DE10351728A1

DE10351728A1 - Verfahren und System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens

Info

Publication number: DE10351728A1
Application number: DE10351728A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof. Prehn; Rainer Dipl.-Ing. Sus; Marco Dipl.-Ing. Rohrbach; Uwe Dipl.-Ing. Schuster
Original assignee: WOM World of Medicine GmbH
Current assignee: WOM World of Medicine GmbH
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-06-30
Also published as: WO2005043628A2; WO2005043628A3; DE112004002649D2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens, mit mindestens einem Messmittel (2, 3) zur automatischen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters (20, 30), mindestens einem Bestimmungsmittel (6a) zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Lebewesens aus den gemessenen herz- und/oder kreislaufspezifischen Parametern (20, 30), mindestens einem Gewinnungsmittel (6b) zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus den bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens einem Auswertungsmittel (6c) zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einer Zeitreihe der mindestens einen gemessenen Baro-Reflexantwort, mindestens einem Zuordnungsmittel (6d) zur automatischen Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens und mindestens einem Darstellungsmittel (8) zur Darstellung der physiologischen Eigenschaften und Merkmale des Lebewesens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21 sowie ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 27.
Zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems von Lebewesen werden bislang unterschiedliche Methoden angewendet. Bei der Überwachung bzw. Diagnostik von Herz-Kreislaufsystemen im klinischen Bereich ist dabei insbesondere im Bereich der Operationsmedizin wichtig, dass der jeweilige Operateur anhand einer Überwachungseinrichtung erkennen kann, ob sich der Patient in einem instabilen Zustand bewegt. Ein solcher instabiler Zustand kann beispiels weise durch einen Blutverlust (Hypovolämie) oder das Einspülen von Distensionsmedien (Hypervolämie) ausgelöst werden.
Das Blutvolumen eines Lebewesens ist ein wesentlicher Parameter, der in vielen physiologischen Zusammenhängen eine große Bedeutung besitzt. So wird z.B. bei minimal-invasiven, endoskopischen Operationen wie der Hysteroskopie oder der Prostataresektion in der Regel in die entsprechende Körperhöhle als Distensionsmedium ein Fluid zugeführt. Als Distensionsmedium dienen z.B. physiologische Kochsalzlösungen oder auch elektrolytfreie Lösungen, wie z.B. Mannitol oder Sorbitol.
Durch mechanische Beeinträchtigung des Gewebes bei der Operation kann das Distensionsmedium in den Blutkreislauf gelangen. Im Einzelfall können mehr als 2000 ml Distensionsmedium in den Blutkreislauf gelangen, wobei diese Hypervolämie eine unerwünschte Belastung des Herzens darstellt. Wird zudem ein Distensionsmedium verwendet, das einen anderen Elektrolytgehalt als den des Blutes aufweist, kann es zu einem TUR-Syndrom (Trans-Urethales-Resektions Syndrom) oder einer Hyponatrimie kommen.
Es ist bekannt, die daraus resultierenden Gefahren durch Messen der Flüssigkeitsströme zu überwachen. Dabei ist nachteilig, dass die Bestimmung der Massenbilanzen nicht mit der erforderlichen Präzision erfolgen kann, da zugeführtes Distensionsmedium nicht vollständig in den Blutkreislauf übertritt.
Bislang wurde zur Überwachung solcher Gefahren u.a. auch durch eine Bilanzierungsmethode, bei der der Inflow- und der Outflow des jeweiligen Distensionsmediums gemessen wurde, verwendet. Solche bilanzierenden, volumetrischen Methoden sind jedoch wenig spezifisch und auch zu langsam, um einen kritischen Zustand zu erkennen.
Als weiteres Nachweisverfahren wurde beispielsweise die Natriumkonzentration im Blut gemessen. Aus der Natriumkonzentration kann ein entsprechendes Abbruchkriterium abgeleitet werden, bei dem die Operation abgebrochen werden muss. Eine solche Messung des Blutes auf Natrium ist jedoch notwendigerweise invasiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein schnelles und nicht-invasives Verfahren bzw. ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens anzugeben.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dazu werden zunächst automatisch, kontinuierlich und zeitaufgelöst Messdaten mindestens eines Herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, insbesondere des Blutdrucks und/oder der Myokarderregung ermittelt. Daraufhin werden zeitlich strukturierte Ensembles von Messdaten gebildet, um die ermittelten Messdaten zu verallgemeinern und in ihrer Komplexität zu reduzieren. Diese zeitlich strukturierten Ensembles werden dabei hinsichtlich der zeitlichen prozessualen regulatorischen Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems, inbesondere der Herzratenvariabilität und/oder der Puls-Transitzeit gebildet. Auf diesen zeitlich strukturierten Ensembles wird dann mindestens eine Zeitreihe zur Darstellung der zeitlichen und regulatorischen Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems bestimmt. Das zeitliche Verhalten dieser Zeitreihe wird danach analysiert. Dieses zeitliche Verhalten der Zeitreihe wird darauf zu empirisch ermittelten physiolo gischen Eigenschaften und Merkmalen des Kreislaufssystems zugeordnet. Diese Zuordnung findet insbesondere in ihrer Beziehung zu unterschiedlichen parametisierbaren Belastungen des Herz-Kreislaufsystems, wie beispielsweise Blutvolumenzunahme bzw. -abnahme, physischer Belastungen und/oder pharmakologischer Eingriffe statt. Das zeitliche Verhalten der Zeitreihe und/oder der physiologischen Eigenschaften und Merkmale wird daraufhin zur Diagnosenüberwachung des Herz-Kreislaufsystem dargestellt.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass sich im Systemverhalten des Herz-Kreislaufsystems sämtliche zur Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens notwendigen Informationen befinden. Das Herz-Kreislaufsystem besitzt eine Vielzahl effektiver und effizienter Regualationsmechanismen, die auf das System selbststabilisierend einwirken. Beispielsweise durch den Baro-Reflex wird aufgrund der Barosensoren das Herz-Kreislaufsystem anhand von Druckparametern gesteuert.
Beispielsweise wirkt eine Blutzu- bzw. Blutabnahme so auf den Barosensor, dass über den Baro-Reflex das Herz-Kreislaufsystem in einen stabilen Zustand gesteuert wird. Dieses schnelle und adaptive Regulationsverhalten des Herz-Kreislaufsystems bildet somit die Grundlage verschiedenartiger und höchst effizienter, körpereigener Schutzmechanismen und reagiert daher unmittelbar auf verschiedenartige exogene bzw. endogene Störungen. Diese reflektorischen Vorgänge zeigen weitere signifikante und kovariante physiologische Folgereaktionen, welche sich auch mit nicht-invasiven Methoden nachweisen lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht von dieser Erkenntnis Gebrauch. Dabei wird das Systemverhalten des Herz-Kreislaufsystems über den Zeitverlauf kontinuierlich automa tisch gemessen. Das Systemverhalten kann sich dabei in unterschiedlichen Parametern bzw. unterschiedlichen Messdatenensembles, die beispielsweise durch die Herzratenvariabilität und/oder Puls-Transitzeit gegeben sind, repräsentiert sein. Aus dem komplexen Messsignal, beispielsweise einer Pulskurve, kann so durch die Ensemblebildung die Komplexität reduziert werden, indem dem Ensemble beispielsweise ein einziger Wert, wie z.B. eben die Puls-Transitzeit bzw. die Herzratenvariabilität zugeordnet wird.
Durch Zeitreihenbildung und Analyse zur Zeitreihe kann daraufhin das Verhalten des Herz-Kreislaufsystems betrachtet werden. Dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe kann dann ein empirisch ermitteltes physiologisches Phänomen zugeordnet werden. Das Verfahren geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich ein Herz-Kreislaufsystem unter ähnlichen Bedingungen ein ähnliches dynamisches Verhalten zeigt. Aus diesem dynamischen Verhalten kann daher auch das jeweilige zugrunde liegende physiologische Phänomen geschlossen werden.
Zur räumlichen Auflösung des dynamischen Verhaltens des Systems werden vorteilhaft gleichzeitig zwei herz- und/oder kreislaufspezifische Parameter gemessen. Dabei kann beispielsweise gleichzeitig der Blutdruck an zwei unterschiedlichen distalen Orten des Körpers gemessen werden, oder es wird die Myokarderregung mittels eines EKG gleichzeitig mit dem Blutdruck gemessen.
Die Bildung zeitlich strukturierter Ensembles kann beispielsweise durch Bildung von Fenstern von Messdaten erreicht werden. Dabei wird innerhalb eines bestimmten Messdatenfensters der Messdatensatz auf signifikante Positionen untersucht und dem Fenster dann ein oder mehrere solche Werte zugeordnet. Hier kann beispielsweise innerhalb eines Zeitfensters das RR-Intervall, ein durchschnittlicher Blut druck aus zwei Pulsen oder die Pulstransitzeit bei einer Korrelation zweier Messwerte miteinander gemessen werden.
Insbesondere können die Messdaten in den Fenstern bezüglich periodischer Komponenten, insbesondere des zeitlichen Intervalls zwischen zwei Herzschlägen, analysiert werden. Diese analysierten Werte werden dann als die zeitlich strukturierten Ensembles verwendet. Mit diesen analysierten Werten der Fenster kann dann die Zeitreihe bestimmt werden.
Die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe kann vorteilhaft mittels eines Rekonstruktionsverfahrens in einer Meta-Repräsentation repräsentiert werden. Hierbei kann die Zeitreihe in Form von Lorenz-Plots, Phasenräumen, Parameterräumen, Trajektorien-Plots und/oder Poincare-Plots repräsentiert werden. Die Zeitreihe kann auch mittels eines Delay-Verfahrens im Parameterraum repräsentiert werden oder als Zustandssektor im Parameterraum repräsentiert werden.
Aus dieser Repräsentation der Zeitreihe können nun Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien bestimmt werden. Das zeitliche Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien kann daraufhin ermittelt werden. Aus diesem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien können im Parameterraum Aussagen über die raumzeitliche Beziehung der jeweiligen Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien untereinander abgeleitet werden. Aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Phasenraum kann ein Maß zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung des Herz-Kreislaufsystems abgeleitet werden.
Zur empirischen Ermittlung der jeweils mit dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe korrespondierenden physiologischen Eigenschaften können diese durch gleichzeitige Messung der jeweiligen physiologischen Eigenschaften, insbesondere der Herzrate, des mittleren Blutdrucks, des Herzzeitvolumens und/oder des Schlagvolumens durchgeführt werden. Diese empirische Ermittlung wird vorteilhaft bei einer definierten Belastung des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere durch Anwendung physikalischer, physiologischer und/oder pharmakologischer Mittel durchgeführt.
Die Zuordnung des dynamischen bzw. zeitlichen Verhaltens des Körpers bzw. Systems kann dadurch weiter verbessert werden, dass zusätzlich zu dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihen externe und/oder interne herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter in die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften mit einbezogen werden.
Hierdurch werden zusätzliche Daten bereitgestellt, die mit dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe korreliert werden können. Als externe und/oder interner herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter bieten sich beispielsweise die Herzrate, der mittlere Blutdruck, das Herzminutenvolumen, das Schlagvolumen, definierte Volumenstromstärken, der Volumen-Inflow- bzw. -Outflow und/oder ergometrische Arbeits- bzw. Leistungsparameter an.
Die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu dem empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen wird vorzugsweise automatisch vorgenommen.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21 gelöst.
Demgemäß weist das System mindestens ein Messmittel zur automatischen und kontinuierlichen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters des Lebewesens, mindestens ein Aufnahmemittel zur automatischen und zeitaufgelösten Aufnahme des mit dem Messmittel gemessenen Parameters und mindestens einem Auswertungsmittel zur Auswertung des kontinuierlich und zeitaufgelöst aufgenommenen Parameters auf.
Mit einem solchen System lässt sich das vorbeschriebene Verfahren durchführen.
Von Vorteil ist es, wenn mindestens ein herz- und/oder kreislaufspezifischer Parameter der Blutdruck und/oder die Myocard-Erregung ist. Ein Messmittel kann dabei als Blutdruckmessvorrichtung und/oder als EKG ausgebildet sein. Mit Vorteil sind die verwendeten Messmittel nicht-invasiv. Das Messmittel ist dabei weiterhin mit Vorteil so ausgebildet, dass es an einem distalen Körperteil des Lebewesens ausgebildet ist. Es kann sich dabei um einen Drucksensor handeln.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufssystems eines Lebewesens mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das System mindestens ein Messmittel zur automatischen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, mindestens ein Bestimmungsmittel zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Lebewesens aus dem gemessenen herz und/oder kreislaufspezifischen Parametern, mindestens einem Gewinnungsmittel zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus dem bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens einem Auswertungsmittel zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindes tens einen Zeitreihe der mindestens einen gemessenen Baro-Reflexantwort, mindestens einem Zuordnungsmittel zur automatischen Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens sowie mindestens einem Darstellungsmittel zur Darstellung der physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens auf.
Das erfindungsgemäße System macht sich die körpereigenen reflektorischen regulatorischen Prozesse des Körpers in Verbindung mit dem phasischen Baro-Reflex zu Nutze. In den körpereigenen Baro-Reflex gehen alles wesentlichen aktuellen Herz- und Kreislaufparameter ein. Dies sind u.a.:
die Auswurfleistung des Herzens, die von der Kontraktionskraft, dem Schlagvolumen und der Herzrate abhängt,
die Blutdruckkurven in Abhängigkeit vom jeweiligen distalen Ableitort,
die vasomotorische Regulation des peripheren Widerstands in Abhängigkeit vom Durchmesser und der Elastizität der Arterien.
Ein solches System stellt eine in sich geschlossene Einheit zur Diagnostik und Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens dar.
Es ist dabei von Vorteil, wenn als Baro-Reflexantwort die Puls-Transitzeit, die Herzrate, der Blutdruck oder die Baro-Reflexsensitivität verwendet wird. Als Baro-Reflexantwort kann weiterhin die Puls-Transitzeit-Variabilität, die Herzratenvariabilität und/oder die Blutdruckvariabilität verwendet werden.
In dem System kann ein Messmittel als EKG-Gerät bzw. als Blutdruckmessgerät ausgebildet sein. Das Messmittel ist dabei vorzugsweise nicht-invasiv.
Das Bestimmungsmittel, das Gewinnungsmittel, das Auswertungsmittel und/oder das Zuordnungsmittel können als Softwaremittel ausgebildet sein.
In dem Bestimmungsmittel, dem Gewinnungsmittel, dem Auswertungsmittel und/oder dem Zuordnungsmittel kann das weiter oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden.
Im Zuordnungsmittel kann das zeitliche Verhalten der Zeitreihe in Relation zu zumindest einem gespeicherten, empirischen ermittelten Verhalten einer Zeitreihe der gleichen Baro-Reflexantwort gesetzt werden, wobei dieses gespeicherte Verhalten bei Anregung des Herz-Kreislaufsystems des gleichen oder aber eines anderen Lebewesens ermittelt wurde. Hierbei wird wiederum die erfindungsgemäße Erkenntnis verwendet, dass das Systemverhalten eines Herz-Kreislaufsystems bei ähnlicher Anregung dieses Systems bei vielen Lebewesen ähnliche Reaktionen des Baro-Reflexsystems auslöst.
Die Anregung des Herz-Kreislaufsystems zur empirischen Ermittlung der Vergleichszeitreihe kann dabei insbesondere durch physikalische Einwirkung, insbesondere Infusion, Blutabnahme und/oder Körperliche Belastung und/oder durch pharmakologische Einwirkung angeregt werden.
Im Zuordnungsmittel kann zusätzlich mindestens ein Kontrollparameter zur Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens dienen. Ist dieser weitere Kontrollparameter mit dabei vorteilhaft durch mindestens ein weiteres Messmittel bzw. durch das bereits vorhandene Mess mittel bereitgestellt. Dieser Kontrollparameter kann vorzugsweise die mittlere Herzfrequenz, der mittlere Blutdruck, das Infusionsvolumen, das Blutabnahmevolumen, das Distensionsmittelvolumen, bzw. die Distensionsmittelbilanz und/oder eine Ergometerleistung sein.
Vorteilhaft wird bei der Überwachung eines Patienten bei Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu einem kritischen Herz-Kreislaufzustand eine Warnung auf dem Darstellungsmittel ausgegeben.
Ein solches System bzw. ein solches Verfahren kann in der Intensivmedizin, der Sportmedizin, der Reha-Medizin, der Anästhesiologie, und zum Monitoring an Fitnessgeräten bzw. zur allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik verwendet werden. Im Bereich der allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik kann auch ein Monitoring bei der Durchführung eines Belastungs-EKG's vorgenommen werden, um beispielsweise das Kollabieren des Patienten zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Evaluation, Repräsentation, Analyse sowie zur Darstellung und klinische Bewertung der Eigenschaften sowie des Verlaufes der zeitlichen Entwicklung komplexer dynamischer Zustände und zur Charakterisierung der dynamischen Qualität des autonomen physiologischen Eigenverhaltens des menschlichen oder tierischen Herz-Kreislauf-Systems unter multiplen und wechselnden endogenen bzw. exogenen Belastungen bzw. bei der Manifestation pathophysiologischer Zustände im Zusammenhang mit der Ableitung und Gewinnung von objektiven und quantifizierbaren funktionellen Parametern, Kenngrößen und Kriterien für die klinische Funktions-Diagnostik, Überwachung und Therapiekontrolle.
Unter der stark verallgemeinerten Betrachtung stützen sich alle bisher bekannten klinischen Verfahren im Zusammenhang mit der Herz-Kreislauf-Diagnostik einerseits auf bestimmte morphologische Aspekte der spezifischen Organe selbst. Ein entsprechender methodischer Zugang erfolgt im Wesentlichen durch die Nutzung entsprechender Bildgebender Verfahren. Andererseits werden diese morphologischen Daten mit den verschiedenen kardiovaskulären Funktionen verknüpft und unter bestimmten funktionsdiagnostischen Aspekten aufgrund ihrer spezifischen hämodynamischen Parameter in Verbindung mit weiteren stoffspezifischen Laborwerten beurteilt. Eine umfassende Befundbarkeit des jeweiligen patientenspezifischen Kreislaufstatus ergibt sich demnach erst nach Erhebung und Auswertung aller hierzu erforderlichen klinischer Daten aus den Bildgebenden Verfahren, Hämodynamischen Untersuchungen und Labordiagnostischen Analyseergebnissen unter Einsatz entsprechenden Expertenwissens. Diese Art der Befundung spiegelt somit weitgehend den jeweils zum Zeitpunkt der Untersuchung ermittelten stationären Kreislaufzustand.
Im besonderen klinischen Fall einer kontinuierlichen Überwachung und Verlaufsdiagnostischen Beurteilung der dynamischen Entwicklung bestimmter physiologischer bzw. pathophysiologischer Kreislaufzustände, verlagert sich die diagnostische Fragestellung hingegen im Wesentlichen auf den prozessualen Aspekt der Kreislauffunktionen. Hierbei ist die klinische Problemstellung primär auf die in-vivo Beobachtung plötzlicher Veränderungen der akuten Kardiovaskulären Zustände gerichtet. Die medizintechnischen Anforderungen an ein entsprechendes Überwachungsverfahren sind demzufolge im Wesentlichen auf die möglichst frühzeitige Erkennung bestimmter instabiler oder kritischer Zustände gerichtet, damit ein möglichst rasches klinisches Handeln erfolgen kann. Des weiteren besteht die Forderung nach einer möglichst unmittelba ren Therapiekontrolle und einem direkten objektiven Wirksamkeitsnachweis der jeweils eingeleiteten Interventionen.
Der methodische Zugang aller bekannten Verfahren zur in-vivo Überwachung und Kreislauf-Monitoring ist mit dem prinzipiellen Nachteil behaftet, dass bisher noch kein geeignetes Detektions- und Diagnoseverfahren existiert, welches im Stande ist, die hohe Komplexität, vielfältige Vernetzung, dynamische Adaptivität und Plastizität des operativ geschlossenen Herz-Kreislaufsystems mitsamt seiner autonomen Regulationsmechanismen und kompensatorischen Leistungen hinreichend zu erfassen und seine prozessuale Entwicklung auf signifikante Weise entsprechend zu repräsentieren. Somit beschränken sich die derzeit bekannten Verfahren im Wesentlichen auf die isolierte Detektion einiger weniger external zugänglicher Hämodynamischer Parameter, Vitalzeichen und Laborwerte, welche dann einer weitgehend phänomenologischen Beurteilung unterzogen werden und zu entsprechenden interindividuell ermittelten und statistisch validierten Referenzwerten in Beziehung gesetzt werden (Fremdreferentielle Verfahren). Aufgrund der erheblichen individuellen und interindividuellen Variabilitäten stehen demzufolge nur statistische Informationen als Grundlage für die Gewinnung klinischer Kriterien zur Verfügung, welche die individuellen patientenspezifischen Besonderheiten unberücksichtigt lassen muss.
Vor diesem Hintergrund besteht die Forderung nach einem entsprechenden in-vivo Diagnoseverfahren, welches einerseits in der Lage ist, die komplexe prozessuale Qualität und alle miteinander hochvernetzten Funktionalitäten des gesamten physiologischen Systemverhaltens eines Individuums trotz der methodisch bedingten begrenzten physikalischen Beobachtbarkeit dennoch möglichst vollständig zu erfassen. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht demnach einerseits darin, diese Systemzustände durch entsprechende mit dem wesentlichen phy siologischen Systemverhalten übereinstimmende Mathematische, Strukturen oder Mathematische Gebilde zu repräsentieren, welche dann einer entsprechenden mathematischen Analyse zugänglich sind.
Andererseits besteht die weitere messtechnische Aufgabe darin, entsprechend geeignete und einfach zugängliche Prozessdaten unter in vivo Bedingungen in der Weise zu ermitteln, welche auch die autonome individuelle Regulation und Kontrolle des physiologischen Eigenverhalten der kardiovaskulären Systems adäquat wiedergeben.
Diese Aufgaben werden durch das beanspruchte Verfahren und Vorrichtung gelöst. Dabei wurde von der erfindungsseitigen Erkenntnis ausgegangen, dass sich das organische Systemverhalten im Verlauf wechselnder qualitativer und quantitativer physiologischer bzw. pathophysiologischer Bedingungen in Form einer Dynamischen Qualität manifestiert. In dieser verallgemeinerten Form betrifft dieser Ansatz im Prinzip jede Art von Dynamischen Qualitäten hinsichtlich des jeweils betrachteten physiologischen Systemverhaltens. Von besonderer klinischer Relevanz unter dem Gesichtspunkt des beanspruchten Verfahrens ist hierbei die fundamentale Unterscheidbarkeit zwischen dem festgestellten regulären (orthodynamischen) Systemverhalten und den entsprechend ausgewiesenen Formen Dynamischer Anomalien.
Unter diesem Aspekt sind z.B. Kardiale Arrhytmien oder Bradykardien bzw. Tachykardien oder andere hämodynamische signifikante dynamische Erscheinungsformen in vielen Fällen Ausdruck fehlender oder veränderter systemeigener Schrittmachefunktionen, Kontrollfunktionen oder Kopplungsbedingungen. Das wesentliche diagnostische Potential des beanspruchten Verfahrens liegt somit in der Dynamischen Analyse und Verlaufsbeobachtung in Verbindung mit der entsprechenden Mani festierung der jeweils untersuchten dynamischen Determinanten bestimmter physiologischer bzw. pathophysiologischer Zustände und dynamischer Zustandsänderungen.
Im Vordergrund eines klinisch einsetzbaren Überwachungsverfahrens steht dabei der Einfluss besonderer stabilisierender bzw. destabilisierender Faktoren im Hinblick auf die akut vorherrschenden regulatorischen Leistungen im Zusammenhang mit einer in-vivo-Erkennung kritischer Deregulatorischer- bzw. Dekompensatorischer Zustände, sowie nach einer Objektivierung und Quantifizierung von hinreichenden Stabilitätskriterien oder der Gewinnung diagnostisch und prognostisch relevanter Prozessparameter.
Zur Gewinnung geeigneter klinisch relevanter Diagnoseparameter und Kennwerte werden die beanspruchten Analyseverfahren sowie struktur- und zeit-dispersive Detektionsverfahren sowie besondere Methoden der Signalaufbereitung und Darstellungsverfahren eingesetzt.
Das beanspruchte Verfahren stützt sich dabei auf die medizintechnische Ausnutzung bestimmter körpereigener endogener reflektorischer Regulations-Prozesse des Kardiovaskulären Systems im direkten Zusammenhang mit den diesbezüglichen autonomen hochspezifischen, sensitiven und effektiven, sensorischen, adaptiven und kompensatorischen Leistungen und den erfindungsgemäßen Zugang zu diesem Systemverhalten durch die Konzeption, Spezifizierung und Ausbildung geeigneter exogener Schnittstellen bezüglich der ausgewählten autonomen zirkulatorischen Reflex-Kontroll-Mechanismen auf der Grundlage systemtheoretischer bzw. biokybernetischer Ansätze in Verbindung mit der Art und Weise ihrer entsprechenden technischen Umsetzung in Form bestimmter messtechnischer Strategien und Sensortechnologien zur Signalerfassung sowie ausgewählter Methoden zur Signalaufbereitung und Bearbeitung so wie spezifizierter Analyseverfahren zur Auswertung und zur Gewinnung von bestimmten Prozessparametern, systemkennzeichnenden Merkmalen und Kenngrößen, sowie geeigneter Repräsentations- und Darstellungsverfahren zur Verlaufsbeobachtung und funktionsdiagnostischen Befundung bestimmter Prozessinformationen, sowie entsprechender automatisierter oder halbautomatisierter Klassifikations- und Erkennungsverfahren zur geeigneten klinischen Bewertung und in vivo Erkennung bzw. zur Eignung für die objektive operative und postoperative Überwachung der regulatorischen bzw. kompensatorischen Entwicklung hinsichtlich des Auftretens akuter oder bevorstehender kritischer Kreislaufzustände.
Mit Hilfe entsprechender Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens werden somit zahlreiche funktionsdiagnostische Fragestellungen und klinische Überwachungsaufgaben gelöst. Ein besonderer Vorteil ergibt sich aufgrund der besonderen Möglichkeit bezüglich einer objektivierbaren selbstreferentiellen in-vivo Ermittlung vielfältiger funktioneller Wirkungszusammenhänge und Ableitung von klinisch aussagefähigen Kriterien in direkter Verbindung mit der jeweils akut vorherrschenden individuellen Kreislaufregulation, sowie durch die objektive Bestimmung der wesentlichen damit einhergehenden dynamischen Determinanten des gesamten komplexen regulatorischen Geschehens. Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass das beanspruchte Verfahren im Gegensatz zu den üblichen und bekannten klinischen Verfahren auch keinerlei invasive und multiple Probenentnahmen, sowie aufwendige Probenaufbereitungen und Laboranalytische in-vitro Bestimmungen von Stoffmengen bzw. Stoffumsetzungen benötigt, welche in der Regel auch nur stichprobenhaft erfolgen können und demzufolge mit entsprechenden Verzögerungen behaftet sind, wodurch unter diesen Umständen keine kontinuierliche in-vivo Überwachung und auch keine schnelle Erkennung akut auftretender kritischer Zustände möglich ist.
Das beanspruchte Verfahren kommt hingegen lediglich mit einer in der klinischen Routine gebräuchlichen und zudem auch weit verbreiteten und gut bekannten sowie auf einfache Weise extrakorporal applizierbaren Sensorik (z.B. für EKG und Puls) in Verbindung mit einer im Verfahren implementierten mathematischen Analyse der komplexen Regulations-Dynamik aus, welche als hierzu mindestens notwendige Eingangssignale lediglich zwei kontinuierlich und simultan abgeleitete Signalkanäle benötigt. Darüber hinaus zeichnet sich das beanspruchte Verfahren prinzipiell durch eine einfache, sichere und störunempfindliche Datenakquisition aus, wobei in der Regel keine besonderen Probleme bezüglich kritischer Nachweisgrenzen oder schwer beherrschbarer Artefakte auftreten können. Vorteilhaft für einen weitreichendes klinisches Einsatzspektrum, sowie für eine industrielle medizintechnische Anwendbarkeit ist der Umstand, dass die Basis Hardware kostengünstig erstellt werden kann und bei gleichbleibender Messwertaufnahme- Konfiguration jederzeit nachfolgende Anpassungen, Erweiterungen und Diversifikationen der Analysealgorithmen, Darstellungsprogramme und Monitorfunktionen für vielfältige weitere oder zukünftige Anwendungen und spezifische diagnostische Fragestellungen erfolgen können.
Das Verfahren kann mit den folgenden Schritten durchgeführt werden:

1. Schritt: Ausweisung, Spezifizierung und Gewinnung der relevanten und repräsentativen sowie messtechnisch zugänglichen kardialen- und/oder kreislaufphysiologischen Zustandsvariablen und Ordnungs- Parameter, welche die Eigenschaften der komplexen Dynamik der autonomen Herz-Kreislauf-Regulationsprozesse implizit beinhalten, repräsentieren und eindeutig beschreiben, in Verbindung mit entsprechenden systemspezifischen Kontrollparametern, welche mindestens eine Kontrollgröße für die Dynamik der Myokard-Erregungsprozesse und/oder der Kreislauf-Regulationsprozesse hinsichtlich der Druck- und/oder Volumen-Regulation und/oder zentraler belastungsabhängiger Regulationsprozesse der Organkreisläufe darstellen und welche eine objektive Charakterisierung der zeitlichen Strukturbildung im Verlauf der Regulation grundsätzlich ermöglichen, durch Zuordnung der spezifischen prozessualen physiologischen Eigenschaften, ihrer dynamischen Qualität, ihrer dynamischen Entwicklung, sowie ihrer sensorischen, adaptiven und/oder kompensatorischen Leistungen zu entsprechenden theoretischen Modellen, Simulations- und Analyseverfahren der Nichtlinearen Dynamik (NLD) durch die Konstruktion entsprechender mathematischer Gebilde, welche diese wesentlichen physiologischen Eigenschaften adäquat repräsentieren, sowie durch die Spezifizierung und Ausbildung einer entsprechenden Schnittstelle zur Prozess-Interaktion auf der Grundlage der diesbezüglich mit Hilfe mindestens zweier Sensoren in vivo gewonnener ausgewählter Prozessdaten bzw. der diesbezüglich eingesetzten Mittel zur Intervention und/oder Provokation und/oder Stimulation bestimmter kreislaufphysiologischer Wirkungen.
2. Schritt: Zeitsynchrone Aufbereitung der durch den Schritt 1 ermittelten multiplen Messgrößen und der daraus abgeleiteten Zustandsvariablen bzw. Kontroll-Parameter hinsichtlich ihrer spezifischen Eignung für die Anwendung der nachfolgenden Verfahren durch Anwendung bestimmter Verfahrensschritte: a. bei der Evaluierung entsprechender besonders rauscharmer, artefaktarmer skalarer Zeitreihen mit hoher Zeitauflösung und Spannungsauflösung sowie niedrigem Digitalisierungsrauschen sowie b. bei der weiterführenden Verarbeitung der Messgrößen und Zeitreihen hinsichtlich ihrer spezifischen Eignung für die entsprechend spezifizierten Repräsentations-Verfahren unter der Maßgabe einer erfolgreichen Rekonstruktion von bestimmten Ersatz-Zustandsraum (Phasenraum-) Reprä sentationen aus den diesbezüglichen empirischen Zeitreihen, insbesondere unter der Bedingung, dass die topologischen Eigenschaften, d.h. die Nachbarschaftsverhältnisse zwischen dem jeweiligen empirisch gewonnenen Ersatz-Zustandsraum mit dem jeweiligen empirisch nicht zugänglichen Original-Zustandraum weitestgehend übereinstimmen sollen, sowie c. bei der Durchführung der nachgeschalteten Analyseverfahren zur Vermeidung von Beeinträchtigungen des Analyseergebnisses durch Rauscheinflüsse und Artefakte.
3. Schritt: Ausweisung, Spezifizierung, Gewinnung und Signal-Repräsentation paralleler und simultaner Zeitreihen aus den zuvor entsprechend aufbereiteten Messdaten durch bestimmte Verfahrensschritte im Besonderen durch entsprechende Timing-Verfahren zur Feststellung der Auftrittszeiten bestimmter Signalkomponenten und/oder zur Ermittlung bestimmter Parameter und/oder Kennwerte und/oder Merkmale hinsichtlich ihrer weiteren Verwendung für die nachgeschalteten Analyse-Verfahren.
4. Schritt: Ausweisung, Spezifizierung und Erstellung entsprechend geeigneter Zustandsraum-Repräsentationen mit Hilfe bestimmter Rekonstruktions-Verfahren, im Besonderen durch Anwendung von Delay-Verfahren auf die entsprechenden Zeitreihen und durch Einbeziehung bestimmter Verfahrensschritte und Kriterien zur optimalen Wahl des jeweils verwendeten Einbettungsfensters (D.τ) bezüglich der für die praktisch hinreichende Anwendbarkeit erforderlichen Maßgaben einer möglichst einfachen und robusten Delay-Rekonstruktion bei endlichen Zeitreihen mit einer begrenzten Anzahl von Datenpunkten und Messgenauigkeit, und mit einer gemeinsamen oder getrennten Optimierung für die jeweils verwendeten Einbettungs-Dimension D und für die Delay-Zeit τ.
5. Schritt: Repräsentation der rekonstruierten Trajektorien, Iteriertenfolgen bzw. Attraktoren bezüglich der jeweils gewählten Zustandsraum-Einbettungsdimension zur a. Untersuchung der Eigenschaften des durch die jeweilige Dynamik definierten Flusses sowie b. zur Beurteilung der Qualität der Zustandsraum-Rekonstruktion und der Lagebeziehungen der Zustandsvektoren und/oder der Zustandsraum Auffüllung und/oder Attraktor-Ausdehnung nach bestimmten statischen Attraktor-basierten und/oder topologischen Kriterien und/oder nach einem bestimmten Dynamik-basierten Ablauf der Trajektorien-Bewegung sowie c. der angemessenen Abschätzung und Wahl der Delay-Zeit τ und/oder der Einbettungsdimension D sowie d. zur Fehler-Minimierung wie z.B. Redundanz- bzw. Irrelevanzfehler, sowie e. zur Beurteilung der Notwendigkeit und der Auswirkungen von weiteren der Einbettung nachgeschalteten und in bestimmten Fällen erforderlichen Verfahrensschritte zur Optimierung der Qualität der Zustandsraum Repräsentation durch entsprechende Koordinaten-Transformationen (wie z.B. Hauptachsen-Transformation der Korrelationsmatrix, Karhunen-Loeve-Transformation u.a.).
6. Schritt: Darstellung höherdimensionaler Zustandsräume durch Dimensions-Reduktion zur Exploration der jeweils erzeugten Attraktor-Topologie und Identifikation und/oder Erkennung der Zustände und/oder Verlaufsbeobachtung und in vivo Monitoring der jeweils untersuchten Kreislauf-Trajektorien-Entwicklung durch a. bestimmte Zustandsprojektionen des betreffenden Attraktors auf eine 2D bzw. 3D Mannigfaltigkeit oder durch b. Isoshell-Projektion des betreffenden Attraktors oder durch c. entsprechende Poincare-Schnitte oder durch e. entsprechende Rekurrenz-Abbildungen oder f. weiterer geeigneter Abbildungsverfahren bzw. Mapping-Verfahren.
7. Schritt: Analyse der zeitlichen Dynamik und/oder signifikanter Dynamik-Wechsel durch die Eigenschaften der Flüsse im jeweils repräsentierten Zustandsraum, sowie durch Ermittlung bestimmter signifikanter strukturdynamischer-Kenngrößen und/oder Fluktuationsmaße und/oder bestimmter dynamischer Stabilitäts-Merkmale und/oder Komplexitätsmaße zur Charakterisierung des aktuellen Strukturierungsgrades, sowie der zeitlichen Entwicklung der Strukturbildung von Kreislauf- und/oder Myokarderregungs-Prozessen, insbesondere durch Berechnung der aktuell effektiven Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov- Exponenten bzw. der Kolmogorow-Entropie und/oder der lokalisierten Lyapunov-Exponenten und/oder des Ortsvektorverlaufs der jeweiligen Trajektorie und/oder der Attraktorlage-Parkettierungsfläche.
8. Schritt: Analyse der zeitlichen Dynamik und/oder signifikanter Dynamik-Wechsel bzw. Modenwechsel (Phasenübergänge) durch die Eigenschaften der miteinander korrelierenden Zeitreihen bezüglich der jeweils ermittelten Tachometrischen-, Parametrischen-, und/oder Zustands-Zeitreihen, im Besonderen durch die Bestimmung der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen der jeweiligen Intervall-Variabilitäten und/oder durch die Bestimmung der entsprechenden sukzessiven Algorithmischen Komplexität bezüglich der jeweils vorherbestimmten Zeitsequenzen und/oder durch Ermittlung entsprechender sukzessiver Merkmalvektoren bezüglich der jeweils bestimmten regulatorischen Episoden.
9. Schritt: Analyse der Einflüsse der unterschiedlichen physiologischen Kontrollparameter bezüglich des Auftretens bzw. Wechsels bestimmter Dynamischer Moden des Herz-Kreislauf-Systems durch die Bestimmung der jeweiligen Abhängigkeit der diesbezüglich ermittelten Zustandsraum-Repräsentationen und/oder der entsprechenden Attraktor-Darstellungen bzw. Projektionen und/oder der daraus abgeleiteten Kenngrößen zur Kennzeichnung bzw. Identifikation der jeweils auftretenden Moden, von bestimmten Werten der Kontrollparameter, im Besonderen von den Kontrollparametern Herzrate (HR), verschiedenen Blutdruckwerten und/oder dem mittleren Blutdruck, und/oder der Druck-Volumen-Arbeit, und/oder verschiedenen Blutvolumina bzw. Volumenstromstärken, und/oder vom Herzminutenvolumen u.a. diesbezüglichen Energie- bzw. Leistungs-Parametern, wie z.B. die Herzratenabhängigkeit der Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov-Exponenten und/oder der Blutvolumen-Abhängigkeit des Lyapunov-Exponenten bzw. des Ortsvektors bzw. der Attraktorlage-Parkettierungsfläche u.a. zum Zwecke der Charakterisierung und Spezifizierung der dynamischen Eigenschaften und Qualität des Eigenverhaltens verschiedener autonomer kardialer, zirkulatorischer, zentraler und/oder lokaler Regulationsprozesse.
10. Schritt: Zuordnung der Eigenschaften der Strukturdynamischen Analyseergebnisse zu physiologisch bzw. pathophysiologisch relevanten klinischen Befundungsergebnissen, die mindestens eine funktionsdiagnostisch signifikante Beschaffenheit des Herz-Kreislaufsystems bzw. bestimmte regulatorische Funktionalitäten repräsentieren.

Das Verfahren und das System werden im Weiteren für zwei Anwendungsfälle beschrieben:
a. Anwendungsfälle am geschlossenen Kreislauf (isovolämische Bedingungen)
Hierbei werden einerseits im Fall des geschlossenen Kreislaufsystems diejenigen klinisch relevanten Prozessparameter bestimmt, welche bei der reflektorischen Regulation involviert sind und außerdem den jeweiligen funktionellen dynamischen Systemzustand, auf der theoretischen Grundlage einer nichtlinearen Dynamischen Analyse (Komplexe Systemtheorie), hinreichend kennzeichnen. Diese Analyseergebnisse ermöglichen dann eine systemische Funktionsdiagnostik und Verlaufsbeobachtung der spezifischen Entwicklung der kardiovaskulären Zustände im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung, Adaptation oder Stabilisierung der regulären Herz-Kreislauf-Funktionen bzw. die Identifikation und Erkennung des Auftretens von kritischen Deregulationen. Mit dem beanspruchten Verfahren können des weiteren die Auswirkungen verschiedenartiger Kreislauf-Belastungen und deren Einflüsse auf die adaptiven regulatorischen Leistungen und dynamischen Moden unter in vivo Bedingungen untersucht werden. Hierbei sind die adaptiven Wirkungen der regulatorischen Leistungen auf die Kreislauffunktionen sowohl unter bestimmten spezifischen, parametrisierbaren und quantifizierbaren Belastungen und physikalischen bzw. pharmakologischen Interventionen als auch unter verschiedenartigen, unbestimmten, unspezifischen und/oder oder unvorhersehbaren und wechselnden exogenen bzw. endogenen Einwirkungen, sowie unter besonderen physischen und physiologischen Bedingungen bzw. Belastungen und/oder bei bestimmten pharmakologischen Interventionen erfassbar.
b. Anwendungsfälle bei offenem Kreislauf (hypo- bzw. hypervolämische Bedingungen)
Ein weiterer besonderer Anwendungsfall des beanspruchten Verfahrens betrifft bestimmte Situationen eines offenen Kreislaufs wie z.B. bei einer akuten Abnahme (Hypovolämie) oder Zunahme (Hypervolämie) des Blutvolumens. Dies kann einerseits unter kontrollierbaren und/oder quantifizierbaren Bedingungen und mit bekannten bzw. quantifizierbarem Volumenzufluss bzw. -abfluss geschehen, wie z.B. bei einer invasiven Eröffnungen der Gefäße zum Zwecke einer Blutentnahme oder bei einer Infusion bzw. Perfusion.
Andererseits können aber auch grundsätzlich unkontrollierbare und/oder unvorhersagbare sowie nicht abschätzbare volämische Belastungen z.B. durch okkulte Volumenströme auftreten, wie z.B. ein plötzlicher Blutverlust (Outflow) bei verschiedenartigen vaskulären Läsionen bzw. Perforationen oder im Verlauf hämorrhagischer Komplikationen. Ebenso können auch unvorhersagbare akute hypervolämische Einschwemmungen z.B. in Form eines bestimmten Anteils einer Spüllösung in den Blutkreislauf im Zusammenhang mit bestimmten endoskopischen Eingriffen auftreten (Inflow), welche unter der Wirkung eines bestimmten Distensionsdruckes auch über verschiedene Wege wie z.B. über das Gefäß- und Lymphsystem sowohl bei Perforationen als auch bei intaktem Endometrium oder durch entsprechende (verzögerte) Resorption (z.B. Peritoneum ) erfolgen können.
Das beanspruchte Verfahren eignet sich ebenfalls für den Einsatz der unter a) und b) bezeichneten Fälle sowohl zur objektiven kardio-vaskulären Funktionsdiagnostik als auch zur schnellen in-vivo-Erkennung regulärer bzw. irregulärer, destabilisierter, dekompensatorischer und kritischer Zustände bzw. Zustandsveränderungen sowie zur Gewinnung objektiver und signifikanter klinischer diagnostischer und prognostischer Kriterien für die Kreislauf- Überwachung.
Das Verfahren stützt sich dabei grundsätzlich auf die im Weiteren beschriebenen Eigenschaften.
Das akute dynamische Eigenverhalten der operativ geschlossenen und auf komplexe und adaptive Weise vielfach miteinander vernetzten autonomen reflektorischen Kontrollmechanismen in Zusammenhang mit den spezifischen Leistungen der übergeordneten, zentralen und lokalen Regulation des Herz-Kreislauf-Systems manifestiert sich in Form einiger weniger ausgewählter sowohl physiologisch relevanter als auch messtechnisch leicht zugänglicher efferenter Output-Komponenten der verschiedenen kovarianten und zeitkorrelierten autonomen Reflexantworten (z.B. Baro-Reflex ) auf verschiedenen Effektor-Ebenen.
Auf der Kardialen Effektor-Ebene manifestiert sich das reflektorische Regulationsverhalten (z.B. hinsichtlich der schnellen phasischen Komponente) im Wesentlichen in der besonderen Weise durch signifikante komplexe zeitliche Muster und spezifische Variabilitäten der Herzrhythmik, sowie durch ihre charakteristische zeitlichen Entwicklung im Verlauf jeder einzelnen Schlagfolge (beat-to-beat variability). Die Herzraten-Variabilität HRV und ihre dynamische Entwicklung HRV (t) steht außerdem im unmittelbaren regulativen und kovarianten Zusammenhang mit dem Reflexgeschehen auf der vaskulären Ebene, wobei sich entsprechend korrelierte Form-Variabilitäten des korrespondierenden arteriellen Druckverlaufs (Pulskurven-Variabilität) ausbilden. (mit charakteristischen Variabilitäten der Pulsform sowie der systolischen-, diastolischen- und dikroten- Druckamplituden). Außerdem korrelieren diese reflektorischen Efferenzen ebenso mit der Ebene der Vasomotorischen Effektor-Komponente mit entsprechenden regulatorischen Wirkungen auf die mechanoelastischen und geometrische Variabilität der Gefäße, wodurch es bei jedem Herzschlag jeweils auch zu einer kovarianten Variabilität der Pulswellengeschwindigkeit bzw. der Puls-Transitzeit (pulse-transit-time, PTT) kommt. Durch die zeitsynchrone und kontinuierliche Ableitung der Kardialen Komponente z.B. durch Ableitung des Elektrokardiogrammes EKG (t) im Zusammenhang mit der Aufnahme von arteriellen Pulskurven p(t) von mindestens einem Ableitort (z.B. A. radialis und/oder A. femoralis) als vaskuläre Komponente werden damit in der Regel alle messtechnischen Voraussetzungen geschaffen, um daraus die geeigneten Systemparameter für das beanspruchte Verfahren zu bestimmen.
Beschreibung der einzelnen Schritte des Verfahrens:
Kurz-Übersicht:

1. Schritt: Ausweisung der relevanten und zugänglichen Zustandsvariablen, Ordnungsparameter und Kontrollparameter und ausgewählten Prozessdaten sowie Spezifizierung der Schnittstelle (Sensorik und Prozess Interaktion)
2. Schritt: Aufbereitung der Messgrößen, Zustandsparameter und Kontrollparameter bzgl. Eignung für weitere Verfahrensschritte unter best. Bedingungen
3. Schritt: Ermittlung verschiedener. simultaner Zeitreihen mit Hilfe von Timing Verfahren bzw. Parameter Extraktion bzw. Merkmal Extraktion
4. Schritt: Rekonstruktion von Zustandsraum-Repräsentationen und Optimierungs-Verfahren
5. Schritt: Multiple Repräsentationen der rekonstruierten Attraktoren zur weiteren Untersuchung, attraktorbezogenen Optimierung und Fehler Minimierung des Verfahrens
6. Schritt: Darstellung höherdimensionaler Zustandsrum-Repräsentationen durch Dimensionsreduktion zur Exploration
7. Schritt: Analyse der Attraktoren bzgl. der Eigenschaften der Flüsse im Zustandsraum und Bestimmung von strukturdynamischen Kenngrößen und Fluktuationsmaßen
8. Schritt: Analyse der Eigenschaften korrelierender Zeitreihen und Bestimmung von sukzessiven dynamischen Kenngrößen und Komplexitätsmaßen
9. Schritt: Analyse der Abhängigkeit Dynamischer Moden von spezifizierten physiologischen Kontrollparametern zur Identifikation und Kennzeichnung der jeweils auftretenden Moden
10. Schritt: Zuordnung der Analyseergebnisse zu Beschaffenheit und Funktionalität des Herz-Kreislaufsystems

Zu Schritt 1: ist im Besonderen dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabenstellung der Erfindung entsprechend, bestimmte relevante und repräsentative physiologische Zustandsvariable und Kontrollparameter gewonnen werden können, welche auf bestimmte Weise aus zeitsynchronen Ableitungen von Elektrokardiogrammen und Blutdruck-Kurven evaluiert werden, und welche die komplexe Dynamik der autonomen Herz-Kreislaufprozesse hinreichend repräsentieren und eindeutig beschreiben, und wobei hierzu jeweils entweder die EKG-Signale, durch mindestens eine entsprechende EKG-Ableitung, kontinuierlich registriert werden, welche mit den simultan dazu erfassten und mit der jeweiligen Herzaktion korrespondierenden Blutdruckkurven in einem zeitsynchronem Zusammenhang stehen und welche durch mindestens einen Blutdrucksensor an einem diesbezüglichen arteriellen Ableitort aufgenommen werden, oder wobei alternativ dazu, auch eine kontinuierliche und simultane Erfassung von mindestens zwei an unterschiedlichen arteriellen Ableitorten gemessenen Blutdruckkurven mit Hilfe mehrerer Blutdruck-Sensoren erfolgen kann, und dass daraus mindestens ein diesbezüglicher Kontrollparameter z.B. in Form der Herzrate (HR), welcher entweder aus den jeweiligen RR-Intervallen oder der jeweiligen Pulsfrequenz gewonnen wird, und dass weitere Kontrollparameter hinsichtlich der Druck- bzw. Volumen-Regulation aus den gemessenen Blutdruck-Kurven bzw. aus zusätzlichen volumetrischen Messungen gewonnen werden und dass weitere Kontroll-Parameter bezüglich der belastungsabhängigen Regulationsprozesse der Organkreisläufe aus zusätzlichen ergometrischen Messdaten entsprechend bestimmt werden.
Vorteilhaft kann die zeitsynchrone und kontinuierliche Detektion von EKG-Signalen von mindest einer Ableitposition nach einer der bekannten Ableitmethoden (Frank, Einthoven, Wilson u.a.) im Zusammenhang mit der Ableitung der jeweils mit jedem Herzschlag korrespondierenden arteriellen Pulskurven von mindestens einem Ableitort (z.B. A. radialis, A. femoralis u.a.) erfolgen, wobei entsprechende Verfahren zur Digitalen Datenakquisition und Messdatenaufbereitung Anwendung finden.
Die bestimmte Zuordnung der spezifischen prozessualen Eigenschaften des Herz-Kreislauf-Systems bezüglich ihrer dynamischen Qualität zu entsprechenden mathematischen Modellen, welche die wesentlichen physiologischen Eigenschaften adäquat repräsentieren, ist dadurch gekennzeichnet, dass hierbei entsprechende Modelle, Simulationsverfahren, Repräsentationsverfahren und Analyseverfahren der Nichtlinearen Dynamik und/oder der Synergetik Verwendung finden, und in welche die entsprechenden physiologischen Zustandsvariablen und/oder Kontrollparameter als bestimmte Observable (Messgrößen) eingehen und entsprechend verrechnet werden und, wobei die hierzu notwendige Schnittstelle zur Prozess-Interaktion einerseits durch die bezeichneten Sensoren und andererseits durch entsprechend ausgebildete Mittel wie z.B. verschiedene Applikatoren und/oder Aktoren zur Intervention und/oder Provokation und/oder Simulation der zu erzielenden kreislaufphysiologischen Wirkungen gekennzeichnet ist.
Beschreibung der verwendeten Messgrößen Aufbereitungsverfahren gemäß Schritt 2:
Aufgrund der Möglichkeit einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der nachgeschalteten Repräsentations- und Analyse-Verfahren durch bestimmte Artefakte und Rauscheinflüsse sowie die hohe Empfindlichkeit mancher Algorithmen gegenüber numerischen Fehlern, muss die Art und Qualität der Messgrößen Aufbereitung besonderen Anforderungen genügen. Die Aufbereitung der Messdaten z.B. durch bekannte rauschreduzierende Methoden ist deshalb meist ungeeignet, da bei den hier untersuchten Nichtlinearen Prozessen das Superpositionsprinzip nicht mehr gilt. Insbesondere ist die gebräuchliche Tiefpass-Filterung, welche einer gleitenden Mittelwertbil dung entspricht in diesem Fall nicht anwendbar, da sie z.B. dazu beitragen kann, dass damit die Attraktor-Dimension fälschlicherweise erhöht wird. Wegen der Breitbandigkeit chaotischer Verfahren ist auch eine Filterung im Frequenzraum kein geeignetes Verfahren, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern. Somit werden zur Lösung dieses Problems zwei unterschiedliche Strategien und Verfahren eingesetzt. Einerseits erfolgt eine Signalaufbereitung gemäß Schritt 2 zunächst im Signalraum nach den erfindungsseitig festgestellten optimalen Bedingungen und andererseits werden nötigenfalls weitere Verfahren zur Artefakt- bzw. Rausch-Reduktion in Verbindung mit dem später erfolgten Verarbeitungsschritt der Zustandsraum Rekonstruktion gemäß Schritt 4 angewendet. Meist werden bereits mit der eingesetzten Signalaufbereitung hinreichend artefaktarme und rauscharme Zeitreihen gewonnen werden. Falls die noch nicht ausreicht, kann vorteilhaft eine zusätzliche Karhunen-Loeve-Transformation im Zustandsraum durchgeführt werden.
Zu Schritt 2: ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem vorangehenden Schritt zeitsynchron und parallel registrierten Messgrößen in der Weise aufbereitet werden, dass diese die bezüglich der nachfolgenden Verfahrensschritte verbundenen Anforderungen hinreichend erfüllen insbesondere,

– dass zur Erreichung der für die Auswertung notwendigen zeitlichen Auflösung die Abtastrate für beide Eingangssignale EKG(t) und P(t) bei weitem über der hierbei üblichen regulären Abtastrate (z.B. nach der Shannon-Nyquist- Bedingung) liegen muss. Bei der verwendeten Ausführungsform beträgt die Abtastrate über 3000 Hz. Die auflösbaren Zeitschritte sollten kleiner als 0.3ms sein und,
– dass die Signalakquisition und Aufbereitung entsprechende Mittel zur Vermeidung bzw. Verminderung von Artefakten auf weist, insbesondere, dass damit möglichst rauscharme und artefaktarme Zeitreihen mit hoher Zeitauflösung und Spannungsauflösung sowie niedrigem Digitalisierungsrauschen evaluiert werden, und
– dass weitere Verfahrensschritte vorgesehen sind, wodurch die Effizienz und Qualität der Signalaufbereitung und ihre Eignung zur erfolgreichen Zustandsraum-Repräsentation anhand der mit den nachfolgenden Verfahrensschritten erzielten Ergebnissen beurteilt werden kann, wie z.B. anhand bestimmter topologischer bzw. dynamischer Eigenschaften bzgl. der Attraktor-Rekonstruktion, und
– dass bei der Signalaufbereitung der Rohsignale bestimmte Glättungsalgorithmen z.B. N-Punktglättungen eingesetzt werden, wobei weitere Untersuchungsmethoden Anwendung finden, welche die Auswahl der jeweils geeigneten und für die erzielbare Messgenauigkeit der Trigger- Zeitmarken bedeutsame kritischen Punktzahl N ermöglichen, und
– dass entsprechende Timing Verfahren vorgesehen sind, welche zur Gewinnung der entsprechenden Zeitmarken für die Bestimmung der Auftrittszeiten sowohl der verschiedenen EKG-Komponenten (wie z.B. R-Zacke, p-Welle, T-Welle, late potentials u.a.) sowie entsprechender Abschnitte (wie z.B. der betreffenden Steigungsmaxima, ST-Strecken u.a.) und der verschiedenen Pulskurven-Komponenten (wie z.B. Systolisches Maximum, Diastolisches Minimum, Maximum der Dikroten Welle), sowie entsprechender Abschnitte (wie z.B. der betreffenden Steigungsmaxima, Systolische, Diastolische Intervalle sowie Intervalle zwischen Systole und Dikroter Welle) geeignet sind.

Beschreibung der bezeichneten Timing-Verfahren gemäß Schritt 2 und 3:
Die genaue Ableitung der Zeitmarken ist u.a. eine besonders kritische Bedingung für die erfolgreiche Anwendbarkeit des Verfahrens ist, wobei als Timing Verfahren die herkömmlichen Trigger-Verfahren (wie z.B. nach der Schwellenwertmethode) aufgrund der individuell und interindividuell auftretenden Pulskurven-Formvariabilitäten sowie aufgrund der unterschiedlichen Dynamiken von EKG- und Puls-Signalen sowie verschiedener Artefakte und Baseline-Schwankungen oder Offset-Anteilen für den Einsatz bezüglich des beanspruchten Verfahrens nicht geeignet sind, da diese einerseits zu einem hierbei unzulässig großem time-jitter und auch zu falschen Zeitmarken führen können. Mit dem beanspruchten Timing Verfahren wurde das Problem einer weitgehenden Unabhängigkeit von der jeweils auftretenden Pulskurven-Variabilität, verschiedenen Artefakten und Baseline-Schwankungen gelöst, wodurch eine sichere Ableitung der wahren Triggermarken mit einem time-jitter unterhalb der jeweils auflösbaren Zeitschritte erreicht wird.

a. Bei einer Ausführungsform werden statt der üblichen Schwellenwerte in Form von vorherbestimmten Signalamplituden entsprechende vorherbestimmte Steigungen gewählt und diese als Steigungs-Schwellenwerte (ΔU(t)/Δt) = Si (i = 1 ...n) eingestellt. Im Fall einer ansteigenden Signalflanke dienen diese Si als entsprechende Trigger Kriterien. Im Verlauf des Timing Verfahrens tastet ein jeweils vorherbestimmtes konstantes Zeitfenster (Suchfenster Δt) das jeweilige Signal mit den durch die Abtastfrequenz bedingten Zeitschritten ab. Dabei wird jeweils die im konstanten Zeitintervall akut auftretende Steigung ermittelt und mit dem vorgegebenen Steigungs-Schwellenwert Si verglichen. Beim Überschreiten des Steigungs-Schwellenwertes wird eine diesbezügliche Triggermarke gesetzt. Im Fall des EKG-Signals kann die Steigungs-Schwelle so eingestellt werden, dass die Triggerung z.B. in dem Zeitpunkt der Maximalen Steigung der R-Zacke erfolgt. Falls dies erforderlich ist, lassen sich damit auch einzeln oder in Kombination die entsprechenden Zeitmarken und Auftrittszeiten der maximalen Steigungen für die weiteren EKG-Komponenten gewinnen. Im Fall des Puls-Signals kann entsprechend auf den größten systolischen Anstieg bzw. auf den dikroten Anstieg getriggert werden. Die Wahl der entsprechend geeigneten Steigungs-Schwellenwerte sowie des Zeitfensters erfolgt durch vorangegangene empirische Untersuchungen. Zum Ausschluss von fehlerhaften Mehrfach-Triggerungen innerhalb derselben Herzaktion wird nach erfolgter erstmaliger Schwellenüberschreitung der Vorgang für eine bestimmte Zeitdauer gesperrt.
b. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Timing Verfahren zur exakten und vor allem eindeutigen Bestimmung der jeweiligen Auftrittszeiten für die entsprechenden Extremwerte (Maxima bzw. Minima) der korrespondierenden EKG- und Pulssignale eingesetzt wobei außerdem eine Bestimmung der jeweils zugehörigen Maxima bzw. Minima der Blutdruck-Amplitudenwerte (z.B. Systolischer-, Diastolischer-Druck und Druckamplitude der Dikroten Welle) erfolgt. Hierzu wird mit Hilfe eines gefensterten Extremwert-Suchverfahrens beim Auftreten der jeweils abgeleiteten Trigger-Zeitmarke ein entsprechend vorherbestimmtes zeitliches Suchfenster eingestellt und das jeweils in diesem Suchfenster auftretende Signal-Maximum bzw. Minimum detektiert. Die frei wählbare Breite des jeweiligen optimalen Suchfensters ergibt sich aufgrund einer vorangehenden empirischen Bestimmung der entsprechenden Pulsbreiten für die entsprechenden Signal-Komponenten des EKG- bzw. Puls-Signals. Mit Hilfe dieser gefensterten Max.- bzw. Min. -Detektion ist demnach eine eindeutige und sichere Bestimmung der Auftrittszeiten und Amplituden aller gewünschten Signal-Komponenten mit der erforderlichen zeitlichen Genauigkeit gegeben.
c. Aufgrund der in beiden Ableitungen auftretenden prinzipiell unterschied-lichen Signalform z.B. der R-Zacke des EKG im Verhältnis zur Systolischen Pulskurve ist eine exakte Detektion der Auftrittszeit für das im Verhältnis zur R-Zacke viel breiter ausgeprägte Systolische Maximum grundsätzlich mit einer größeren Ungenauigkeit behaftet. Um hingegen eine optimale PTT-Zeitmessung zu erhalten, werden im Fall der mit dem EKG korrespondierenden Pulskurven die Zeitmarken für die Auftrittszeit des größten systolischen Anstiegs (max. Steigung) verwendet. Hierzu wird bei einer Ausführungsform nach der unter a. beschriebenen Methode nach dem Steigungs-Schwellenwert verfahren. Bei einer weiteren Ausbildungsform wird nach einer vorangehenden entsprechenden Signalglättung die Pulskurve differenziert und dann auf das differenzierte Puls-Signal das unter b. beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Auftrittszeit für das Maximum eingesetzt. Damit ist ebenso die Auftrittzeit für die maximale Steigung einer jeden Komponente der Pulskurve zu ermitteln.
d. Bei der Signalaufbereitung werden insbesondere die Rohsignale der Puls-kurven einer entsprechenden Glättung unterzogen. Hierbei werden die jeweils eingesetzten bekannten Glättungsalgorithmen hinsichtlich der Erzielung eines Beringst möglichen time-jitters empirisch optimiert. Hierzu werden die jeweils erzielbaren time-jitter unter den wechselnden Bedingungen der Signal- aufbereitung zuvor bestimmt. Auf der Grundlage dieser Daten werden dann entsprechende Optimierungsverfahren durchgeführt und validiert. Dieser Verfahrensschritt ist notwendig aufgrund der multiplen Abhängigkeit des jeweils auftretenden time-jitters und der diesbezüglichen kritischen Zeitmessung u.a. von der vorgegebenen Pulsform, der gewählten Abtastrate und Glättungs-stufe in das beanspruchte Verfahren. Bei einer Ausführungsform hat sich z.B. unter Verwendung einer Abtastrate von 3KHz für die Bestimmung der Auftrittszeit des systolischen Maximums eine Punktglättung mit einer Glättungsstufe von 20 bis 24 Punkten als optimal erwiesen. Hierbei blieb die maximal auftretende zeitliche Abweichung unterhalb von 0.3ms und damit unterhalb eines einzelnen Abtast-Zeitschrittes.
e. Mit dem folgenden Schritt werden nun aus den aufbereiteten EKG-Signalen sowie den simultan erfassten Pulskurven und den dazu jeweils ermittelten Zeitfolgen der bezeichneten Trigger-Zeitmarken die entsprechenden Prozessparameter bestimmt, welche das kardiovaskuläre Systemverhalten kennzeichnen und diese bezüglich ihrer charakteristischen synchronen zeitlichen Entwicklung mittels weiterer nachgeschalteter Repräsentations- sowie Analyseverfahren weiterverarbeitet.

Zu Schritt 3: ist dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte simultane Zeitreihen ausgewiesen und entsprechend spezifiziert werden, welche aus den mit den vorangehenden Schritten zuvor entsprechend aufbereiteten Messdaten mit Hilfe der bezeichneten a. Timing Verfahren zur Feststellung der bestimmten Auftrittszeiten bezüglich bestimmter Signalkomponenten entsprechende Tachometrische Zeitreihen erstellt werden, im Besonderen:

a. Tachometrische Zeitreihen bezüglich der Herzratenvariabilität HRV(ti) bzw. RR(ti)- Tachogramm und/oder weitere EKG-spezifische Zeitintervall-Tachogramme wie z.B. PQ(ti), ST(ti) und/oder weitere Auftrittszeit-Tachogramme P(ti), R(ti), T(ti) innerhalb eines jeden EKG-Komplexes und/oder bezüglich der Puls-Transitzeit-Variabilität PTTV(ti) und/oder weiterer Pulskurven- spezifische Zeitintervall- bzw. Auftrittszeit-Tachogramme hinsichtlich der Systolischen-, Diastolischen- Komponente sowie der Dikroten Welle u.a. und, – dass außerdem bestimmte b. Parametrische Zeitreihen erstellt werden, wobei die diesbezüglichen Parameter, Kennwerte oder Merkmale aufgrund bestimmter Parameter Evaluierungsverfahren ermittelt werden, im Besonderen: Parametrische Zeitreihen bezüglich der Blutdruckkurven erstellt werden, wobei bestimmte kennzeichnende Parameter anhand der absoluten bzw. relativen Blutdruckwerte und/oder anhand von bestimmten, die Pulsform betreffenden Merkmale evaluiert werden, z.B. dadurch, dass bestimmte ausgezeichnete Werte des systolischen, diastolischen-Blutdrucks sowie die Maximal-Amplituden der Dikroten Welle herangezogen und auf bestimmte Weise verrechnet werden, indem die diesbezüglichen Druckdifferenzen, Druckquotienten und/oder die Integralwerte eines bestimmten Flächensegmentes ermittelt werden und/oder indem daraus bestimmte Differenzen oder Quotienten gebildet werden und/oder dass durch Anwendung bekannter nachgeschalteter Signal-Analyseverfahren (z.B. Fourier-Analyse, Korrelationsanalyse, Wavelet-Analyse u.a.) bestimmte ein- bzw. mehrdimensionale Pulsform-spezifische Merkmale gewonnen werden, welche z.B. in Form von entsprechenden Merkmalvektoren und/oder Merkmalräumen zusammengefasst werden, welche als bestimmte Parametrische Zeitreihen die sukzessive Entwicklung der Pulsform-Variabilität in signifikanter Weise wiedergeben.

Beschreibung der bezeichneten Zeitreihen-Repräsentationsverfahren gemäß Schritt 3 (Zeitreihen Repräsentationen der verschiedenen Variabilitäten):
a. Tachometrische Zeitreihen: kennzeichnen verschiedene zeitdispersive Variabilitäten und Fluktuationen bzgl. bestimmter spezifizierter Zeitintervalle hinsichtlich der Auftrittszeiten verschiedener ausgezeichneter Signalkomponenten.
Hinsichtlich der Vielzahl der aufgrund des Verfahrens ermittelbaren systemspezifischen Zeitintervalle ergeben sich multiple Varianten unterschiedlicher Tachometrischer Zeitreihen.
Im Besonderen werden aus der Zeitreihe bezüglich der Auftrittszeiten aufeinander folgender R-Zacken die jeweiligen zeitlichen Abstände ermittelt.
Die zeitliche Entwicklung der hierbei auftretenden regulatorisch bedingten signifikanten Zeitdifferenzen aufeinanderfolgender R-R-Intervalle kennzeichnet somit die Herzratenvariabilität (HRV). Durch die Repräsentation des zeitlichen Verlaufs der aktuell auftretenden R-R -Intervallzeit für jeweils zwei aufeinander-folgende Herzschläge wird die HRV(ti) für i = 1 ...N Schläge) in Form eines HRV-Tachogramms dargestellt.
In entsprechender Weise wird aus der Zeitdifferenz zwischen der aus dem EKG-Signal ermittelten Auftrittszeit der R-Zacke und der mit einer entsprechenden Verzögerung erscheinenden Auftrittszeit eines bestimmten ausgezeichneten Amplituden- bzw. Steigungswertes z.B. Amplitudenmaxima der Systole oder der Dikroten Welle bzw. deren Steigungsmaxima im Verlauf einer mit der aktuellen Herzerregung korrespondierenden Pulskurve für die jeweils ausgewählte Position des arteriellen Blutdruck-Sensors die entsprechende Puls-Transitzeit (PTT) bestimmt. Die fortlaufende zeitliche Entwicklung der bei jeder Herzaktion signifikant variierenden PTT kennzeichnen somit als PTT-Variabilität PTTV= PTT(ti) die Dynamik vaskulärer Regulations- Ereignisse und kann demzufolge als PTT-Zeitreihe in Form eines PTT- Tachogramms dargestellt werden.
Im Fall einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden die HRV(ti) sowie die PTTV(ti) auch anhand von zwei an unterschiedlichen Ableitpositionen registrierten arteriellen Blutdruck-Kurven z.B. A. brachialis und A. femoralis bestimmt. Hierbei wird die HRV(ti) anhand einer ausgewählten und fortlaufend registrierten Blutdruck-Kurve aufgrund der diesbezüglichen Zeitdifferenz jeweils zweier aufeinanderfolgender Pulsschläge bestimmt, wobei z.B. die entsprechenden zeitlichen Abstände der Zeitmarken für die Auftrittszeiten konsekutiver systolischer Steigungsmaxima ermittelt werden. Die PTTV(ti) ergeben sich in entsprechender Weise durch die jeweilige Zeitdifferenz mit der die jeweilige Pulswelle zunächst den herznäheren (proximalen) und daraufhin den herzferneren (distalen) Ableitort erreicht. Die entsprechenden signifikant variierenden Zeitdifferenzen zwischen den diesbezüglichen Auftrittszeiten für die entsprechenden ausgezeichneten Amplituden- bzw. Steigungswerte aus beiden Pulskurven werden dann anhand der jeweiligen Zeitmarken ermittelt.
Die parallele und synchrone pulse- train- Repräsentation der zeitlichen Entwicklung der HRV(ti) und PTTV(ti) kann wiederum in Form zweier Tachogramm-Darstellungen erfolgen. Entsprechend wird auch beim Einsatz weiterer distal an verschiedenen Ableitpositionen angebrachter Pulsaufnehmer verfahren, wobei die entsprechenden PTT für die diesbezüglichen arteriellen Gefäßabschnitte bestimmt werden.
Im Hinblick auf eine genaue zeitliche Zuordnung bestimmter resultierender regulatorischer kardiovaskulärer Zustandsänderungen im Zusammenhang mit der Einleitung besonderer klinischer Interventionen oder im Zusammenhang mit der Fixierung der Zeitpunkte von entsprechenden Probenentnahmen bei einer begleitenden in-vitro- Labordiagnostik und/oder zur Kennzeichnung bestimmter ausgezeichneter regulatorischer Episoden können diese durch extern auslösbare Zeitmarken in den diesbezüglichen Darstellungen entsprechend markiert werden.
Des weiteren können aus den EKG-Signalen durch Anwendung des beschriebenen Timing Verfahrens weitere, die Myokard-Erregungsvorgänge kennzeichnende Zeitintervalle, wie z.B. PQ-Intervalle, QT-Intervalle, ST-Strecken und/oder QRS-Gruppen und ihre diesbezüglichen Variabilitäten bestimmt und auf unterschiedliche Weise in Form von Tachogrammen und/oder verschiedenartigen self organization feature maps repräsentiert und dargestellt werden.
b. Parametrische Zeitreihen: kennzeichnen verschiedene Parameter-dispersive Variabilitäten und Fluktuationen einerseits bzgl. bestimmter ausgezeichneter Blutdruck-Amplitudenwerte bzw. Amplituden Differenzen und/oder Amplituden Verhältnisse und andererseits bzgl. bestimmter signifikanter Pulsform-Veränderungen bei entsprechenden Pulssignal-Komponenten. (Hinsichtlich der Gewinnung entsprechender parametrischer Zeitreihen sind wiederum vielfältige Varianten möglich.)
Außer den unter a. beschriebenen Tachometrischen Zeitreihen können mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens aus den jeweiligen Pulskurven neben den genannten zeit-dispersiven Fluktuationen und Variabilitäten auch entsprechende signifikante dynamische Veränderungen der Pulsformen und Fluktuationen der Blutdrücke ermittelt werden. Bei der kontinuierlichen online- Erfassung jeder einzelnen Pulskurve lassen sich mit Hilfe entsprechender bekannter Analysemethoden und bestimmter Auswerteverfahren entsprechende klinisch relevante Kennwerte oder Prozess- Parameter gewinnen, welche ebenso in die weiter oben genauer bezeichneten Meta-Repräsentations- und Darstellungsformen eingehen. Hierbei sind u.a. die folgenden Analysen und Auswertungen denkbar:

– Feststellung bestimmter ausgezeichneter Butdruckwerte wie z.B. der Systolischen, Diastolischen und Dikroten Druckwerte und Ermittlung ihrer Variabilitäten bzw. Fluktuationen
– Zeitreihen Repräsentation der dynamischen Entwicklung der Pulskurven selbst bzw. der Entwicklung der absoluten bzw. relativen Systolischen-, Diastolischen-, und/oder Dikroten Blutdruckwerte und/oder der daraus ermittelten entsprechenden Druckdifferenzen (z.B. Δ p = p(syst) -p(diast); bzw. p(syst) -p(dikr) etc.) und/oder der entsprechenden Druck Verhältnisse (z.B. Druckwert Quotienten)
– Ermittlung von absoluten bzw. relativen Integralen Kennwerten sowie der diesbezüglichen Differenzen und/oder Quotienten aus den entsprechenden Flächensegmenten der Pulskurve und ihrer Variabilitäten und Fluktuationen
– Ermittlung von entsprechenden kennzeichnenden formspezifischen Parametern aus dem registrierten Blutdruck-Kurvenverlauf aufgrund der gesonderten oder kombinierten Anwendung bekannter Signalanalyse Verfahren (z.B Fourier- bzw. Spektral-Analyse, Korrelationsanalyse, Wavelet-Analyse u.a.) und/oder Extraktion entsprechender Merkmale sowie Erzeugung von mehrdimensionalen Merkmal-Vektoren und Bestimmung ihrer Variabilitäten und Fluktuationen (z.B. Merkmal-Vektoren in Form von Spektralamplituden bei n vorbestimmten Frequenzen (f1, f2, .., fn) bzw. durch die aus dem Puls-Signal ermittelten Werte für eine bestimmte Anzahl k der Wavelet-Koeffizienten (λ1, λ2, ..., λk) etc.)

c. Puls-train-Repräsentationen: kennzeichnen den chronologischen und zeit-korrelierten Zusammenhang multipler Tachometrischer- und Parametrischer- simultaner Zeitreihen durch ihre zeitsynchrone parallele Zusammenfassung und Darstellung. (Auch hierbei sind vielzählige Varianten möglich)

– Die komplexe Dynamik der reflektorischen Regulationsereignisse ist hinsichtlich der kardialen Ereignisse maßgeblich in der zeitlichen Entwicklung der HRV(ti) repräsentiert und wird in Form von entsprechenden Tachogrammen gemäß Abschnitt a. dargestellt. Hierzu werden die aus den diesbezüglich abgeleiteten Zeitmarken die variablen R-R-Abstände als Ordinatenwerte bei jeweils aufeinanderfolgenden Herzschlägen auf einer Zeit-Achse dargestellt.
– Die Dynamik hinsichtlich der unter der Einwirkung bestimmter vegetativer Efferenzen reflektorisch beeinflussten Myokard Erregungsvorgänge ist zudem auch in der zeitlichen Entwicklung der entsprechenden Zeitintervalle repräsentiert, welche die spezifische Myokard Erregung kennzeichnen. Entsprechend werden z.B. die PQ- bzw. QT-Intervalle und/oder ST-Strecken und/oder QRS-Gruppen ebenso durch entsprechende Tachogramme gemäß Abschnitt a. auf weiteren parallelen Zeit-Achsen dargestellt. In entsprechender Weise ergeben sich z.B die PQV(ti), QTV(ti), STV(ti) aufgrund der entsprechenden abgeleiteten Zeitmarken innerhalb einer jeweiligen Herzaktion.
– Die efferenten Einflüsse auf die Vasomotorik und ihre Dynamik sind in Form der Variabilität der akuten Pulswellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit repräsentiert, wobei sich die diesbezüglichen vaskulären Ereignisse in der zeitlichen Entwicklung der jeweiligen PTTV(ti) des durch die entsprechende Ableitposition des betreffenden Pulssensors festgelegten Gefäßabschnittes manifestieren. Die den diesbezüg lichen Gefäßabschnitten zugeordneten PTTV(ti) werden wiederum gemäß Abschnitt a. tachographisch auf einer diesbezüglichen Zeit-Achse dargestellt.
– Bestimmte zeitliche Variabilitäten hinsichtlich der hämodynamischen Determinanten, welche ebenso die Dynamik und spezifischen Ausprägung der jeweiligen Blutdruck-Kurve kennzeichnen, werden zudem durch die zeitliche Entwicklung der entsprechenden Zeitintervalle (z.B. Pulsbreite der Systolischen- und/oder Dikroten Welle und/oder Dauer der Diastole und/oder Zeitintervall zwischen der Auftrittszeit der Systole und Dikroten Welle u.a.) repräsentiert und auf entsprechende Weise gemäß Abschnitt a. tachographisch auf einer diesbezüglichen Zeit-Achse dargestellt.
– Bestimmte Pulsform-Variabilitäten in der jeweils ausgeprägten Blutdruck-Kurve werden einerseits durch die im Abschnitt b. näher bezeichneten Werte für bestimmte ausgewiesene Blutdruck-Amplituden sowie durch die entsprechenden jeweils ermittelten formspezifischen Parameter und Kennwerte in ihrem zeitlichen Verlauf als diesbezügliche Zeit-Spur dargestellt.
– Zusätzlich können ebenso alle diesbezüglich erfassten Signale selbst (EKG, Blutdruckkurven) zeitsynchron in Verbindung mit den jeweiligen Tachogrammen und den genannten daraus abgeleiteten Parametern und Kenngrößen auf weiteren Zeit-Achsen dargestellt werden.

Durch entsprechende simultane und mehrkanalige puls-train-Darstellungen aller aufgrund des Verfahrens verfügbaren tachometrischen- sowie parametrischen- Zeitreihen erhält der Anwender durch entsprechende Darstellung der jeweils ausgewählten Varianten eine entsprechende Übersicht hinsichtlich der aktuellen Variabilitäten und Fluktuationen multipler Parameter, Kenngrößen und Signale sowie ihrer zeitlichen Entwicklung, welche das kardiovaskuläre Systemverhalten kennzeichnen.
Aus den verschiedenen zeitsynchronen parallel dargestellten multiplen Zeitreihen- und Signalverläufen lassen sich bestimmte klinisch signifikante Kovarianzen, Korrelationen und/oder Trendverläufe bezüglich der kardiovaskulären Ereignisse feststellen und mit den diesbezüglichen verschiedenartigen klinischen Interventionen oder zirkulatorischen Belastungen und/oder mit weiteren zusätzlich ermittelten Vitalparametern und/oder Labordiagnostischen Daten in direkten Zusammenhang bringen. Diese Form der Repräsentation mag für viele klinische Anwendungsfälle grundsätzlich geeignet sein, die Variabilität und Stabilität des Herz-Kreislauf Systems anhand von weitgehend phänomenologisch orientierten Auswerte -verfahren zu beurteilen.
Beschreibung der bezeichneten Meta-Repräsentationen und Analyse-Verfahren gemäß Schritte 4,5,6:
Darüber hinaus werden zur gesonderten Darstellung der dynamischen Entwicklung des kardiovaskulären Systemverhaltens in Verbindung mit den synchron dazu erfassten zusätzlichen Prozess- Parametern weitere geeignete Meta- Repräsentationen erstellt wie z.B. in Form von Lorenz- Plots, Phasenräumen, Parameterräumen, Trajektorien-Plots, Poincare-Plots u.a. geeigneten aus der Systemtheorie sowie der Nichtlinearen Dynamik bekannten Mapping -Verfahren (self-organization feature maps), welche die jeweilige strukturdynamische Entwicklung kennzeichnen.
Meta-Repräsentationen: kennzeichnen verschiedene Zustandsdispersive Variabilitäten und Fluktuationen bzgl. bestimmter spezifizierter mehrdimensionaler Meta-Repräsentationen, wo bei ein entsprechender Zustandsvektor aufgrund mehrerer bestimmter ermittelter Zustands-Variablen in einem n-dimensionalen Zustandsraum und/oder durch entsprechende Rekonstruktionsverfahren ein n-dimensionaler Phasenraum und/oder entsprechende self- organizing- feature-maps gebildet werden. (Auch hierbei sind zahlreiche unterschiedliche Varianten möglich)
Die Beurteilung impliziter autonomer komplexer strukturdynamischer regulatorischer Zusammenhänge kann hingegen erst dann in Aussicht gestellt werden, wenn die maßgeblichen kardiovaskulären komplexen dynamischen Ordnungszustände aus den vorliegenden Messdaten entsprechend herauspräpariert werden und damit auch einer expliziten Exploration und Analyse zugänglich gemacht werden. Diese Ordnungszustände manifestieren sich somit in Form entsprechender Ordnungsparameter und weisen zudem eine bestimmte spezifische Abhängigkeit von bestimmten physiologischen Kontrollparametern auf. Dies geschieht Hilfe der im Folgenden beschriebenen unterschiedlichen Formen von Meta-Repräsentationen durch n-dimensionale Zustandsräume bzw. Phasenräume auf der Grundlage der gemessenen Zeitreihen, wobei durch die jeweils aktuell zugrundeliegende Dynamik ein entsprechender Fluss definiert wird, dessen Eigenschaften dann mit Hilfe einer nachgeschalten Analyse untersucht werden kann. Hierzu bedarf es entsprechend geeigneter Meta-Repräsentations-Verfahren welche die Rekonstruktion der Trajektorien, bzw. Iteriertenfolgen oder Attraktoren in einem N-dimensional eingebetteten Zustandsraum (Phasenraum) beinhalten und gegebenenfalls noch weitere zusätzliche Darstellungs-Verfahren zur Erzeugung von sog. Zustands-Portraits und Projektion auf eine entsprechend niederdimensionalere Mannigfaltigkeit zur Exploration von höherdimensionalen Zustandsräumen durch geeignete Projektionenen bzw. Abbildungen und/oder bestimmte self organization feature maps.
Die erfindungsgemäße Anwendung all dieser Meta-Repräsentations-Verfahren wird dadurch begründet, dass das Gesamtverhalten eines komplexen Systems grundsätzlich einfacher zu beobachten und zu charakterisieren ist, als eines seiner Teile d.h. aus der beschränkten Beobachtung eines einzelnen physiologischen Phänomens z.B. einer ausgewählten Signalverlaufes oder einer HRV(ti) Tachogramm-Zeitreihe erscheint das Systemverhalten undurchschaubar komplex. Die Repräsentation hinsichtlich einer größeren Gesamtheit wird durch die simultan ermittelten multiplen kreislaufphysiologischen Determinanten zu einem entsprechenden Ensemble von Daten und ihre bestimmte Form der mehrdimensionalen Meta-Repräsentation reduzieren einerseits auf signifikante Weise die Komplexität für den Beobachter und lässt andererseits die Anwendbarkeit mathematischer Analysemethoden zur Charakterisierung strukturdynamischer Systemzustände und Moden zu.
Zu 4. und 5. Schritt: Rekonstruktionsverfahren und Optimierungsverfahren zur Rekonstruktion von Meta-Repräsentationen
a. Lorenz-Plot-Repräsentationen:
Eine weitere Meta- Repräsentation welche sich aus den oben bezeichneten Intervallzeiten wie z.B. der HRV(ti)- oder PTTV(ti)-Tachogrammen erstellen lässt, bietet der sog. Lorenz-Plot. Mit dieser Repräsentations-Methode werden jeweils n aufeinanderfolgende Intervallzeiten, n = 2, 3, ...k zu einem n-dimensionalen Zustandsvektor zusammengefasst und dessen zeitliche Entwicklung im Verlauf der Untersuchung kontinuierlich erfasst wird. Für den Fall einer zwei- bzw. dreidimensionalen Darstellung des Lorenz-Plots markieren diese Zustandsvektoren entsprechende Punkte in der Fläche bzw. im Raum. Im Verlauf der zeitlichen Entwicklung der Zustandsvektoren werden im dargestellten Koordinatenraum unterschiedliche Gebiete eingenommen. Die Ausbildung charakteristischer Verteilungen, Trajektorien oder Attraktoren dient zur Charakterisierung und Kennzeichnung der jeweils durchlaufenen Dynamischer Moden, sowie u.a. zur Klassifizierung der Art der systemspezifischen Dynamik und Stabilität sowie der Unterscheidung von periodischem, quasiperiodischem, stochastischem, deterministischem oder chaotischem Systemverhalten. Somit lassen sich jeweils die entsprechenden Lorenz-Plots aus den zugeordneten und aufgrund des Verfahrens verfügbaren Tachogramm Datensätzen erstellen.
Zur Kennzeichnung von bestimmten Untersuchungsphasen oder signifikanter Episoden oder zur Zuordnung zu bestimmten Interventionen oder Belastungen können die diesbezüglichen Punkte des Lorenz-Plots entsprechend graphisch oder farblich markiert werden.
b. Parameter-Raum-Repräsentationen:
Eine weitere Meta-Repräsentation, welche sich aus den oben bezeichneten simultan erfassten tachometrischen- und/oder parametrische Zeitreihen (z.B. mehrere ausgezeichnete Blutdruckwerte bzw. Druckdifferenzen und/oder ausgewählte Pulsform-Kenngrößen und ausgewählte Intervallzeiten) zu einem n-dimensionalen Parameter-Vektor zusammenfassen. Die Parameter-Räume können entweder aufgrund der Absolutwerte der diesbezüglichen Zustandsvariablen oder auf entsprechend normierten Relativwerten basieren.
c. Zustandsraum (Phasenraum) Repräsentationen:
Bestimmte Analyseverfahren zur Evaluierung komplexer Dynamischer Zustände basieren auf der Untersuchung des Verhaltens bestimmter rekonstruierter Kreislauf Attraktoren, welche in entsprechenden rekonstruierten n-dimensionalen Phasenräumen eingebettet sind. Der Vorteil dieses Analyseverfahrens liegt darin begründet, dass sämtliche maßgeblichen Einflüsse, welche im regulativen Zusammenhang mit der aktuellen Kreislauf situation stehen, auch Teil des diesbezüglichen Attraktors im Phasenraum sind.
Grundsätzlich sind auch hierbei vielfältige Varianten der Phasenraum-Rekonstruktion denkbar. Hierbei werden zunächst diejenigen Varianten favorisiert, welche für die Kreislauf-Regulation als wesentliche und relevante Meta-Repräsentationen angesehen werden und welche aufgrund von leicht zu ermittelnder kardiovaskulärer Größe wie z.B. aus den EKG- und Puls-Signalen zu rekonstruieren sind. Liegen einem untersuchten Systemverhalten des Kreislaufes determinierte Vorgänge zugrunde, so kann der zeitliche Verlauf einer einzigen Zustandsvariablen bereits alle wesentlichen Informationen über die gesamte Dynamik des Systems enthalten, welche mit Hilfe einer Phasenraum Rekonstruktion auf signifikante Weise repräsentiert wird.
Allgemein sind zwei unterschiedliche Verfahren der Phasenraum-Rekonstruktion möglich, welche jeweils auf den Signalverlauf einer ausgewählten Zustandsvariablen angewendet werden (z.B. aus einem kontinuierlich abgeleiteten EKG- oder Pulskurven-Signalverlauf oder anhand eines kontinuierlichen Tachographischen- bzw. Parametrischen- Signalverlaufs).
Beim ersten Rekonstruktionsverfahren wird ein n-dimensionaler Phasenraum dadurch aufgespannt, dass eine Koordinate das jeweils erfasste Signal selbst enthält, wobei jede weitere Koordinate k = 2, 3, ..., n jeweils das entsprechende k-1-fach differenzierte Signal beinhaltet.
Beim zweiten Rekonstruktionsverfahren können auch entsprechend zeitlich verzögerte Signalwerte einen n-dimensionalen Zustandsvektor bilden. Hierzu muss eine bestimmte Verzögerungszeit (Delay = τ) festgelegt werden.
Da bei den beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens die anlogen Sensorsignale einer entsprechenden AD-Wandlung unterzogen werden, führt dies im Falle des ersten Rekonstruktionsverfahrens besonders bei höherdimensionalen Rekonstruktionen zu zusätzlichen Problemen. Diese ergeben sich als Folge der mit einer diskreten Abtastung einhergehenden Unstetigkeiten und der begrenzten zeitlichen Auflösung in Verbindung mit den erforderlichen numerischen Mehrfach- Differentiationen.
Aus diesem Grund wird in diesem Fall das Delay- Rekonstruktionsverfahren bevorzugt.
Delay-Rekonstruktions-Verfahren
Dieses Verfahren stellt somit eine Schlüsseltechnologie zur Rekonstruktion der N-dimensionalen Zustandsvektoren aus den gemessenen Zeitreihen dar. Da die Messung sämtlicher Zustandsvariablen des untersuchten Herz-Kreislauf-Systems praktisch unmöglich ist, besteht das Problem darin, dass a priori unklar ist, welche Messgrößen bzw. die daraus ableitbaren Zustandsvariablen die Dynamik des Systems im Wesentlichen beschreiben. Dieses Problem wird durch die Ausweisung, Spezifizierung und Gewinnung der hierfür relevanten und messtechnisch zugänglichen Zustandsvariablen nach Schritt 1. gelöst, wonach mit diesen dadurch gekennzeichneten Zustandsvariablen die entsprechenden Delay-Rekonstruktionen erfolgen können. Für die erfolgreiche Anwendung des Rekonstruktionsverfahrens ist die Wahl der jeweils zugrundegelegten Einbettungsfensters von außerordentlicher Bedeutung, damit die Rekonstruktion der Dynamik erleichtert wird. Dieses Einbettungsfenster wird einerseits durch die gewählte Einbettungsdimension D als auch durch die jeweils vorzugebende Delay-Zeit τ bestimmt, wobei die jeweilige Rekonstruktion entweder bei entsprechend vorgegebenen konstanten Werten für D oder τ oder für ein bestimmtes konstantes Produkt D × τ erfolgen kann. Da eine gelungene Rekonstruktion u.a. auch empfindlich von den jeweils verwendeten Delay-Zeiten, z.B. bei vorgegebener Einbettungsdimension, abhängt und damit auch die praktische Anwendbarkeit des gesamten Verfahrens, werden zum Zwecke einer Optimierung zusätzlich bestimmte Verfahrensschritte gemäß Schritt 4 und entsprechende Kriterien angegeben.
Bei der Delay-Rekonstruktion wird eine Delay-Zeit τ so gewählt, dass die Dynamik des Systems auf optimale Weise in Korrelation gebracht wird.
Die Wahl einer geeigneten Delay-Zeit τ erfolgt anhand von empirischen Voruntersuchungen, wobei bezüglich des ausgewählten Signalverlaufs jeweils mehrere Rekonstruktionen für verschiedene Verzögerungen τi durchgeführt werden, wobei als Auswahlkriterium die optimale Ausbreitung des Attraktors im Phasenraum dient (Optimierung der Zustandsraum Auffüllung), ohne dass es zu einer Überfaltung (Optimierung der Attraktor Topologie) kommt. Grundsätzlich ist jedoch die Dynamik des Systems unabhängig von der Art der Repräsentation. Obwohl demzufolge Koordinatentransformationen oder Variationen der Skalierung keinen Einfluss auf die Dynamischen Eigenschaften des resultierenden Attraktors haben, sollte bei der Bestimmung der Dynamischen Größen darauf geachtet werden, dass deren Eigenschaften in eine ausreichende Korrelation gebracht werden. Dies geschieht durch Wahl einer geeigneten Delay-Zeit.
Um einen Attraktor im n-dimensionalen Phasenraum zu rekonstruieren werden die beteiligten Zustandsgrößen nach dem folgenden Schema gewonnen:
x1(t) = x(t1), x(t2), ..., x(tn)
x2(t) = x(t1 + τ), x(t2 + τ), ...., x(tn)
x3(t) = x(t1 + 2τ), x(t2 + 2τ), ....., x(tn +2τ)
xN(t) = x(t1 + (N – 1)τ, x(t2 + (N – 1)τ, ......, x(tn + (N – 1)τ)
Der Zustandsvektor X zu einer Zeit ti ist somit definiert als
X(ti, τ) = (x(ti), x(ti + τ), x(ti + 2τ), ...., x(ti + (N – 1)τ))
Um einen N-dimensionalen Zustand und dessen zeitliche Entwicklung vollständig zu beschreiben, müssen diese in einem N-dimensionalen Phasenraum vorliegen, welcher durch seine Einbettungsdimension D = N gekennzeichnet ist.
Im Besonderen werden nun N-dimensionale Phasenraum-Rekonstruktionen für die kardiale Komponente aus dem EKG-Signal sowie für die vaskuläre Komponente aus dem Puls-Signal durchgeführt.
Entsprechend lassen sich auch Phasenraum-Rekonstruktionen aus den Tachometrischen- und/oder Parametrischen-Zeitreihen und/oder für entsprechende Korrelatione wie z.B. zwischen HRV(ti) und PTTV(ti)- Tachogrammen durchführen.
In analoger Weise erfolgt demnach z.B. eine diesbezügliche Tachometrische Phasenraum Rekonstruktion nach der beschriebenen Zeitversatz-Einbettung (Delay-Rekonstruktion). Aus einem einzelnen Tachogramm-Verlauf lassen sich auf diese Weise n-Kurvenverläufe gewinnen, welche mit einer Verzögerung (Delay = τ) gegeneinander verschoben sind. Entsprechend lässt sich zu einem vorbestimmten Auftrittsintervall ti ein Zustandsvektor Xti, τ bestimmen:
Xti,τ = (x(ti), x(ti + τ), x(ti + 2τ), K, x(ti + (n – 1)τ))
Jeder entsprechende Vektor definiert somit einen Raumpunkt in einem entsprechend dimensionierten Phasenraum.
Liegt im Fall der mit dem Verfahren untersuchten kardiovaskulären Dynamik ein komplex determiniertes Regulationsverhalten vor, dann füllen die sich im Prozessverlauf konstituierenden Raumpunkte nicht den gesamten Phasenraum aus (wie z.B. bei rein stochastischem Verhalten), sondern bilden entsprechende, die Dynamische Struktur kennzeichnende Unter-Mannigfaltigkeiten, welche die aktuell vorherrschenden strukturdynamischen Gegebenheiten repräsentieren. Unter Anwendung der in Abschnitt () näher beschriebenen Analysemethoden, können bestimmte strukturdynamische Zustände und Zustandsänderungen beobachtet identifiziert und im Sinne ihrer kreislaufdiagnostischen Relevanz beurteilt werden.
Grundsätzlich lassen sich mit Hilfe des beschriebenen Phasenraum-Rekonstruktions-Verfahren beliebig hochdimensionale Einbettungs-Dimensionen wählen. Wie die erfindungsseitige Erkenntnis zeigt, ergibt sich die praktisch günstigste Auswahl einer im Sinne der Bestimmung von Strukturmerkmalen besonders geeigneten Einbettungsdimension anhand von Untersuchungen der unter den Analyseverfahren beschriebenen Korrelationsdimensions-Analyse, oder Lyapunev-Exponenten und ihrer Abhängigkeit von der jeweils zugrundegelegten Einbettungsdimension. Diese Untersuchungen, welche von N = 3 bis zu einer 40-dimensionalen Einbettung durchgeführt wurden, zeigten, dass signifikante Zustandsänderungen meist bei einer gewählten Einbettungsdimension von über 10 erkennbar waren.
Hinsichtlich der Optimierung von τ bzw. D heben die bezeichneten Attraktor basierten Optimierungsverfahren darauf ab, dass bei der jeweiligen Einbettung eines Attraktors im Zu standsraum dessen a. statische Eigenschaften (Topologie, Geometrie) jeweils optimal repräsentiert werden.
Mit dem Verfahren zur Volumenmaximierung wird die empirische Beobachtung ausgewertet, dass im Fall zu kleiner τ der rekonstruierte Attraktor kollabiert (z.B. in Form eines langgezogenen Hyperellipsoid), während sich bei zu großem τ die Struktur ausdehnt, bis sie einem Hyperwürfel ähnelt. Daneben können auch weitere Bewertungskriterien vorteilhaft angewendet werden, wie z.B. die Bestimmung des Füllfaktors oder der rekonstruierten Signalstärke (RSS). Dem ersten Maximum dieser Bewertungsfunktion als Funktion von τ entspricht dann ein optimales τ.
Vorteilhaft können auch Verfahren zur Optimierung der Einbettung eingesetzt werden, welche das Prinzip der Topologie-Erhaltung nutzen. Im Idealfall rauschfreier und beliebig langer Zeitreihen bleibt die Topologie des Original-Attraktors erhalten, woraus ein weiteres topologisch begründetes Kriterium ableiten lässt. Bei hinreichender Einbettung bleiben die Nachbarschaftsverhältnisse der Attraktoren unverändert (Invarianz), wenn die Einbettungsdimension erhöht wird. Bei unzureichender Einbettung hingegen kann sich die Topologie ändern. Die Detektion derartiger Topologie-Änderungen kann im Sinne des Verfahrens mit dem Wabernprodukt oder nach der Methode der falschen Nachbarn erfolgen. Aufgrund der Attraktor-basierten Optimierungsverfahren können somit optimale Paare für D, τ ermittelt werden.
Des weiteren können auch b. Dynamik-basierte Optimierungsverfahren vorteilhaft eingesetzt werden, wobei diejenigen dynamischen Eigenschaften genutzt werden, welche den zeitlichen Ablauf der Trajektorien-Bewegung im Zustandsraum charakterisieren. Das Prinzip dieser Form der Optimierung greift auf den deterministischen Charakter der einem Attrak tor zugrundeliegenden Dynamik zurück. Hierzu wird als ein zuverlässiges Kriterium die Größenordnung des Lyapunov- Exponenten λ ausgenutzt. Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn die Flüsse im Zustandsraum nur eine geringe Divergenz aufweisen, d.h. für nicht zu große λ.
Zu Schritt 6: Darstellungsverfahren und Zustandsprojektionen Um auch zu einer geeigneten graphischen Repräsentation von höherdimensional eingebetteten (N größer 3) zu gelangen, welche eine unmittelbare Inspektion und Exploration der jeweils erzeugten Attraktor-Topologie bzw. des zeitlichen Verlaufs einer bestimmten aktuellen Trajektorien-Entwicklung und Attraktor-bildungen ermöglichen sollen, werden entsprechende Verfahren zur Dimensions-Reduktion eingesetzt.
Diese sind beschrieben als:

a. Zustandsprojektionen (Zustandsportrait) höherdimensionaler Attraktoren auf eine 2D bzw. 3D- Mannigfaltigkeit. Hierbei werden die Punkte des Attraktors durch eine 2D Fläche projiziert, wobei das Skalarprodukt eines Punktes mit zwei Einheitsvektoren gebildet wird, welche die Ebene aufspannen. Die beiden Ergebnisse dieser Produktbildung ergeben die Koordinaten in der Ebene, durch die der Punkt im Zustandsraum repräsentiert wird.
b. Isoshell-Projektionen : Eine 2D-Darstellung des Attraktors kann allgemein mit jedem Paar von Funktionalen erzeugt werden, die auf dem Zustandsraum definiert sind. Die spezielle Wahl eines solchen Funktionals ist der Abstand zu einem Referenzpunkt auf der Trajektorie. Mit einer solchen Wahl wird allen Punkten aus einer Hyper-Kugelschale um den Referenzpunkt der gleiche Wert zugeordnet (Isoshell-Projektion).
c. Poincare-Schnitte: Dies betrifft ein weiteres Verfahren zur Reduktion der darzustellenden Flüsse im Zustandsraum, durch zeitliche Diskretisierung. Die Abtastung des Flusses beim Durchstoßen durch eine Hyperfläche im Zustandsraum führt zu einer Dimensionsreduktion um eine Dimension. Die dabei entstehenden Schnitte werden als Poincare-Schnitte bezeichnet
d. Rekurrenz-Abbildung: Dieses Darstellungs-Verfahren ist geeignet, die Konstanz der Kontrollparameter in den ermittelten Zeitreihen zu beurteilen. Ausgangspunkt dieses Darstellungsverfahrens ist die Eigenschaft der Attraktoren, dass eine Trajektorie im Zustandsraum im Laufe der zeitlichen Entwicklung immer wieder in eine ε-Umgebung eines Referenzpunktes gerät (Rekurrenz). Voraussetzung dafür ist, dass der Referenzpunkt zu dem Attraktor gehört, gegen den die Dynamik konvergiert. Das Verfahren ist vorteilhaft dann einzusetzen, wenn damit eine Beurteilung von periodischem und nicht-stationärem Verhalten, wie z.B. zur Identifikation von bestimmten kreislaufphysiologischen Zuständen und Zustandsänderungen erfolgen soll. Ein besonderes Merkmal kann daraus gewonnen werden, dass im Falle von periodischem Regulationsverhalten in der Rekurrenz-Abbildung entsprechende Linienstrukturen erzeugt werden, welche parallel zur Diagonalen sind. Anhand dieser äquidistanten Linien lässt sich die aktuelle Periodendauer leicht ermitteln. Im Fall eines Überganges zu nichtstationärem Verhalten zeigen sich signifikante Verdichtungen dieser Linien um die Diagonale. Durch die Inspektion der jeweils auftretenden Veränderungen in dieser Abbildung lassen sich Modenwechsel (Phasenübergänge) besonders leicht identifizieren.

Bei allen unter a. bis d. genannten Darstellungs-Verfahren lassen sich außerdem geeignete graphische bzw. farbliche En kodierungsverfahren vorteilhaft zur Kennzeichnung und Markierung bestimmter Phasen oder Episoden im Zuge einer kontinuierlichen Kreislaufüberwachung vorteilhaft einsetzen.
e. Weitere nicht-dynamische Repräsentationsverfahren:
Darüber hinaus lassen sich auf die genannten dynamischen Repräsentationen zusätzlich die bekannten statistischen Verfahren mit entsprechenden Repräsentationsmethoden vorteilhaft anwenden, wie z.B. die Analyse der Häufigkeitsverteilungen für die entsprechenden Auftrittzeiten hinsichtlich der abgeleiteten Zeitreihen mittels entsprechender Histogramm-Darstellungen z.B. HRV(ti)-, PTTV(ti)-Histogramm u.v.a.m.
Zu Schritt 7 und 8: Analyse-Verfahren:
Dieser umfasst die Analyse-Verfahren zur Gewinnung von geeigneten signifikanten und repräsentativen strukturdynamischen Maßen und Fluktuationsmaßen bzgl. veränderter Attraktor Lagebeziehungen für die klinische Anwendung bei der Kreislaufdiagnostik und Überwachung.
Konzeptueller Hintergrund der beanspruchten Analyseverfahren
Die bisher bekannten Verfahren zur in vivo Diagnostik und Überwachung von Kreislauffunktionen basieren im Wesentlichen auf einer phänomenologischen Bewertung explizit zugänglicher Vitalparameter in Verbindung mit entsprechenden statistischen Analysemethoden wie z.B. aus den normalen EKG- und Blutdruck-Daten. Eine systemische Beurteilung der implizit ablaufenden komplexen autonomen regulatorischen Vorgänge und ihrer adaptiven und auf komplexe Weise miteinander vernetzen physiologischen Systemzusammenhänge ist damit jedoch nicht möglich. Um entsprechende Voraussetzungen für eine im Hinblick auf die Abbildung und Unterscheidung aktueller dynami scher Kreislaufzustände geeignete Methode zu schaffen, werden die diesbezüglichen Messdaten in adäquater Weise aufbereitet und repräsentiert. Die im folgenden beschriebenen Analyseverfahren stützen sich somit auf diese entsprechenden und zuvor rekonstruierten Repräsentationen bzw. Meta-Repräsentationen. Auf der Grundlage dieser hochdimensionalen Zustandsvektoren und der zeitlichen Entwicklung der jeweiligen Trajektorienverläufe und Attraktororbitale erfolgt dann die Gewinnung klinisch relevanter systemischer strukturdynamischer Merkmale bzw. Kennwerte wie z.B. des aktuellen Strukturierungsgrades und/oder bestimmter Komplexitätsmaße und/oder bestimmter Dynamischer Stabilitätsmerkmale und/oder bestimmter Kennwerte bzw. Merkmale zur Verlaufsbeobachtung bestimmter Attraktoreigenschaften.
Der besondere Vorteil all dieser beanspruchten Analyseverfahren ist darin zu sehen, dass dadurch empirisch generalisierbare systemspezifische Aussagen über das kollektive kooperative prozessuale Systemverhalten gewonnen werden können, ohne dass die Kenntnis über alle hierbei involvierten physiologischen Subsysteme und deren Interaktion im Einzelnen vorausgesetzt werden muss. Die Analyseverfahren haben somit zum Gegenstand:

– die Vermessung von Zuständen der Kreislaufregulation im Phasenraum zur Gewinnung von Aussagen über die raumzeitlichen Beziehungen der Attraktor-Orbitale zueinander
– die Analyse von metrischen Beziehungen im Phasenraum zur Kennzeichnung eines daraus abgeleiteten Maßes zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung von durchlaufenen Kreislaufzuständen. Diese umfassen im Besonderen: a. die Bestimmung der Korrelationsdimension, b. die Bestimmung des Lyapunov-Exponenten bzw. der Kolmogorow-Entropie bzw. der lokalisierten Lyapunov-Exponenten c. des Ortsvektor-Verlaufs d. der Attraktorlage-Parkettierungsfläche, welche entweder einzeln oder im Zusammenhang bei der Durchführung des Analyseverfahrens ermittelt werden, wobei
– die Bestimmung der Korrelationsdimension als signifikanter Kennwert zur Beurteilung strukturdynamische Ordnungsparameter in Abhängigkeit von der jeweils vorgegebenen (gewählten) Einbettungsdimension genutzt wird, und
– die Bestimmung der Lyapunov-Exponenten (exponentielle Divergenz) als signifikanter Kennwert, in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Einbettungsdimension, zur Beurteilung des Entwicklungsverlaufs der akut vorherrschenden dynamischen Komplexität des Herz-Kreislauf-Systems genutzt wird, und
– die Bestimmung der Attraktorlage-Parkettierungsfläche als geignetes Strukturmaß zur Verfolgung der Attraktor-Entwicklung genutzt wird, und
– die Bestimmung der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen der betreffenden Intervallzeit-Variabilitäten vorteilhaft zur Kennzeichnung und Monitoring der akuten dynamischen Fluktuationen und der Kreislaufstabilität genutzt wird.

Die o.g. Analyseverfahren können außerdem in ihrer jeweiligen Korrelation mit weiteren physiologischen Parametern und Laborwerten: wie z.B. Korrelation mit der Herzrate, Blutvolumen bzw. Flow, Serum-Natriumwerten, sowie weiterer kreislaufbezogener Belastungsgrößen und/oder bestimmten physiologischen Kontrollparametern zur Diagnostik und Überwachung der Abhängigkeiten der Kreislaufregulation von spezifizier ten endogenen bzw. exogenen Belastungen sowie der Feststellung und Abschätzung regulatorischer bzw. deregulatorischer Bereiche bzw. von kompensatorischen bzw. dekompensatorischen Episoden vorteilhaft eingesetzt werden.
a. Korrelationsdimensions Analyse:
Ein Mittel zur Analyse der jeweils auftretenden Attraktor-Orbitale stellt die Bestimmung ihrer Dimension dar. Unter den akut vorherrschenden bzw. wechselnden regulatorischen Aktivitäten kann sich z.B. während einer transienten Phase die Anzahl der Variablen, welche die jeweilige Einbettungsdimension festlegen, auf signifikante Weise erniedrigen. Die Bestimmung der aktuellen von einem System im Phasenraum eingenommenen Dimension ist demnach geeignet, ein signifikantes Maß für die beteiligten dynamischen Moden und ihrer Übergänge abzugeben. Dies ist besonders von Vorteil, da die Dimension eines Attraktors eine Eigenschaft besitzt, die gegenüber Maßstabsveränderungen invariant ist und demnach die jeweils praktisch ausgewählte Repräsentation und Darstellung keinen Einfluss auf die Dynamik des Systems hat. Inzwischen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet die folgenden Dimensionsvarianten aus der Theorie der Komplexen Dynamik bekannt: Kapazitäts- und Hausdorff-Dimension, Informationsdimension, Korrelationsdimension. Diese und weitere zukünftige Varianten können prinzipiell im Sinne des Verfahrens zur Dimensionsanalyse herangezogen werden. Bei den hier dargestellten Ausführungsformen wurde zunächst die Korrelationsdimension verwendet. Dieser Dimensionsdefinition liegt die Korrelationssumme zugrunde, welche angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit der Abstand zweier beliebig ausgewählter Trajektorienpunkte kleiner r ist. Da die Berechnung der Korrelationssumme mit einem größeren Rechenaufwand verbunden ist, wird in diesem Fall zur Berechnung der Korrelationsdimension ein vereinfachter und effizienter Algorithmus nach Grassberger und Procaccia verwendet.
b. Lyapunov-Exponent
Ein weiteres Maß für das Stabilitätsverhalten der jeweils bestimmten Trajektorien des untersuchten Dynamischen Systems der Kreislaufregulation ist der Lyapunov-Exponent (λ). Bei der Bestimmung von λ wird das exponentiell divergente Verhalten benachbarter Trajektorien im Phasenraum genutzt. Dieses Verfahren gestattet somit Aussagen über die Trajektorien zueinander, wobei die jeweilige Dynamik der Kreislaufregulation anhand des Grades seiner exponentiellen Divergenz unterschieden und entsprechend klassifiziert werden kann, woraus sich klinisch relevante Kriterien hinsichtlich der dynamischen Stabilität des Kreislaufs ableiten lassen. In der theoretischen Dynamik nichtlinearer Systeme lässt sich λ aus den Bewegungsgleichungen der Dynamik bestimmen. Im Fall von physiologischen Messwerten besteht die Schwierigkeit, dass die systemkennzeichnenden Differentialgleichungen prinzipiell unbekannt sind. Für die Bestimmung von λ anhand der jeweils gemessenen Zeitreihen wird deshalb die von A. Wolf (Lit.) für reine Zeitreihen vorgeschlagene Berechnung verwendet.
c. Ortsvektor-Verlauf
Die Bestimmung der Attraktorlage anhand der Ortsvektoren der Trajektorien weist den Vorteil auf, dass auch im Fall hochdimensionaler Attraktoren, welche sich prinzipiell einer direkten graphischen Repräsentation durch dreidimensionale räumliche Darstellungen entziehen, dennoch eine Verlaufsbeobachtung signifikanter Veränderungen der Attraktor-Entwicklung im Zusammenhang mit wechselnden regulatorischen Episoden anhand einer einzigen skalaren Kenngröße in Form des Betrages des Ortsvektors ermöglicht wird. Im Fall einer Ausführungsform wird der zeitliche Verlauf des Ortsvektors zur kontinuierlichen Kreislaufüberwachung (Monitoring) bzw. zur Belastungs-Analyse vorteilhaft eingesetzt.
Aus einer Zeitversatzeinbettung mit n > 3 resultieren mehrdimensionale Punkte, die sich nicht anschaulich darstellen lassen, um mögliche klinisch relevante Merkmale zu erkennen und zu bewerten. Daher muss eine Dimensionsreduzierung vorgenommen werden, um ein Abbild der Attraktor-Entwicklung deutlich zu machen. Dies kann indirekt über die Lage der aktuellen Trajektorie des Attraktors über dessen Ortsvektor erreicht werden.
In 2 ist hierzu die Bestimmung der Lage der Trajektorie anhand des aktuellen Ortsvektors gezeigt.
Eine Veränderung der Attraktorlage einer zeitlich sich entwickelnden Punktefolge im Raum kann anhand dessen Beträge der Ortsvektoren aus der Zeitversatzeinbettung in einem Verlauf hergestellt werden.
d. Attraktorlage-Parkettierungsfläche
Zur Gewinnung eines relativen Interaktionsmaßes z.B. bezüglich der entsprechend gewählten Intervall-Zeiten zueinander kann durch eine Parkettierung über eine definierte Anzahl von Intervall-Zeiten im Phasenraum und dessen Flächenbestimmung durch Polygonsummation bestimmt werden. Dies kann Auskunft geben über das Ausmaß eines bestimmten Attraktors. Hierbei kennzeichnen z.B. kleinere Flächenmaße bestimmte stabilisierende Ereignisse. Bei dieser Methode werden mindestens drei aufeinanderfolge Intervall-Zeiten in einem Phasenraum, Zustandsraum bzw. Parameterraum betrachtet und dessen eingeschlossene Fläche berechnet.
In 3 ist die Bestimmung der eingeschlossenen Fläche von aufeinanderfolgenden Intervall-Zeiten in einem Phasenraum gezeigt.
In der 4 ist diese Methode auf ein erfasstes Tachogramm angewendet. Hierbei sind 50 aufeinanderfolgende Intervallzeiten herangezogen worden, um eine belegte Fläche im Merkmalraum jeweils zu bestimmen.
Zu Schritt 8: Analyse der korrelierenden Zeitreihen mittlere Quadrate sukzessiver Differenzen (MQSD)
Da der Verlauf eines Tachogrammes das regulative Verhalten der Kreislaufprozesse ausdrückt, kann im Bezug auf dieses abgeleitete Maß der MQSD für die prozessuale Variabilität bzw- Fluktuation auf regulatorische Aktivitäten geschlossen werden. Diese lassen sich anhand eines „Fluktuations-Maßes" beschreiben. Hierbei werden eine definierte Anzahl von Intervallzeiten in einem Fenster bezüglich ihrer quadratischen Änderungen bewertet. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich die mittleren quadratischen Änderungsgrößen bezüglich jedes zweiten Intervalls besonders deutlich hervorheben. Der Zeitversatz beträgt in diesem Falle τ = 2.
In der 5 ist der Verlauf der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen von Intervallzeiten-Änderungen gezeigt.
Stark ausgefüllte Kurvenbereiche weisen auf eine verstärkte regulative Tätigkeit hin. Deutlich wird diese Aktivität, wenn man sich die Veränderungen der Kurve nach Anwendung ener Differentation betrachtet.
In der 6 sind Änderungsverläufe der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen von Intervallzeiten-Änderungen bzgl. RR- und PTT-Tachogramme gezeigt.
Außerdem ist es denkbar, anhand der Zeitreihen, zu Analysezwecken hinsichtlich der zeitlichen Dynamik bzw. der Dynamikwechsel, weitere bekannte bzw. zukünftig propagierte Komplexitätsmaße einzusetzen, wie z.B. die Bestimmung unterschiedlicher Varianten der Algorithmischen Komplexität, wobei ein derartiges Maß dann auf sukzessive Weise bezüglich jeweils vorbestimmter Zeitsequenzen und aufgrund der von den Zeitreihen jeweils generierten und entsprechend enkodierten Zeichenfolgen, bestimmt werden kann.
Darüber hinaus ist auch denkbar, dass anhand der Zeitreihen für bestimmte ausgezeichnete Episoden entsprechend zugeordnete Merkmalvektoren erstellt werden, welche nach einer bestimmten Klassifizierung und/oder Repräsentation in einem diesbezüglichen Merkmalraum im Verlauf der Zeitreihenentwicklung den jeweils dadurch ausgezeichneten Zuständen ebenso zeitlich zugeordnet werden.
Zu Schritt 9: Analyse der Kontrollparameter-Abhängigkeit
Als wesentliche explizit erfassbare und durch das beanspruchte Verfahren gekennzeichnete physiologische Kontrollparameter, welche im Sinne einer Nichtlinearen Dynamik im Zusammenhang mit der autonomen Selbstorganisation und die sich jeweils manifestierenden Ordnungsparameter bzw. Dynamische Moden des Herz-Kreislauf-Systems wirken, werden im Besonderen gekennzeichnet durch a. die Herzrate, b. den mittleren Blutdruck, c. das Herzminutenvolumen, d. das Schlagvolumen, e. bestimmte Volumenstromstärken, f. Volumen Inflow bzw. Outflow, g. bestimmte ergometrische Arbeits- bzw. Leistungsparameter Diese unter a. bis f. bezeichneten Kontrollparameter können mit Hilfe bestimmter geeigneter Sensoren und Messverfahren erfasst und quantifiziert werden, so dass die festgestellten Absolutwerte oder Relativwerte für die Kontrollparameter mit den aus dem vorherigen Verfahrensschritten 1 bis 8 gewonnenen Repräsentationen und/oder Metarepräsentationen und/oder den abgeleiteten Kenngrößen, welche die diesbezüglichen Herz-Kreislauf-Zustände charakterisieren, entsprechend korreliert werden. Einerseits können durch Anwendung des Verfahrens hierbei bestimmte gesonderte Untersuchungen zur Ermittlung derartiger Korrelationen durchgeführt werden, wobei beispielsweise die Abhängigkeit der jeweils durchlaufenen Attraktor-Orbitale und/oder der Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov-Exponenten u.a. mit den entsprechend zugeordneten Werten für den jeweiligen Kontrollparameter wie z.B. der Herzrate in Verbindung gebracht werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn für einen bestimmten Untersuchungszeitraum bestimmte Werte für den Kontrollparameter vom untersuchten Individuum nun gezielt eingenommen und über diese Zeit weitgehend konstant gehalten werden können, wobei sich die den Kontrollparametern zugeordneten Moden entsprechend stabilisieren können. Dies kann in den meisten Fällen durch bestimmte kontrollierte Maßnahmen bzw. Interventionen erreicht werden. Im exemplarisch ausgewählten Fall der Herzrate als spezifischer Kontrollparameter, kann eine kontrollierte Einstellung der jeweils zu erzielenden Herzraten, entweder durch bestimmte physische Belastungen (z.B. Ergometrie) oder durch bestimmte pharmakologische Interventionen induziert werden. Mit der Durchführung dieser Korrelationsuntersuchungen werden als Ergebnis einerseits die Gesamtverläufe und andererseits auch diejenigen individuell signifikanten und charakteristischen Werte des betreffenden Kontrollparameters bestimmbar, welche jeweils die individuell signifikanten Übergänge der Dynamischen Strukturbildung kennzeichnen und welche somit weitere neuartige und klinisch relevante patientenspezifische Kenngrößen mit einem weitreichenden zukünftigen diagnostischen Potential abgeben.
Hierzu sind wiederum unterschiedliche Darstellungsformen für die jeweils geeignete graphische Repräsentation denkbar, welche eine angemessene Übersicht hinsichtlich der Ausbildung bestimmter ausgezeichneter struktureller Kreislaufmoden bei bestimmten ausgezeichneten Werten für den Kontrollparameter gestatten.
Eine besondere Form der graphischen Visualisierung kann u.a. darin bestehen, dass der Verlauf der durch die diesbezügliche Analyse ermittelten verschiedenartigen Kennwerte wie z.B. für die Korrelations- Dimensionswerte, Lyapunov-Exponenten, Ortsvektoren u.a. jeweils einzeln oder im Zusammenhang als zugeordnete Ordinatenwerte gegenüber den Kontrollparameterwerten als Abszissenwerte aufgetragen werden. Aus einer solchen visualisierten Darstellung lassen sich einerseits die diesbezüglich auftretenden strukturdynamischen Charakteristika und Kovarianzen unmittelbar erkennen, wodurch sich u.a. auch die Richtigkeit der jeweils durchgeführten Analyse überprüfen lässt. Andererseits können die bei charakteristischen Werten des Kontrollparameters auftretenden Modenwechsel in Form sprunghafter Änderungen der Kennwerte (Phasenübergänge) leicht festgestellt und entsprechend markiert werden bzw. als entsprechende zugeordnete Wertepaare tabelliert werden. Diese patientenspezifisch signifikanten kritischen Werte für den jeweiligen Kontrollparameter kennzeichnen in ähnlicher Weise, wie etwa die aus der Strömungsdynamik bekannte Reynoldszahl bestimmte Übergänge im strukturdynamischen Eigenverhalten der autonomen Kreislaufspezifischen Regulationsmechanismen.
Wie erfindungsseitig diesbezüglich vorgenommene Untersuchungen zeigen, war im gewählten Fall der Herzrate als Kontrollparameter, bei Herz – und Kreislaufgesunden Probanden zunächst bei niedrigen Herzraten bis ca. 100bpm eine stetige und kovariante Abhängigkeit aller betreffenden, die Ordnungsparameter charakterisierenden, Kennwerte festzustellen, wohingegen mit zunehmender Herzrate über 100bpm hinaus, jeweils patientenbezogen, signifikante sprunghafte und kovariante Wechsel bei mehreren und bestimmten ausgezeichneten Werten für die Herzrate auftraten.
Andererseits kann auch im Zuge einer klinischen Verlaufsbeobachtung oder Überwachung die simultane Bestimmung und Darstellung der vorherrschenden Kontrollparameterwerte jeweils zeitsynchron mit den jeweiligen parallel dazu repräsentierten und auf die vorbezeichnete Weise dargestellten akuten Kreislaufzuständen erfolgen und vorteilhaft zur Erweiterung und Spezifizierung der Diagnostischen Aussagen herangezogen werden.
Wie die erfindungsseitige Erkenntnis zeigt, sind ausgeprägte und individuell signifikante sprunghafte kovariante Veränderungen der Korrelationsdimension und des Lyapunov-Exponenten z.B. hinsichtlich der Myokard-Erregungsvorgänge bei den gleichen bestimmten ausgezeichneten charakteristischen Herzraten erkennbar.
Untersuchungsverfahren am offenen Kreislauf und Korrelationen mit dem Volumenspezifischen Kontrollparametern:
Beispielhaft soll nun im Gegensatz zu den zuvor dargestellten Anwendungen des Verfahrens, welche in der Regel im Zusammenhang mit isovolämischen Bedingungen d.h. beim geschlossenen Kreislauf-System stehen, nunmehr ein bestimmter Anwendungsfall unter den verschiedenen Bedingungen eines of fenen Kreislaufsystems beschrieben werden (siehe Anwendungsfall S.8, Abschnitt b.) Da im Zusammenhang mit einem invasiv eröffneten Kreislauf kontrollierbare und meist auch quantifizierbare sowohl hypervolämische als auch hypovolämische Kreislaufsituationen auftreten können, wird als diesbezüglich relevanter Kontrollparameter das einfliessende bzw. abfliessende Volumen bzw. der entsprechende Volumenfluss (+dV/dt= Inflow, bzw.-dV/dt=Outflow) angesehen, wobei dieser Kontrollparametergrößen mit Hilfe bestimmter bekannter Volumetrischer Verfahren zusätzlich bestimmt werden und zu den aus den Verfahrensschritten 1 bis 8 ermittelten Analyseergebnissen in Form der bezeichneten Repräsentationen, Meta-Repräsentationen bzw. Kenngrößen in direkte Beziehung gebracht werden. Dabei kann der jeweils aktuell vorherrschende Flow entweder durch seine Absolutwerte oder Relativwerte oder in Form diskreter herzratenbezogener Volumina quantitativ ausgewiesen werden.
Als vorteilhafte Darstellungsformen zur kontinuierlichen Kreislaufüberwachung können vor allem mindestens zwei zeitsynchrone Zeitreihen angesehen werden, welche einerseits bestimmte charakteristische skalare Kennwerte für die Ordnungsparameter als diesbezügliche Ordinatenwerte repräsentieren, wie z.B. den Ortsvektor, die Parkettierungsfläche oder die MQSD-Kenngröße, sowie die diesbezüglichen Flowgrößen- Kontrollparameter als Abszissenwerte enthalten. Damit lassen sich auf einfache Weise volämischen Belastungen und ihre unmittelbaren Auswirkungen auf die akute Regulations- bzw. Kompensationsleistung des Kreislaufs direkt beobachten. Wie erfindungsseitige Voruntersuchungen bereits erkennen lassen, zeigt z.B. der Ortsvektorverlauf des PTT-Attraktors ebenso wie des HR-Attraktors unter einer 30-dimensionalen Einbettungsdimension in Korrelation mit dem volumenbezogenen Kotrollparameter i.d.F. des Outflows bei einer stetigen ca. achtminütigen Blutentnahme von insgesamt 500ml eine stetige kovariante Entwicklung im Zusammenhang mit der dadurch spezifizierten kontrollierten hypovolämischen Kreislauf-Belastung. Ebenso weisen die volumenabhängigen Attraktor-Entwicklungverläufe in den diesbezüglichen Zustandsraum-Projektionen sowie die daraus abgeleiteten Kennwerte (Korrelationsdimension, Lyapunov-Exponent u.a.) ein übereinstimmendes kovariantes Verhalten auf, wobei auch in diesem Fall wiederum charakteristische, deutlich unterscheidbare und klassifizierbare Wechsel der strukturdynamischen Zustände bei bestimmten Volumina- bzw. Flow-Werten beobachtet werden, welche eindeutig mit bestimmten Phasen der regulativen Episoden in Zusammenhang gebracht werden können.
Während unter der klinischen Bedingung, dass die VolumenZuflüsse (Inflow) bzw. Abflüsse (Outflow) prinzipiell messbar und auch kontrollierbar sind, und damit auch die bezeichneten Korrelationen der Kreislaufspezifischen Ordnungsparameter mit den volumenspezifischen Kontrollparametern grundsätzlich bestimmbar sind, stellt sich in den anders gelagerten klinischen Fällen in denen das Auftreten prinzipiell unkontrollierbarer bzw. schwer abschätzbarer okkulter Volumenströme, wie z.B. bei akutem Blutverlust (Outflow) bzw. bei Flüssigkeitseinschwemmungen (Inflow) erwartet werden kann, (siehe dazu S.8,Abschn.b) die Frage nach der Anwendbarkeit des beanspruchten Verfahrens hinsichtlich einer Risikoüberwachung und schnellen in vivo Erkennung irregulärer, destabilisierter, dekompensatorischer oder kritischer Herz-Kreislauf- Zustände in Verbindung mit der Gewinnung objektiver und signifikanter diagnostischer und prognostischer Kriterien. Grundsätzlich bietet dafür auch schon die alleinige Nutzung der verfahrensgemäßen Analyseergebnisse, auch ohne eine zusätzliche Korrelation mit dem volumenspezifischen Kontrollparameter, ein hinreichendes diagnostisches Potential. Bei bestimmten klinischen Erfordernissen ist aber auch eine kombinierte Anwendung und Einbeziehung weiterer zusätzlicher Diagnostischer Strategien denkbar.
TUR-Problematik und Anwendungsbeispiel des Verfahrens:
Im Fall eines klinischen Anwendungsbeispiels bezüglich der in Verbindung mit bestimmten endoskopischen Eingriffen möglichen und außerdem weitgehend unkontrollierbaren Einschwemmung eines bestimmten Anteils einer Spüllösung in den Blutkreislauf, welche zu diesbezüglichen schweren Komplikationen führen (TUR-Syndrom) kann, lässt sich das Verfahren sowohl einzeln oder in Kombination mit sog. Bilanzierenden Verfahren zur Abschätzung erfolgreich zur Risikoüberwachung sowie zur Ableitung bestimmter Abbruchkriterien einsetzen.
Während die bekannten Verfahren versuchen, allein anhand der Abschätzung des im Körperkreislauf verbleibenden bzw. des resorbierten Anteiles der Spüllösung mit Hilfe bilanzierender Wägeverfahren bzw. mit Hilfe einer bestimmten Indikator-Methode (z.B. Atemalkohol-Methode) diesbezügliche kritische Stoffmengen als Kriterium zur Risikoabschätzung bzw. zum Abbruch der Operation zugrundelegen, erscheint es jedoch fraglich, ob damit prinzipiell überhaupt eine zuverlässige Risikobewertung erreicht werden kann. Die bekannten Verfahren sind deshalb mit dem prinzipiellen Nachteil behaftet, welcher sich schon aus dem diesbezüglichen zugrundegelegten Ansatz ergibt. Danach erscheint dieser schon auch deshalb kaum aussichtsreich zu sein, weil aufgrund der äußerst hohen Komplexität, Adaptivität und Plastizität der autonomen Kreislaufprozesse, praktisch davon auszugehen ist, dass selbst das gleiche eingeschwemmte Volumen, je nach dem akut vorherrschenden Kreislaufstatus, sowohl individuell als auch interindividuell eine höchst unterschiedliche und extrem variable Belastung für das Herz-Kreislaufsystem darstellen kann. Dies wird sich demnach, aufgrund der komplexen Abhän gigkeit von den jeweiligen physiologischen bzw. pathophysiologischen Bedingungszusammenhängen, auch auf völlig unterschiedliche Weise auf die akute bzw. postoperative klinische Symptomatik und ihre Folgen auswirken.
Darüber hinaus lässt sich die Vielzahl der unterschiedlichen beim TUR-Syndrom akut bzw. postoperativ auftretenden kardiovaskulären Komplikationen auch nicht eindeutig und monokausal mit der individuell festgestellten hypervolämischen Belastung bzw. der jeweils absorbierten oder resorbierten Stoffmenge (fluid overload) in Verbindung bringen. Dies ergibt sich auch schon aufgrund der unterschiedlichen Verstoffwechselung und der damit verbundenen variierenden Zeitkonstanten und Wirkungsverzögerung, sowie aufgrund der unterschiedlichen Eliminationszeiten der Spüllösung sowie der komplexen Abhängigkeit von der patientenspezifischen Herz- Kreislauf- und Nierenfunktion. Eine hinreichend klinisch aussagefähige Beurteilung, ob und bis zu welchem Grad tatsächlich eine Kompensation der eingeschwemmten Spüllösung durch die individuellen funktionellen regulatorischen Leistungen des Patientenkreislaufsystems im akuten Fall erfolgt, ist selbst im Fall der Kenntnis des Flüssigkeitsvolumens bzw. des fluid overload grundsätzlich nicht möglich. Zusammengefasst lässt sich die systembedingte konzeptionelle Problematik, welche bei der Problemlösung berücksichtigt werden muss, dadurch kennzeichnen, dass aufgrund der komplexen, adaptiven und vielfach vernetzten regulativen und dynamischen Zusammenhänge zwischen dem jeweils eingeschwemmten Volumenfluss und den akut vorherrschenden hämodynamischen und pharmakokinetischen Wechselwirkungen, sowie den wechselnden Metabolisations- und Eliminationsbedingungen, sowie dem individuellen Spektrum möglicher TUR-Komplikationen, es demnach unmöglich erscheint aus diesen volumetrischen Daten allein, entsprechend aussagekräftige klinische Kennwerte zur Abschätzung der multiplen Risiken zu gewinnen. Dies wäre auch unter der Voraussetzung einer exakten und kontinuierlichen Bestimmung des aktuellen Inflows bzw. des aktuell resorbierten Volumens der Spüllösung, dennoch prinzipiell aussichtslos. Das konkrete Patienten-Risiko hängt jedoch von den vielfach miteinander vernetzten individuell effektiv wirksamen und in der akuten Kreislaufsituation zur Verfügung stehenden Kompensationsleistungen aufgrund der vielfältigen dynamischen Regulationsmechanismen des Kreislaufs (wie z.B. von den Übergreifenden-, Zentralen-, Lokalen-Regulationsmechanismen und Organfunktionen) ab, sowie von den jeweils aktuell eingeleiteten klinischen Maßnahmen und Interventionen (z.B. forcierte Diurese).
Die Aufgabe einer effektiven und TUR-Risikoüberwachung wird durch Anwendung des beanspruchten Verfahrens und durch die entsprechenden Vorrichtung gelöst. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, welche auf die Erfassung von stoffspezifischen Messgrößen gerichtet sind und volumenbezogenen Kriterien zur Kennzeichnung kritischer Belastungen herangezogen werden, stützt sich das beanspruchte Verfahren vornehmlich auf den dynamischen Aspekt der autonomen körpereigenen Regulationsprozesse. Das beanspruchte Verfahren nutzt auf vorteilhafte Weise die komplexen Leistungen dieser vielfältigen und vernetzten physiologischen Mechanismen, wie z.B. die Vielzahl hochspezifischer körpereigener Kreislauf-Sensoren (z.B. die Afferenzen der Baro-, Volumen--, bzw. Dehnungsrezeptoren u.a.) sowie die Leistungen des Zentralen- und Vegetativen Nervensystems, sowie deren efferente Wirkungszusammenhänge. Außerdem wird die Eigenschaft der Konvergenz des Herz-Kreislauf-Systemverhaltens auf nur wenige physiologisch relevante, aber hoch signifikante und leicht messbare efferente Wirkungen vorteilhaft im Sinne des Verfahrens ausgenutzt.
Ebenso wird ein bestimmter Umstand bezüglich der bei dem Verfahren ausgewiesenen und dadurch bestimmten physiologischen Messgrößen, auf vorteilhafte Weise zu Analyse- bzw. Diagnosezwecken genutzt, in welchen die komplexe Dynamik der reflektorisch regulierten kardiovaskulären Ereignisse in den bestimmten gemessenen Zeitreihen entsprechend enkodiert ist und wobei die daraus mit Hilfe des Verfahrens rekonstruierten Attraktoren in den diesbezüglichen Zustandsräumen diese umfassend repräsentieren, wodurch die Kreislaufdynamik hinreichend beschrieben werden kann.
Bei der klinischen Anwendung des Verfahrens zur TUR-Risikoüberwachung können zusätzliche weitere Ergebnisse entsprechender präoperativer Untersuchungen zu Referenzzwecken bezüglich des operativen und/oder postoperativen Verlaufs herangezogen werden. Denkbar ist außerdem auch eine kombinierte Anwendung in Verbindung mit zusätzlichen bilanzierenden Verfahren und/oder die Einbeziehung weiterer Vitalparameter, Laborwerte oder sonstiger Referenzen (wie z.B. die als derzeitiger Goldstandard anerkannte Messung der Serum-Natrium-Werte).
Zu Schritt 10: Zuordnung der Eigenschaften und Merkmale der Analyseergebnisse zu physiologischen Eigenschaften und Befunden
Die Eigenschaften und Merkmale der mit den vorangehen Schritten ermittelten Analyseergebnisse sind dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse die Eigenschaften sowie der Verlauf der zeitlichen Entwicklung komplexer dynamischer Ordnungszustände, sowie ihr direkter Zusammenhang mit bestimmten systemspezifischen Kontrollparametern ermittelt werden und diese Eigenschaften bestimmte Merkmale abgeben, welche zur Charakterisierung der Dynamischen Qualität des autonomen physiologischen regulatorischen Eigenverhaltens des menschlichen oder tierischen Herz-Kreislaufsystems herangezogen werden, insbesondere die Veränderungen dieser Merkmale unter der Einwirkung verschiedenartiger multipler exogener bzw. endogener Belastungen und wobei bezüglich dieser Belastungen daraus bestimmte spezifizierte und quantifizierte Kontrollparameter ermittelt werden, und wobei aus den Ergebnissen der diesbezüglichen Korrelationen bezüglich der Kontrollparameter zu den Analyseergebnissen, des weiteren bestimmte charakteristische Werte für den betreffenden Kontrollparameter ermittelt werden, welche gemäß Schritt 9 die individuell signifikanten Übergänge der diesbezüglichen Dynamischen Strukturbildung sowie ihre dynamische Stabilität kennzeichnen, und

– dass die Zuordnung dieser die Dynamische Qualität kennzeichnenden Merkmale zu entsprechenden Eigenschaften, welche die entsprechenden physiologischen bzw. pathophysiologischen Funktionen und ihre diesbezüglichen Eigenschaften repräsentieren und kennzeichnen dadurch geschieht, dass hierzu weiteres klinisches bzw. experimentelles Datenmaterial als entsprechende Referenz herangezogen wird, wodurch die bisher meist phänomenologisch ausgerichteten Befunde anhand der Zuordnung zu den Analyseergebnissen objektiviert und entsprechend quantifiziert werden, und wobei daraus ganz neuartige entsprechende klinisch relevante funktionelle Parameter, Kenngrößen und diagnostische Kriterien abgeleitet werden, insbesondere, dass eine derartige Zuordnung und Referenz (als Fremd- und Selbstreferenz) durch die gezielte Intervention, Stimulation bzw. Provokation zur Erzielung bestimmter physiologischer Wirkungen durch Anwendung entsprechend vorgesehener Verfahren und Mittel zur Prozess-Interaktion geschieht, insbesondere durch eine gezielte Provokation des Baroreflexes wie z.B. unter kontrollierter Orthostase Belastung (Kipptisch, Schellong-Test) und/oder durch intraabdominale Druckerhöhung (Valsalva-Manöver) und/oder durch Thermo stimulation (Kältepressor-Test) und/oder durch pharmakologische Intervention (Phenylephrin-Methode ) u.a., welche gegebenenfalls auch als entsprechende Voruntersuchung beispielsweise vor der eigentlichen Überwachungsaufgabe durchgeführt werden kann, und
– dass die mit derartigen Voruntersuchungen gewonnen Test-Ergebnisse im Sinne eines operativen Funktionstests für die Einsatzbereitschaft des Verfahrens dienen können.

Weitere diesbezügliche Zuordnungen sind außerdem aufgrund zukünftiger klinischer und theoretischer Untersuchungen zu erwarten und können dann vorteilhaft im Sinne einer erweiterten Anwendbarkeit des Verfahrens vorteilhaft eingesetzt werden. Mit dem beanspruchten Verfahren sind hingegen die technischen und methodischen Voraussetzungen geschaffen, welche dazu verwendet werden können, um damit ein ganz neues klinisch relevantes Untersuchungsfeld mit weitreichem zukünftigen Anwendungspotential zu eröffnen, wenngleich zur Zeit noch keine vollständig physiologisch interpretierbare Einblicke bezüglich der mit dem Verfahren erzielbaren Analyseergebnisse existieren. Für weitere zukünftige experimentelle Untersuchungen mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn diese mit entsprechenden Modellsimulationen auf der Grundlage der bezeichneten Messdaten verknüpft werden.
Zusammenfassen lässt sich das vorgeschlagene Verfahren auch folgendermaßen:
Verfahren zur Evaluierung und in-vivo-Erkennung der dynamischen Qualität eines autonomen regulatorischen Eigenverhaltens des Herzens und/oder des Herz-Kreislaufs eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere zur Kennzeichnung und Unterscheidung komplexer dynamischer Herz-Kreislaufzustände und/oder Zustandswechsel hinsichtlich des pathologisch bzw. regulären Verhaltens und/oder hinsichtlich der Wirkungen verschiedenartiger multipler und wechselnder Belastungen und zur Gewinnung von objektiven und quantitativen funktionellen Parametern, Kenngrößen, Merkmalen sowie Unterscheidungskriterien, welche die diesbezüglichen Zustände und/oder Wirkungen kennzeichnen zum Einsatz bei der klinischen Funktionsdiagnostik, Überwachung und Therapiekontrolle, mit den Schritten:

a) Ausweisung und Spezifizierung der physiologischen Ordnungsparameter und Kontrollparameter hinsichtlich der prozessualen regulatorischen Eigenschaften, insbesondere der Gewinnung der external zugänglichen Prozessinformation und/oder der Erzielung kontrollierbarer Prozess-Interaktionen bezüglich der strukturdynamischen komplexen Moden im zweiten Modenwechsel;
b) Detektion der von der autonomen Herz-Kreislauftätigkeit ausgehenden korrespondierenden physiologischen Ausgangssignale und Kontrollparameter, welche die dynamische Qualität der autonomen reflektorischen bzw. regulatorischen Tätigkeit und/oder die regulatorischen Leistungen auf die verschiedenen Effekt-Organe beinhalten;
c) empirische Generalisierung der Messdaten durch Aufbereitung und Zusammenfassung von Prozessparametern, die aus mindestens einem der kontinuierlich erfassten Signalverläufe der physiologischen Ausgangssignale und/oder der Kontrollparameter evaluiert werden zu einer größeren Gesamtheit empirischer Daten bezüglich ihrer sukzessiven zeitlichen Entwicklung insbesondere zu einem zeitlich strukturierten und synchronisierten Ensemble von Zustandsvariablen, welche entsprechende Zustandssektoren bilden, zum Zwecke einer verallgemeinerten Repräsentation und Beschreibung der dynamischen Entwicklung der dadurch gekennzeichneten aktuellen Systemzu stände sowie der auf diese Zustände einwirkenden verschiedenartigen Prozessvariablen und/oder zur abstrakten Beschreibung und mathematischen Analyse des autonomen regulatorischen Eigenverhaltens des Herz-Kreislaufssystems und/oder zur Erweiterung der Anwendbarkeit von Verfahren zur Signal-Exploration unter Ausnutzung der mit dieser Abstraktion bewirkten Komplexitäts-Reduktion,
d) die Interaktion mit den Herz-Kreislaufsystem durch gezielte Einwirkungen mittels Stimulation, Provokation und/oder Intervention zur Auslösung bestimmter physiologischer Wirkungen, insbesondere durch Anwendung physikalischer und/oder pharmakologischer Mittel und Strategien zur parametrischen Variation der Kontrollparameter,
e) Zuordnung der empirischen prozessualen physiologischen Eigenschaften des Herz-Kreislaufssystems sowie der aufbereiteten physiologischen Ausgangssignale, Prozessparameter, Zustandsvariable und Kontrollparameter zur abstrakten mathematischen Repräsentation, Beschreibung und Modulierung, welche die Eigenschaften der autonomen Regulationsprozesse sowie ihre zeitliche Entwicklung bezüglich der Dynamik hinreichend umfassen und generalisieren, insbesondere bezüglich ihrer Beziehung zur komplexen Systemtheorie und nichtlinearen Dynamik;
f) Repräsentation eines oder mehrerer zu einer größeren Gesamtheit zusammengefasster physiologischer Ausgangssignale und Kontrollparameter bezüglich mindestens einer die zugrunde liegende Dynamik beinhaltende und diese kennzeichnende abstrakte Eigenschaft zu deren verallgemeinerter mathematischer Beschreibung und zur nachgeschalteten Analyse, hinsichtlich der Charakterisierung strukturdynamischer Systemeigenschaften und/oder Systemzustände bzw. dynamischer Moden, insbesondere durch korrelierende Zeitreihen und/oder durch mehrdimensionale Zustands- bzw. Merkmalsvektoren und/oder durch rekonstruierte mehrdimensional eingebettete Zustandsraum-Repräsentationen und/oder Zustandsraumabbildungen und/oder durch endcodierte Zeichenfolgen;
g) Bewertung der Qualität verschiedener alternativer Zustandsraumrekonstruktionen auf der Grundlage jeweils derselben vorliegenden Zeitreihen, bezüglich der Auswahl und Optimierung des geeigneten Einbettungsfensters, insbesondere hinsichtlich der Wahl der hierbei erforderlichen Einbettungsdimension und/oder der Delayzeit,
h) Analyse der Zeitreihen und/oder der Flüsse im Zustandsraum und/oder der Zeichenfolgen bezüglich der Eigenschaften der zugrunde liegenden Dynamik, insbesondere der Vermessung korrelierender Zeitreihen und/oder der topologischen Trajektorienbeziehungen (Metrik) und/oder Dynamik der Attraktorenentwicklung und/oder der Bestimmung des vorherrschenden Komplexitätsgrades,
i) Ermittlung und Bestimmung signifikanter Kenngrößen und/oder Maße, welche die vorherrschende dynamische Struktur und/oder die Stabilität und/oder den Ordnungsgrad und/oder die Komplexität kennzeichnen;
j) Bestimmung der Kontrollparameterabhängigkeit verschiedener Repräsentationen und/oder Kenngrößen bezüglich unterschiedlicher Kontrollparameter,
k) Klassifizierung und Zuordnung der in den Analyseergebnissen ermittelten abstrakten Eigenschaften, Merkmalen und Kenngrößen bezüglich der dynamischen Qualität zu den empirischen physiologischen bzw. patho-physiologisch relevanten klinischen Befundungsergebnissen, die mindestens eine Beschaffenheit des Herz-Kreislaufsystems und/oder eine regula torische und/oder kompensatorische Funktionalität repräsentieren.

Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung der 1 weiter erläutert. Die 1 betrifft einen prinzipiellen Aufbau zur Durchführung des Verfahrens zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens.
In 1 ist ein Patient 1 gezeigt, an dessen Arm 10 ein Blutdruckmesssystem 3 angeschlossen ist. Bei dem Blutdruckmesssystem handelt es sich um ein beat to beat Messsystem, bei dem der Blutdruck kontinuierlich ermittelt werden kann. Eine pneumatische Blutdruckmanschette, die der Kalibrierung des Tonometriesensors des beat to beat Blutdruckmesssystems dient, wird am linken Oberarm über der arteria brachialis fixiert. Am gleichen Arm, an dem diese Blutdruckmanschette angebracht ist, wird die arteria radialis palpatorisch lokalisiert und über ihr der Tonometriesensor fixiert.
Das EKG-System 2 ist am Patienten 1 in üblicher Weise am Thorax 11 angeschlossen.
Sowohl das EKG-System 2, als auch das Blutdruckmesssystem 3 sind derart ausgelegt, dass eine kontinuierliche Ermittlung von Messdaten möglich ist . Die Messdaten des EKG 20 und die Messdaten des Blutdruckmesssystems 30 werden an eine entsprechende Verstärkervorrichtung 4 geleitet und dann über einen A/D-Wandler digitalisiert. Der A/D-Wandler ist dabei beispielsweise in einem Messrechner 5 angeordnet. Die Messdatenaquise wird dabei vollkommen zeitsynchron für das EKG und die Blutdruckmessung vorgenommen, so dass stets Messdatensamples für beide Parameter zum gleichen Zeitpunkt vorliegen.
Diese kontinuierlich und zeitaufgelöst gemessenen Messdaten 20, 30 werden dann in einer Recheneinheit 5 einem Auswertungsprozess 6 unterzogen. Der Auswertungsprozess ist bereits weiter oben im Text ausführlich beschrieben worden, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird. Aus den im Auswertungsprozess 6 ausgewerteten Messdaten wird dann eine beispielsweise für den Arzt oder Operateur auf einem Bildschirm 8 darstellbare Repräsentation der ausgewerteten Messdaten erstellt. Als Repräsentation kann die weiter oben bereits ausführlich beschriebene Darstellung der jeweiligen Zeitreihen im Parameterraum und/oder dem Phasenraum oder eine andere Darstellung dienen. Eine solche Darstellung kann der jeweilige Arzt dann interpretieren und aus ihnen die notwendigen Schlüsse ziehen. In einer Weiterbildung kann auf dem Bildschirm auch das bereits automatisch interpretierte Ergebnis dargestellt werden.
Von dem Messrechner 5 werden die ermittelten Messdaten beispielsweise einer algorithmischen Auswertung der erfassten Messdaten unterzogen. Die algorithmische Auswertung umfasst dabei mindestens ein Bestimmungsmittel 6a zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Patienten 1 aus den Messdaten, mindestens ein Gewinnungsmittel 6b zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus den bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens ein Auswertungsmittel 6c zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe und mindestens ein Zuordnungsmittel 6d zur automatischen Zuordnung der zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe der Messwerte zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Patienten 1.
In einer hier nicht dargestellten Variante des Systems zur Durchführung des Verfahrens zur Diagnose und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufssystems eines Lebewesens kann an stelle des EKG-Systems ein weiteres beat to beat Blutdruckmesssystem verwendet werden. Diese zweite beat to beat Blutdruckmesssystem wird dann an einer anderen distalen Position des Patientenkörpers angebracht, als das erste Blutdruckmesssystem. Dabei kann insbesondere eine erste Messung am Arm und eine zweite Messung am Bein des jeweiligen Patienten vorgenommen werden. Auch hier ist wichtig, dass die beiden Messsignale vollkommen zeitsynchron aufgezeichnet werden.

Claims

Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens mit den Schritten: a. Automatische, kontinuierliche und zeitaufgelöste Ermittlung von Messdaten mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, insbesondere des Blutdrucks und/oder der Myokard-Erregung; b.Bildung zeitlich strukturierter Ensembles von Messdaten zur Verallgemeinerung und/oder Komplexitätsreduktion hinsichtlich der zeitlichen prozessualen regulatorischen Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere der Herzratenvariabilität und/oder der Puls-Transitzeit; c. Bestimmung mindestens einer Zeitreihe der Ensembles zur Darstellung der zeitlichen und regulatorischen Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems; d. Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe; e. Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere in ihrer Beziehung zu unterschiedlichen parametrisierbaren Belastungen; f. Darstellung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder der physiologischen Eigenschaften und Merkmale zur Diagnose und Überwachung des Herz-Kreislaufsystems.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei herz- und/oder kreislaufspezifische Parameter gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blutdruck gleichzeitig an zwei unterschiedlichen distalen Orten des Körpers gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Myokard-Erregung mittels eines EKG gleichzeitig mit dem Blutdruck gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung zeitlich strukturierter Ensembles durch Bildung von Fenstern von Messdaten erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten in den Fenstern bezüglich periodischer Komponenten, insbesondere des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Herzschlägen, analysiert werden und die analysierten Werte als die zeitlich strukturierten Ensembles verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit den analysierten Werten der Fenster die Zeitreihe in Schritt c. bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe diese mittels eines Rekonstruktionsverfahrens in einer Meta-Repräsentation repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitreihe in Form von Lorenz-Plots, Phasenräumen, Parameterräumen, Trajektorien-Plots und/oder Poincare-Plots repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitreihe mittels eines Delay-Verfahrens im Parameterraum repräsentiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter als Zustandsvektor repräsentiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Repräsentation der Zeitreihe Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien eines Zustandsvektors bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Parameterraum Aussagen über die raumzeitlichen Beziehungen der jeweiligen Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien untereinander abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Phasenraum ein Maß zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung des Herz-Kreislaufsystems abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e. die empirische Ermittlung der jeweils mit dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe korrespondierenden physiologischen Eigenschaften durch gleichzeitige Messung der jeweiligen physiologischen Eigenschaften, insbesondere der Herzrate, des mittleren Blutdrucks, des Herzzeitvolumens und/oder des Schlagvolumens, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die empirische Ermittlung bei einer definierten Belastung des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere durch Anwendung physikalischer und/oder pharmakologischer Mittel, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich externe und/oder interne herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter in die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften mit einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Herzrate, der mittlere Blutdruck, das Herzminutenvolumen, das Schlagvolumen, definierte Volumenstromstärken, der Volumen Inflow bzw. Outflow und/oder ergometrische Arbeits- bzw. Leistungsparameter als Kontrollparameter verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen in Schritt e. automatisch vorgenommen wird.
System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, mindestens ein Messmittel (2, 3) zur automatischen und kontinuierlichen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters (20, 30) des Lebewesens (1), mindestens einem Aufnahmemittel (4) zur automatischen und zeitaufgelösten Aufnahme des mit dem Messmittel (2, 3) gemessenen Parameters (20, 30), und mindestens einem Auswertungsmittel (5) zur Auswertung des kontinuierlich und zeitaufgelöst aufgenommenen Parameters (20, 30).
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein herz- und/oder kreislaufspezifischer Parameter (20, 30) der Blutdruck und/oder die Myokard Erregung ist.
System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel eine Blutdruckmessvorrichtung (3) und/oder ein EKG (2) ist.
System nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (2, 3) nicht-invasiv ist.
System nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (3) zur Messung an einem distalen Körperteil des Lebewesens ausgebildet ist.
System nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (3) als Drucksensor ausgebildet ist.
System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens, gekennzeichnet durch, mindestens ein Messmittel (2, 3) zur automatischen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters (20, 30), mindestens einem Bestimmungsmittel (6a) zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Lebewesens aus den gemessenen herz- und/oder kreislaufspezifischen Parametern (20, 30), mindestens einem Gewinnungsmittel (6b) zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus den bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens einem Auswertungsmittel (6c) zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einer Zeitreihe der mindestens einen gemessenen Baro-Reflexantwort, mindestens einem Zuordnungsmittel (6d) zur automatischen Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens, und mindestens einem Darstellungsmittel (8) zur Darstellung der physiologischen Eigenschaften und Merkmale des Lebewesens.
System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Baro-Reflexantwort die Puls-Transitzeit, die Herzrate, der Blutdruck und/oder die Baro-Reflex-Sensitivität ist.
System nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Baro-Reflexantwort die Puls-Transitzeit-Variabilität, die Herzraten-Variabilität und/oder die Blutdruck-Variabilität ist.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messmittel als EKG-Gerät (2) und/oder Blutdruckmessgerät (3) ausgebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (2, 3) nicht-invasiv ist.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bestimmungsmittel (6a), das mindestens eine Gewinnungsmittel (6b), das mindestens eine Auswertungsmittel (6c) und/oder das mindestens einem Zuordnungsmittel (6d) als Softwaremittel ausgebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Bestimmungsmittel (6a), dem mindestens einen Gewinnungsmittel (6b), dem mindestens einen Auswertungsmittel (6c) und/oder dem mindestens einen Zuordnungsmittel (6d) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgeführt wird, wobei die Darstellung im Schritt f. durch das Darstellungsmittel (8) durchgeführt wird.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuordnungsmittel (6a) das zeitlichen Verhalten der Zeitreihe in Relation zu mindestens einem gespeicherten, empirisch ermittelten Verhalten einer Zeitreihe der gleichen Baro-Reflexantwort gesetzt wird, die bei Anregung des Herz-Kreislaufsystems des gleichen oder eines anderen Lebewesens (1) ermittelt wurde.
System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Herz-Kreislaufsystem des Lebewesens durch physikalische Einwirkung, insbesondere Infusion, Blutabnahme und/oder körperliche Belastung, und/oder durch pharmakologische Einwirkung angeregt wird.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuordnungsmittel (6d) zusätzlich mindestens ein Kontrollparameter der Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens dient.
System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontrollparameter zusätzlich durch das mindestens eine Messmittel (2, 3) und/oder durch mindestens ein weiteres Messmittel bereit gestellt werden.
System nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontrollparameter die mittlere Herzfrequenz, der mittlere Blutdruck, das Infusionsvolumen, das Blutabnahmevolumen, das Distensionsmittelvolumen bzw. die Distensionsmittelbilanz und/oder eine Ergometerleistung ist.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überwachung eines Patienten bei Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu einem kritischen Herz-Kreislaufzustand eine Warnung auf dem Darstellungsmittel (8) ausgegeben wird.
Verwendung eines Systems nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 39, 21 bis 26 und/oder eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 in der Intensivmedizin, der Sportmedizin, der Reha-Medizin, der Anästhesiologie, dem Monitoring an Fitnessgeräten und/oder der allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik, insbesondere zum Monitoring bei einem Belastungs-EKG.