DE10353142B4

DE10353142B4 - Anordnung und Verfahren zur Erkennung von Apnoen

Info

Publication number: DE10353142B4
Application number: DE10353142.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Haase; Prof. Dr. Scharff Wolfram; Wolfram Erdmann
Original assignee: IFU DIAGNOSTIC SYSTEMS GmbH
Current assignee: IFU DIAGNOSTIC SYSTEMS GmbH
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2023-11-15
Also published as: DE10353142A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung von Apnoen, – in dem das Schnarchspektrum während des menschlichen Schlafes mit einer Audioaufzeichnungsanordnung aufgenommen wird, – dabei die Audiodaten digitalisiert und – in einem internen Gerätespeicher als Schnarchspektren abgelegt werden und/oder auf einen externen Speicher übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, – dass Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen als validierte Schnarchspektren definiert werden, – dass in einem oder mehreren validierten Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen zeitliche Apnoe-Intervalle mit einer Länge bis zu 4 Sekunden gelegt werden, – die zeitlichen Apnoe-Intervalle jeweils an einem Übergang zwischen einem Ruhepegel, bei welchem der Atem aussetzt zu einem Einsetzen des Schnarchgeräusches bei einer sicher erkannten Apnoe beginnen – aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im Apnoe-Intervall jeweils ein Mutterparametersatz gebildet wird; dadurch dass – in dem im zeitlichen Intensitätsverlauf des zu analysierenden Schnarchspektrums zeitliche Fixpunkte markiert werden, welche dadurch charakterisiert sind, dass der Intensitätsverlauf nach mindestens 10 Sekunden Ruhepegel innerhalb von 0,1 bis 0,7 Sekunden mindestens auf das vierfache der Intensität im Ruhepegel ansteigt und die vierfache Intensität des Ruhepegels nach mindestens 0,3 Sekunden nicht unterschritten wird; – dass jeweils beginnend bei diesen zeitlichen Fixpunkten im zu analysierenden Schnarchspektrum ein zeitliches Intervall bis zu einer Länge von 4 Sekunden markiert wird, – aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im markierten zeitlichen Intervall Parametersätze gebildet werden, – diese Parametersätze werden mit den Mutterparametersätzen über einen Erkennungsalgorithmus verglichen, – dass bei einer Übereinstimmung der gebildeten Parametersätze mit den Mutterparametersätzen von mehr als 75 Prozent der jeweilige zeitliche Fixpunkt als Apnoeereignis erkannt und dargestellt wird – und diese Prozedur für alle Fixpunkte entlang des gesamten zeitlichen Verlaufes des zu analysierenden Schnarchspektrums fortgesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erkennung von Apnoen während des menschlichen Schlafes mit Hilfe einer Audioaufzeichnungsanordnung, welche die Audiodaten erfasst, digitalisiert und in einem internen Gerätespeicher abgelegt und/oder auf einen externen Speicher überträgt.
Apnoen sind Atemaussetzer während des menschlichen Schlafes. Aufgrund der unbewussten Verschließung des Rachenbereichs, beispielsweise hervorgerufen durch Muskelerschlaffung, kommt es zur Unterbrechung des Atemprozesses. Nach einer kritischen Zeit wird über das Gehirn ein Alarm ausgelöst, es kommt zum schlagartigen Luftholen mit einem charakteristischen Öffnungsgeräusch. Es ist sehr schwierig, aus aufgenommenen Audiodaten aus Schnarchspektren „normales” einsetzendes Schnarchen von Schnarchgeräuschen nach einem längeren Atemstillstand (Apnoe) zu unterscheiden. Während ersteres einen mehr oder weniger „kosmetischen” Charakter hat, ist letzteres stark gesundheitsgefährdend bzw. lebensbedrohlich.
Derartige Atemaussetzer werden als Apnoe bezeichnet. Eine Anzahl von mehr als zehn Apnoen pro Stunde deuten auf das obstruktive Schlafapnoesyndrom hin und führen zu einer beträchtlichen gesundheitlichen Einschränkung der Lebensqualität. Diese Krankheit muss klinisch behandelt werden.
Apnoen werden konventionell mittels Auswertung von mehreren Sensorsignalen (Geräuschpegel, Herzfrequenz, SpO2-Wert, Atemflusssensor, EEG und EKG) durch Screening-Geräte erfasst. Diese Geräte finden üblicherweise im Schlaflabor ihre Anwendung. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die Sensoren verkabelt werden müssen, unangenehm am Körper angebracht und kostenintensiv sind. Für den Patienten ist die Untersuchung mit einem derartigen Screening – Gerät immer eine Belastung, da zum Beispiel die Bewegungsfreiheit enorm eingeschränkt ist. Vorrichtungen zur Erkennung von Apnoeereignissen sind aus der US 6 045 514 A , aus der US 2002/0 165 462 A1 und der US 6 520 924 B2 bekannt. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht die drahtlose Untersuchung des Patienten. Es müssen keine Messsensoren und Kabel am Menschen selbst angelegt werden. Dadurch ist eine unmittelbaren Entlastung des Patienten gewährleistet. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist, dass die Daten in der natürlichen Umgebung des Patienten gewonnen werden und somit nicht diesbezüglich verfälscht sind.
Es bestand daher die Aufgabe, eine Anordnung und ein Verfahren bereit zustellen, das die Analyse bzw. Erkennung von Apnoen aus dem Geräuschspektrum während des menschlichen Schlafes, welches über eine Audioaufzeichnungsanordnung erfasst, digitalisiert und abgespeichert wurde, realisiert. Die Aufgabe konnte mittels des Verfahrens nach dem Anspruch 1 bzw. mittels der Anordnung nach dem Anspruch 12 gelöst werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11.
Dabei besteht die erfindungsgemäße Anordnung und Verfahren aus einer Audioaufzeichnungsanordnung, wobei das Schnarchspektrum während des menschlichen Schlafes aufgenommen wird, dabei die Audiodaten digitalisiert und in dem internen Speicher und oder externen Speicher als Schnarchspektrum abgelegt werden. In einem oder mehreren validierten Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen werden zeitliche Apnoe-Intervalle bis zu 4 Sekunden Länge gelegt. Diese zeitlichen Apnoe-Intervalle beginnen jeweils am Übergang vom Ruhepegel (Atem aussetzen) zum Schnarcheinsetzen, was durch ein starkes Ansteigen des Intervallpegels gekennzeichnet ist. Die validierten Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen sind beispielsweise Schnarchgeräuschspektren bei welchen durch zeitgleiche Messung von SPO₂, Atemfluss, EEG, EKG und Puls eine eindeutige zeitliche Zuordnung der Apnoeereignisse erfolgte und somit der jeweilige zeitliche Intensitätsverlauf vom Ruhepegel in den Schnarchpegel als Apnoe definiert wurde. Aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im markierten Apnoe-Intervall wird ein Mutterparametersatz gebildet. Dieser ist beispielsweise dadurch charakterisiert, dass aus dem Audio-Rohsignal, dem differenzierten, dem integrierten, dem gefilterten und/oder dem frequenztransformierten Signal gebildet werden.
Dieser Mutterparametersatz der Apnoe-Intervalle kann auf dem externen Computerspeicher abgelegt werden. Es können auch mehrere Mutterparametersätze von Apnoe-Intervallen aus einem oder mehreren validierten Schnarchspektren gemittelt und als Gesamtmutterparametersatz gebildet werden. Dieser kann auch im externen Computerspeicher abgelegt werden. Die Mutterparametersätze und/oder der Gesamtmutterparametersatz können auch im internen Speicher der Audioaufzeichnungsanordnung abgespeichert werden. Das zu untersuchende Schnarchspektrum wird nun über eine Audioaufzeichnungsanordnung während des menschlichen Schlafes, üblicherweise über 6 Stunden, aufgenommen, digitalisiert und im internen Gerätespeicher abgelegt. Die weitere Datenverarbeitung kann nun in einem Rechner innerhalb der Audioaufzeichnungsanordnung erfolgen. Die digitalen Daten des zu analysierenden Schnarchspektrums können auch über eine Schnittstelle auf einen PC übertragen und dort weiterverarbeitet werden. So kann als Audioaufzeichnungsanordnung ein Voicerecorder, im Frequenzbereich von bis 18 kHz arbeitend, benutzt werden, der sich auf einer Dockingstation auf dem Nachttisch befindet. Die Daten werden dann über ein USB-Kabel auf einen PC mit einem externen Speicher übertragen und dort ausgewertet. Es kann auch eine kompakte Audioaufzeichnungsanordnung verwendet werden, welche Audioaufzeichnung, Digitalisierung, interner Gerätespeicher, interner Rechner und Displayanzeige beinhaltet. Im zeitlichen Intensitätsverlauf des zu analysierenden Schnarchspektrums werden nun zeitliche Fixpunkte markiert, welche dadurch charakterisiert sind, dass der Intensitätsverlauf des zu analysierenden Schnarchspektrums nach mindestens 10 Sekunden Ruhepegel innerhalb von 0,1–0,7 Sekunden mindestens auf das 4fache der Intensität im Ruhepegel ansteigt und dieser Pegel die 4fache Intensität des Ruhepegels nach mindestens 0,3 Sekunden nicht unterschreitet. Es wird nun, beginnend bei diesen zeitlichen Fixpunkten im zu analysierenden Schnarchspektrum ein zeitliches Intervall bis zu einer Länge von 4 Sekunden markiert. In diesem Intervall ist der typische Intensitätsverlauf beim Einsetzen des Schnarchens bzw. eines Fremdgeräusches dargestellt. Mit Hilfe einer neuartigen Auswertung soll es nun gelingen, aus diesem Verlauf Apnoen von normalen Schnarcheinsetzen oder Fremdgeräuschen zu unterscheiden. Es werden nun aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im zeitlichen Intervall Parametersätze gebildet. Diese Parametersätze werden mit den Mutterparametersätzen oder dem Gesamtmutterparametersatz über einen Erkennungsalgorithmus verglichen. Dabei erfolgt der Vergleich, beispielsweise hinsichtlich der Symmetriewerte der Signalform im zeitlichen Apnoe-Intervall und im markierten Intervall. Bei einer Übereinstimmung von mehr als 75 Prozent wird der jeweilige Fixpunkt als Apnoe erkannt. Diese Prozedur wird für alle Fixpunkte entlang des gesamten zeitlichen Verlaufes, des zu analysierenden Schnarchspektrums fortgesetzt. Die Apnoeereignisse können nun in verschiedener Form dargestellt und angezeigt werden. So kann die anzeige direkt auf dem Display der Audioaufzeichnungsanordnung oder des Voicerecorders erfolgen. Es ist auch möglich, die Datenauswertung auf dem PC durchzuführen und die Apnoeereignisse grafisch darzustellen. Parallel dazu können auch der Intensitätsverlauf aller Schnarchgeräusche auf dem PC dargestellt werden, statistisch erfasst und mit früheren Schnarchspektren verglichen werden.

Claims

Verfahren zur Erkennung von Apnoen, – in dem das Schnarchspektrum während des menschlichen Schlafes mit einer Audioaufzeichnungsanordnung aufgenommen wird, – dabei die Audiodaten digitalisiert und – in einem internen Gerätespeicher als Schnarchspektren abgelegt werden und/oder auf einen externen Speicher übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, – dass Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen als validierte Schnarchspektren definiert werden, – dass in einem oder mehreren validierten Schnarchspektren mit sicher erkannten Apnoen zeitliche Apnoe-Intervalle mit einer Länge bis zu 4 Sekunden gelegt werden, – die zeitlichen Apnoe-Intervalle jeweils an einem Übergang zwischen einem Ruhepegel, bei welchem der Atem aussetzt zu einem Einsetzen des Schnarchgeräusches bei einer sicher erkannten Apnoe beginnen – aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im Apnoe-Intervall jeweils ein Mutterparametersatz gebildet wird; dadurch dass – in dem im zeitlichen Intensitätsverlauf des zu analysierenden Schnarchspektrums zeitliche Fixpunkte markiert werden, welche dadurch charakterisiert sind, dass der Intensitätsverlauf nach mindestens 10 Sekunden Ruhepegel innerhalb von 0,1 bis 0,7 Sekunden mindestens auf das vierfache der Intensität im Ruhepegel ansteigt und die vierfache Intensität des Ruhepegels nach mindestens 0,3 Sekunden nicht unterschritten wird; – dass jeweils beginnend bei diesen zeitlichen Fixpunkten im zu analysierenden Schnarchspektrum ein zeitliches Intervall bis zu einer Länge von 4 Sekunden markiert wird, – aus dem zeitlichen Intensitätsverlauf im markierten zeitlichen Intervall Parametersätze gebildet werden, – diese Parametersätze werden mit den Mutterparametersätzen über einen Erkennungsalgorithmus verglichen, – dass bei einer Übereinstimmung der gebildeten Parametersätze mit den Mutterparametersätzen von mehr als 75 Prozent der jeweilige zeitliche Fixpunkt als Apnoeereignis erkannt und dargestellt wird – und diese Prozedur für alle Fixpunkte entlang des gesamten zeitlichen Verlaufes des zu analysierenden Schnarchspektrums fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametersätze aus dem Audio-Rohsignal, dem differenzierten, dem integrierten, dem gefilterten und/oder dem frequenztransformierten Signal gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungsalgorithmus die Mutter-parametersätze und die Parametersätze hinsichtlich der Symmetriewerte der Signalform im zeitlichen Apnoe-Intervall und im markierten Intervall vergleicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterparametersätze aus den Apnoe-Intervallen zu einem Gesamtmutterparametersatz gemittelt werden und dieser mit den Parametersätzen der markierte Intervalle verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterparametersätze oder der Gesamtmutterparametersatz im internen Gerätespeicher abgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-kennzeichnet, dass die Aufzeichnungsanordnung ein Voicerecorder mit einem Frequenzgang von 80 Hz bis 18 KHz ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Voicerecorder in einer Dockingstation platziert werden kann und per Computer eine USB-Verbindung zum internen Speicher hergestellt wird und die Auswertung und Darstellung des zu analysierenden Schnarchspektrums auf dem Computer mit einem externen Speicher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterparametersätze und/oder der Gesamtmutterparametersatz auf dem externen Speicher des Computers abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Apnoen aus den Audiosignalen einer mindestens sechsstündigen Schlafperiode eines Menschen erfasst und dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Apnoeereignissen die Intensität und Dauer jedes Schnarchgeräusches über die Zeit dargestellt wird und mit früheren aufgenommenen Schnarchspektren grafisch und statistisch verglichen und auf einer Anzeigeanordnung dargestellt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Audioaufzeichnungsanordnung einen internen Rechner besitzt und die Apnoeereignisse grafisch und statistisch auf einem eigenen Display anzeigt werden.
Anordnung mit einer Audioaufzeichnungsanordnung und einem Speicher zum Aufnehmen, Digitalisieren und Ablegen eines Schnarchspektrums, sowie mit einem Rechner, der so ausgebildet ist, dass er ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführt.