglich einen der genannten Parameter zu erfassen, um auf eine mögliche Hypoglykämie zu schließen. Die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich eine Hypoglykämie vorliegt, steigt, sofern zwei oder mehr der genannten Parameter auf eine Hypoglykämie hinweisen. Erfindungsgemäß können auch drei, vier oder auch sämtliche bisher genannte Verfahrensschritte miteinander kombiniert werden.
Erfindungsgemäß wird unter einem Alarmsignal jegliches Signal verstanden, das dazu geeignet ist, weitere Maßnahmen zur Behandlung der Person einzuleiten. Hierbei kann es sich insbesondere um ein akustisches, optisches, haptisches oder elektrisches Signal handeln, wobei das elektrische Signal für die Person nicht sichtbar sein muss, sondern durch entsprechende Einrichtungen weiterverarbeitet bzw. weitergeleitet werden kann. Bei Verwendung des Systems in einem Flugzeugsitz kann das Alarmsignal beispielsweise statt dem Betroffenen alternativ oder zusätzlich dem Kabinenpersonal zur Kenntnis gebracht werden, welches dann geeignete Maßnahmen einleiten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nichtinvasiv angewendet werden und eignet sich für eine Dauerüberwachung einer betroffenen Person. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise während des Schlafs angewendet werden. Während der Schlafphase wird eine Unterzuckerung vom Betroffenen seltener bemerkt, als während der Wachphase.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Personen, die sich während eines Flugs in einem Flugzeugsitz befinden, so dass für einen längeren Zeitraum erhebliche Änderungen gegenüber dem Regel-Tagesablauf der Person stattfinden, die zu einer Unterzuckerung führen können (siehe Einleitung der vorliegenden Patentanmeldung). Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flugzeugsitz kann der Sitz die genannten Sensoren aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt zusätzlich zu den bisher genannten Schritten eine Erfassung des Wachheits- oder Schlafzustandes der Person durch einen mit der Person verbundenen Beschleunigungssensor und/oder eine Kamera. Der Beschleunigungssensor erfasst die Bewegungen der Person und mit Hilfe der Kamera kann erkannt werden, ob die Augen geschlossen sind. So kann festgestellt werden, ob diese Person schläft. Es findet sodann ein Erfassen der Herzrate der Person, beispielsweise durch einen kontaktlosen EKG-Sensor, statt, wobei hierbei berücksichtigt wird, ob die Person schläft. Während des Schlafs der Person kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass eine erhöhte Herzrate wahrscheinlich nicht durch vermehrte körperliche Anstrengung, Aufregung usw. verursacht sein kann, so dass die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, dass die erhöhte Herzrate während des Schlafs durch eine Hypoglykämie verursacht wurde.
Weiterhin kann zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten ein Ermitteln der Schlafphasen einer Person durch einen auf der Liegevorrichtung aufliegenden Beschleunigungssensor erfolgen. Dieser erfasst die Häufigkeit von Bewegungen der Person beim Schlafen. Diese können derart ausgewertet werden, dass Rückschlüsse auf das Eintreten der Person in die verschiedenen Schlafphasen gezogen werden können. Bei Unregelmäßigkeiten (z.B. einem Nicht-Eintreten in die Tiefschlafphase) kann beispielsweise auf eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie geschlossen werden. Derartige Anwendungen zum Ermitteln der Schlafphasen sind z.B. als Smartphone-Anwendungen verfügbar.
Weiterhin kann zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten ein Messen der Hautleitfähigkeit der Person zur Erkennung von kaltem Schweiß, der durch Hypoglykämie verursacht wurde, stattfinden.
Zusätzlich hierzu ist es möglich, die Umgebungstemperatur zu messen und die gemessene Hautleitfähigkeit mit der Umgebungstemperatur abzugleichen, um festzustellen, ob der durch die erhöhte Hautleitfähigkeit detektierte Schweiß durch eine erhöhte Umgebungstemperatur verursacht wurde. Sollte keine erhöhte Umgebungstemperatur vorliegen, die über einem bestimmten Schwellwert liegt, wird davon ausgegangen, dass kalter Schweiß vorliegt. Hierbei können zusätzlich personenbezogene Parameter, beispielsweise Informationen hinsichtlich der Kleidung, die von der Person getragen wird, sowie der Verlauf der Hauttemperatur-/-Ieitfähigkeit über der Zeitachse (Historie) berücksichtigt werden.
Weiterhin kann zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten ein Messen der Hauttemperatur der Person erfolgen, wobei bei einer Hauttemperatur, die unter einem festgelegten Schwellwert liegt, von kaltem Schweiß ausgegangen wird. Der Schwellwert kann beispielsweise bei 33 Grad Celsius liegen.
Weiterhin kann ein Erfassen von Bewegungen der Körperteile der Person durch Beschleunigungssensoren, die mit diesen Körperteilen verbunden sind, erfolgen. Anschließend kann bestimmt werden, ob eine durch Hypoglykämie verursachte erhöhte Herzrate vorliegt. Hierbei wird die durch die erfassten Bewegungen der Person verursachte Erhöhung der Herzrate berücksichtigt.
Sofern der Müdigkeitszustand der Person durch eine auf die Augen der Person gerichtete Kamera erfasst wird, kann ein erhöhter Müdigkeitszustand, insbesondere nach einer vor Kurzem stattgefundenen Schlafphase, die beispielsweise durch einen Beschleunigungssensor erfasst wurde, auf eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie hindeuten.
Sofern die Gesichtsfarbe einer Person (Blässe), die sich in Abhängigkeit des Blutzuckers ebenfalls ändert, erfasst wird, muss selbstverständlich als Referenz die normale Hautfarbe der Person erfasst werden. Zusätzlich kann der Lichteinfall berücksichtigt werden.
Weiterhin werden Schmerzempfindungen im Bereich des Kopfes berücksichtigt. Diese könnten sich beispielsweise in Form eines pulsierenden Schmerzes äußern, der pulsartige Veränderungen der Hautleitfähigkeit, eine Erhöhung der Herzrate und/oder eine Verringerung der Herzratenvariabilität verursacht.
Sofern ein Gurt, der um die Bauchgegend der Person herumgeführt ist, verwendet wird, um die Atmung der Person zu überwachen, ist es möglich, eine Kalibrierung durchzuführen, die berücksichtigt, wie stark der Gurt angezogen ist. Hierdurch wäre es möglich, auch die Tiefe der Atmung zu bestimmen.
Bei der Beurteilung, ob eine Hypoglykämie vorliegt, können zur Fusion der einzelnen Sensorinformationen sowie der sich daran anschließenden Bewertung Verfahren des maschinellen Lernens angewendet werden. Insbesondere können hierzu dynamische Bayesian Networks verwendet werden, oder aber Support-Vector-Machines oder neuronale Netze.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
Die Figur zeigt einen Flugzeugsitz mit verschiedenen Sensoren, der sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
Der Flugzeugsitz 10 weist eine Sitzfläche 10a und einen Rückenlehne 10b auf. Im mittleren Bereich oder im oberen Drittel der Rückenlehne 10b sind zwei Beschleunigungs- oder Drucksensoren 12, sowie zwei kontaktlose kapazitive EKG-Sensoren 16 angeordnet. Durch die Beschleunigungs- oder Drucksensoren 12 können beispielsweise Krämpfe detektiert werden, die ein Schütteln der Person auslösen. Durch die EKG-Sensoren 16 kann eine erhöhte Herzrate der Person festgestellt werden.
Der Sitzgurt der Person, der während des Fluges um ihren Bauch herumgeführt wird, weist einen Dehnungssensor 18 auf, der eine unregelmäßige Atmung oder ein Zittern der Person erfassen kann.
Weiterhin können mit dem Flugzeugsitz 10 weitere Beschleunigungssensoren 20 verbunden sein, die an den Gliedmaßen, beispielsweise an einer Hand, am Arm oder an einem Finger der Person angebracht werden können und eine Bewegung dieser Gliedmaßen detektieren. Hierdurch kann der Wachheits- oder Schlafzustand der Person erkannt werden.
Zur Erfassung der Hauttemperatur der Person kann im Bereich der Metallkappe 22 am vorderen Ende der Armlehne ein Temperatursensor angeordnet sein. Ferner kann an dieser Stelle alternativ oder zusätzlich ein Sensor zur Bestimmung der Hautleitfähigkeit der Person angebracht sein. Weiterhin können Temperatur- und Hautleitfähigkeitssensoren direkt an den Fingern angebracht werden, so dass Messfehler verringert werden können.
Da Diabetiker typischerweise bei der Airline im Vorfeld eines Fluges ein spezielles diabetisches Menü bestellen, können diese Personen gezielt auf einen speziell ausgestatteten Sitz im Flugzeug gebucht werden. Ferner kann die Tatsache, dass diese Personen Diabetiker sind, in der Auswertung der Sensorwerte berücksichtigt werden. Alternativ zu dem beschriebenen Flugzeugsitz 10 kann auch ein tragbares Messsystem verwendet werden, welches den betreffenden Personen nach dem Einsteigen überreicht wird, so dass keine speziell ausgestalteten Flugzeugsitze notwendig sind. Das tragbare Messsystem kann dieselben Sensoren aufweisen wie der beschriebene Flugzeugsitz 10.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Hypoglykämie bei einer Person, die auf einer Sitzvorrichtung (10) sitzt, oder auf einer Liegevorrichtung liegt, wobei mindestens zwei der folgenden Verfahrensschritte a bis f durchgeführt werden: a) Erfassen eines durch Krämpfe ausgelösten Schüttelns der Person durch mindestens einen Beschleunigungs- oder Drucksensor (12) in der Sitz- oder Liegevorrichtung (10), oder durch ein Elektromyogramm zur Messung rascher Muskelkontraktionen, b) Erfassen einer erhöhten Herzrate der Person durch einen kontaktlosen EKG-Sensor (16), c) Erfassen einer unregelmäßigen Atmung oder eines Zitterns durch einen Sensor (18) im Gurt, der um die Bauchgegend der Person herumgeführt ist, d) Erfassen der Hauttemperatur der Person und Abgleichen der Hauttemperatur mit der Umgebungstemperatur, um eine durch Hypoglykämie verursachte Abkühlung der Person festzustellen, e) Erfassen des Müdigkeitszustands der Person durch eine auf die Augen der Person gerichtete Kamera, die den Zustand der Pupillen und/oder die Häufigkeit des Blinzelns der Person erfasst, f) Erfassen der Gesichtsfarbe der Person durch eine Kamera, wobei sich die Gesichtsfarbe in Abhängigkeit des Blutzuckers ändert. wobei ein Alarmsignal ausgegeben wird, sofern mindestens zwei der genannten Verfahrensschritte zu dem Ergebnis führen, dass der jeweilige in diesem Verfahrensschritt untersuchte Parameter einen festgelegten Schwellwert über- bzw. unterschreitet, oder einem Musterverlauf folgt, der für eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie angenommen wurde, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Detektieren eines pulsierenden Schmerzes im Bereich des Kopfes durch Erfassen pulsartiger Veränderungen der Hautleitfähigkeit, einer Erhöhung der Herzrate und/oder einer Verringerung der Herzratenvariabilität.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Ermitteln der Schlafphasen einer Person durch einen auf der Liegevorrichtung (10) aufliegenden Beschleunigungssensor (12), der die Häufigkeit von Bewegungen der Person beim Schlafen erfasst, wobei bei Unregelmäßigkeiten der Schlafphase auf eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Messen der Hautleitfähigkeit der Person zur Erkennung von kaltem Schweiß, der durch Hypoglykämie verursacht wurde.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Messen der Umgebungstemperatur und Abgleichen der gemessenen Hautleitfähigkeit mit der Umgebungstemperatur und/oder der Temperaturhistorie, um festzustellen, ob der durch die erhöhte Hautleitfähigkeit detektierte Schweiß durch einer erhöhte Umgebungstemperatur verursacht wurde.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Messen der Hauttemperatur der Person, wobei bei einer Hauttemperatur, die unter einem festgelegten Schwellwert liegt, von kaltem Schweiß ausgegangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: Erfassen von Bewegungen der Körperteile der Person durch Beschleunigungssensoren (20), die mit diesen Körperteilen verbunden sind, Bestimmen, ob eine durch Hypoglykämie erhöhte Herzrate vorliegt, unter Berücksichtigung der durch die erfassten Bewegungen der Person verursachten Erhöhung der Herzrate.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Erfassen des Müdigkeitszustandes der Person durch eine auf die Augen der Person gerichtete Kamera, die den Zustand der Pupillen und/oder die Häufigkeit des Blinzelns der Person erfasst, wobei ein erhöhter Müdigkeitszustand, nach einer vor Kurzem stattgefundenen Schlafphase, die durch einen Beschleunigungssensor (12, 20) erfasst wurde, auf eine erhöhte Gefahr einer Hypoglykämie hindeutet.