DE112011100761T5

DE112011100761T5 - Adaptives Alarmsystem

Info

Publication number: DE112011100761T5
Application number: DE112011100761T
Authority: DE
Inventors: Al-Ali AMMAR
Original assignee: Masimo Corp
Current assignee: Masimo Corp
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2013-01-03
Also published as: US9724024B2; GB2490832B; US9775570B2; US20170231537A1; US20110213212A1; USRE47882E1; USRE49007E1; JP2013521054A; GB201214902D0; WO2011109312A3; GB2490832A; USRE47218E1; WO2011109312A2

Abstract

Ein adaptives Alarmsystems reagiert auf einen physiologischen Parameter, um eine Alarmschwelle zu erzeugen, die sich an die Basisliniendrift des Parameters anpasst, und Fehlalarme ohne eine entsprechende Zunahme verpasster wirklicher Alarme zu reduzieren. Das adaptive Alarmsystem weist einen Parameter auf, der von einem physiologischen Meßsystem mittels eines Sensors abgeleitet wird, der mit einem Lebewesen in Verbindung steht. Ein Basislinienprozessor berechnet eine Parameterbasislinie aus einem Parametertrend. Parametergrenzen spezifizieren einen zulässigen Bereich des Parameters. Ein adaptiver Schwellenprozessor berechnet eine adaptive Schwelle aus der Parameterbasislinie und den Parametergrenzen. Ein Alarmgenerator reagiert auf den Parameter und die adaptive Schwelle, um einen Alarm auszulösen, der anzeigt, dass der Parameter die adaptive Schwelle überschreitet. Die adaptive Schwelle reagiert auf die Parameterbasislinie so, dass sich ihr Wert erhöht, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem höheren Parameterwert verschiebt, und ihr Wert abnimmt, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem niedrigeren Parameterwert verschiebt.

Description

Prioritätsanspruch auf verwandte provisorische Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U. S. C. § 119(e) aus der provisorischen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 61/309,419, eingereicht am 1. März 2010 mit dem Titel „Adaptive Threshold Alarm System”; und der provisorischen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 61/328,630, eingereicht am 27. April 2010 mit dem Titel „Adaptive Alarm System”; wobei alle der oben zitierten provisorische Patentanmeldungen hierdurch durch Verweis hierin aufgenommen sind.
Hintergrund der Erfindung
Pulsoxymetriesysteme zur Messung von Bestandteilen des zirkulierenden Bluts haben in einer weiten Vielfalt von medizinischen Anwendungen rasche Akzeptanz gewonnen, die chirurgische Abteilungen, Intensiv- und Neugeborenenstationen, allgemeine Abteilungen, häusliche Pflege, Sport und nahezu alle Arten von Überwachungsszenarien umfassen. Ein Pulsoxymetriesystem weist im Allgemeinen einen optischen Sensor, der an einem Patient angelegt ist, einen Monitor zur Verarbeitung von Sensorsignalen und zur Anzeige der Ergebnisse und ein Patientenkabel auf, das den Sensor und den Monitor elektrisch verbindet. Ein Pulsoxymetriesensor weist lichtemittierende Dioden (LEDs), wobei typischerweise eine eine rote Wellenlänge und eine eine infrarote (IR) Wellenlänge emittiert, und einen Photodiodendetektor auf. Die Emitter und der Detektor sind typischerweise an einem Finger angebracht, und das Patientenkabel überträgt Ansteuersignale vom Monitor an diese Emitter. Die Emitter reagieren auf die Ansteuersignale, indem sie Licht in das fleischige Gewebe der Fingerspitze senden. Der Detektor erzeugt ein Signal, das auf das emittierte Licht nach der Abschwächung durch den pulsierenden Blutstrom in der Fingerspitze reagiert. Das Patientenkabel überträgt das Detektorsignal zum Monitor, der das Signal verarbeitet, um eine numerische Anzeige physiologischer Parameter, wie der Sauerstoffsättigung (SpO₂) und der Pulsfrequenz, bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die herkömmliche Pulsoxymetrie setzt voraus, dass arterielles Blut der einzige pulsierende Blutstrom an der Messstelle ist. Während einer Patientenbewegung bewegt sich auch venöses Blut, was in der herkömmlichen Pulsoxymetrie Fehler verursacht. Eine weiterentwickelte Pulsoxymetrie verarbeitet das venöse Blutsignal, um die wirkliche arterielle Sauerstoffsättigung und Pulsfrequenz unter den Bedingungen einer Patientenbewegung zu melden. Die weiterentwickelte Pulsoxymetrie funktioniert auch unter den Bedingungen einer niedrigen Durchblutung (kleine Signalamplitude), starkem Umgebungslicht (künstliches oder Sonnenlicht) und Störungen durch elektrochirurgische Instrumente, die Szenarien sind, in denen die herkömmliche Pulsoxymetrie in der Regel versagt.
Die weiterentwickelte Pulsoxymetrie wird mindestens in den US-Patenten Nr. 6,770,028 , 6,658,276 , 6,157,850 , 6,002,952 , 5,769,785 und 5,758,644 beschrieben, die an Masimo Corporation („Masimo”) Irvine, Kalifornien übertragen sind und durch Verweis hierin aufgenommen sind. Entsprechende rauscharme optische Sensoren werden mindestens in den US-Patenten Nr. 6,985,764 , 6,813,511 , 6,792,300 , 6,256,523 , 6,088,607 , 5,782,757 und 5,638,818 offenbart, die ebenfalls an Masimo übertragen sind und ebenfalls durch Verweis hierin aufgenommen sind. Weiterentwickelte Pulsoxymetriesysteme, die die rauscharmen optischen Sensoren und Read-Through-Motion-Pulsoxymetriemonitore Masimo SET^® zur Messung von SpO₂, Pulsfrequenz (PR) und Durchblutungsindex (PI) aufweisen, sind von Masimo erhältlich. Optische Sensoren umfassen jeden der klebenden oder wieder verwendbaren Sensoren Masimo LNOP^®, LNCS^®, SofTouch^TM und Blue^TM. Pulsoxymetriemonitore umfassen jeden der Monitore Masimo Rad-8^®, Rad-5^®, Rad^®-5v oder SatShare^®.
Weiterentwickelte Blutparametermeßsysteme werden mindestens im US-Pat. 7,647,083 , eingereicht am 1. März 2006, mit dem Titel „Multiple Wavelength Sensor Equalization”, US-Pat. Nr. 7,729,733 , eingereicht am 1. März 2006, mit dem Titel „Configurable Physiological Measurement System”, US-Pat. Veröffentlichungs-Nr. 2006/0211925 , eingereicht am 1. März 2006, mit dem Titel „Physiological Parameter Confidence Measure” und US-Pat. Veröffentlichungs-Nr. 2006/0238358 , eingereicht am 1. März 2006, mit dem Titel „Noninvasive Multi-Parameter Patient Monitor” beschrieben, die alle an Masimo Laboratories, Irvine, CA (Masimo Labs) übertragen und alle durch Verweis hierin aufgenommen sind. Ein weiterentwickeltes Parametermeßsystem, das eine akustische Überwachung umfasst, wird im in US-Pat. Veröffentlichungs-Nr. 2010/0274099 , eingereicht am 21. Dezember 2009, mit dem Titel „Acoustic Sensor Assembly” beschrieben, das an Masimo übertragen und durch Verweis hierin aufgenommen ist.
Weiterentwickelte Blutparametermeßsysteme umfassen Masimo Rainbow^® SET, das zusätzlich zu SpO₂ Messungen wie des Gesamthämoglobins (SpHb^TM), des Sauerstoffgehalts (SpOC^TM), des Methämoglobins (SpMet^®), des Carboxyhämoglobins (SpCO^®) und PVI^® bereitstellt. Weiterentwickelte Blutparametersensoren umfassen den klebenden Masimo Rainbow^®, ReSposable^TM und wieder verwendbare Sensoren. Weiterentwickelte Blutparametermonitore umfassen Masimo Radical-7^TM, Rad-87^TM und Rad-57^TM Monitore, die alle von Masimo erhältlich sind. Weiterentwickelte Parametermeßsysteme können außerdem eine akustische Überwachung aufweisen, wie die akustische Atemfrequenz (RRa^TM) mittels eines Rainbow Acoustic Sensor^TM und Rad-87^TM Monitor, die von Masimo erhältlich sind. Solche weiterentwickelten Pulsoximeter, rauscharme Sensoren und weiterentwickelten physiologischen Parametermeßsysteme haben ebenfalls in einer weiten Vielfalt von medizinischen Anwendungen rasche Akzeptanz gewonnen, die chirurgische Abteilungen, Intensiv- und Neugeborenenstationen, allgemeine Abteilungen, häusliche Pflege, Sport und nahezu alle Arten von Überwachungsszenarien umfassen.
Die 1–3 stellen Probleme und Themen dar, die mit physiologischen Parametermeßsystemen verbunden sind, die Alarmschemata mit fester Schwelle aufweisen. 1 stellt ein Alarmschema mit fester unterer Grenzschwelle bezüglich eines Sauerstoffsättigungs-(SpO₂) Parameters dar. Es sind zwei Alarmschwellen, D_L (Verzögerung) und ND_L (keine Verzögerung), definiert. Wenn die Sauerstoffsättigung für eine Zeitverzögerung von mehr als TD unter D_L fällt, wird ein Alarm ausgelöst. Wenn die Sauerstoffsättigung unter ND_L fällt, wird sofort ein Alarm ausgelöst. D_L 120 wird typischerweise auf etwa oder etwas über eine Sauerstoffsättigung von 90% eingestellt und ND_L 130 wird typischerweise auf 5% bis 10% unter D_L eingestellt. Nehmen wir zum Beispiel an, dass die Sauerstoffsättigung 110 einer Person bei t = t₁ 162 unter D_L 120 fällt und für mindestens eine Zeitverzögerung TD 163 unter D_L bleibt. Dies löst bei t = t₂ 164 einen verzögerten Alarm 140 aus, wobei t₂ = t₁ + TD. Der Alarm 140 bleibt aktiv, bis die Sauerstoffsättigung 110 bei t = t₃ 166 über D_L 120 steigt. Nehmen wir als ein anderes Beispiel an, dass die Sauerstoffsättigung 110 dann unter ND_L 130 fällt, was bei t = t₄ 168 einen sofortigen Alarm 150 auslöst. Der Alarm 150 bleibt aktiv, bis die Sauerstoffsättigung 110 bei t = t₅ 169 über D_L 120 steigt.
2 stellt ein Alarmschema mit fester oberer Grenzschwelle bezüglich eines Sauerstoffsättigungs- (SpO₂) Parameters dar. Dieses Alarmszenario ist insbesondere auf die Vermeidung einer RPM (Retinopathia praematurorum) anwendbar. Erneut werden zwei Alarmschwellen, D_U (Verzögerung) und ND_U (keine Verzögerung), definiert. D_U 220 könnte auf oder etwa auf 85% Sauerstoffsättigung eingestellt werden, und ND_U 230 könnte auf oder etwa auf 90% Sauerstoffsättigung eingestellt werden. Zum Beispiel steigt die Sauerstoffsättigung 210 eines Neugeborenen bei t = t₁ 262 über D_U 220 und bleibt für mindestens eine Zeitverzögerung TD 263 über D_U. Dies löst bei t = t₂ 264 einen verzögerten Alarm 240 aus, wobei t₂ = t₁ + TD. Der Alarm 240 bleibt aktiv, bis Sauerstoffsättigung 210 bei t = t₃ 166 unter D_U 220 fällt. Die Sauerstoffsättigung 210 steigt dann über ND_U 230, was bei t = t₄ 268 einen sofortigen Alarm 250 auslöst. Der Alarm 250 bleibt aktiv, bis Sauerstoffsättigung 210 bei t = t₅ 269 unter D_U 220 fällt.
3 stellt ein Basisliniendriftproblem bei dem oben beschriebenen Alarmschema mit fester Schwelle dar. Die Sauerstoffsättigung einer Person wird auf einer graphischen Darstellung 300 der Sauerstoffsättigung (SpO₂) als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Insbesondere weist während eines ersten Zeitintervalls T₁ 362 eine Person eine Sauerstoffsättigung 310 mit einer verhältnismäßig stabilen „Basislinie” 312 auf, die durch ein flaches, transientes Entsättigungsereignis 314 unterbrochen ist. Dieses Szenario kann auftreten, nachdem die Person Sauerstoff genommen hat, so dass die Basisliniensauerstoffsättigung nahezu 100% ist. Folglich löst das transiente Ereignis 314 bei einem Alarm 330 mit fester Schwelle, die angenommen auf 90% eingestellt ist, keinen Fehlalarm aus. Jedoch klingen die Wirkungen von Sauerstoffbehandlungen mit der Zeit ab, und die Sauerstoffsättigungspegel verschieben sich nach unten 350. Insbesondere weist während eines zweiten Zeitintervalls T₂ 364 eine Person eine Sauerstoffsättigung 320 mit einer verhältnismäßig stabilen Basislinie 322 auf. Die spätere Basislinie 322 bildet sich bei einer wesentlich niedrigeren Sauerstoffsättigung als die frühere Basislinie 312 heraus. In diesem Szenario überschreitet nun ein flaches, transientes Entsättigungsereignis 324 die Alarmschwelle 330 und führt zu einem Fehlalarm. Nach solchen Fehlalarmen kann es sein, dass eine Pflegekraft die Alarmschwelle 330 auf unsichere Pegel senkt oder die Alarme insgesamt abschaltet, was die Wirksamkeit der Überwachung der Sauerstoffsättigung erheblich stört.
Es wird oben ein Alarmschema mit fester Schwelle bezüglich eines Sauerstoffsättigungsparameters beschrieben, wie er aus einem Pulsoxymeter abgeleitet wird. Jedoch kann ein problematisches Verhalten eines Alarms mit fester Schwelle in einer Vielfalt von Parametermeßsystemen gezeigt werden, die wie die oben aufgeführten Kreislauf- und Atmungsparameter physiologische Parameter berechnen, die als einige Beispiele das Kreislaufsystem, den Atmungsapparat, das Nervensystem, den Magen-Darm-Apparat, Harnapparat, das Immunsystem, den Bewegungsapparat, das Hormonsystem oder den Fortpflanzungsapparat betreffen.
Ein adaptives Alarmsystem, wie es unten im Detail beschrieben wird, stellt vorteilhaft einen Alarm mit adaptiver Schwelle bereit, um unter anderem die Probleme eines Fehlalarms und eines verpassten wirklichen Alarms, die mit der Basisliniendrift verbunden sind, zu lösen. Zum Beispiel stellt ein adaptives Alarmsystem für eine Untergrenzenausführungsform eine Alarmschwelle tiefer ein, wenn eine Parameterbasislinie bei niedrigen Werten eingestellt wird. Ebenso stellt das adaptive Alarmsystem für eine Obergrenzenausführungsform eine Alarmschwelle entsprechend einer Basisliniendrift höher ein, um Fehlalarme zu vermeiden. In einer Ausführungsform ist die Geschwindigkeit der Basislinienbewegung begrenzt, um eine Maskierung von Transienten zu vermeiden. In einer Ausführungsform wird die Basislinie längs oberer oder unterer Abschnitte einer Parameterhüllkurve eingestellt, um einen Sicherheitsspielraum in Untergrenzen- bzw. Obergrenzensysteme bereitzustellen.
Ein Aspekt eines adaptiven Alarmsystems reagiert auf einen physiologischen Parameter, um eine Alarmschwelle zu erzeugen, die sich an die Basisliniendrift des Parameters anpasst, und Fehlalarme ohne eine entsprechende Zunahme verpasster wirklicher Alarme reduziert. Das adaptive Alarmsystem weist einen Parameter auf, der von einem physiologischen Meßsystem mittels eines Sensors abgeleitet wird, der mit einem Lebewesen in Verbindung steht. Ein Basislinienprozessor berechnet eine Parameterbasislinie aus einem Mittelwert des Parameters. Parametergrenzen spezifizieren einen zulässigen Bereich des Parameters. Ein adaptiver Schwellenprozessor berechnet aus der Parameterbasislinie und den Parametergrenzen eine adaptive Schwelle. Ein Alarmgenerator reagiert auf den Parameter und die adaptive Schwelle, um einen Alarm auszulösen, der anzeigt, dass der Parameter die adaptive Schwelle überschreitet. Die adaptive Schwelle reagiert auf die Parameterbasislinie so, dass sich ihr Wert erhöht, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem höheren Parameterwert verschiebt, und ihr Wert abnimmt, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem niedrigeren Parameterwert verschiebt.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der Basislinienprozessor ein gleitendes Fenster auf, das eine Zeitscheibe bzw. ein Zeitintervall von Parameterwerten festlegt. Ein Trendrechner bestimmt einen Trend aus einem Durchschnitt der Parameterwerte in der Zeitscheibe. Ein Reaktionsbegrenzer verfolgt nur die verhältnismäßig langfristigen Übergänge des Trends. Ein systematischer Messabweichungsrechner bzw. Vorbeeinflussungsrechner löscht die höchsten Parameterwerte in der Zeitscheibe oder die niedrigsten Parameterwerten in der Zeitscheibe, um die Basislinie entweder auf einen niedrigeren Wert bzw. einen höheren Wert einzustellen. Die adaptive Schwelle reagiert weniger auf die Basisliniendrift, wenn sich die Basislinie einer vordefinierten Parametergrenze nähert. Eine erste adaptive Schwelle reagiert auf untere Parametergrenzen, und eine zweite adaptive Schwelle reagiert auf obere Parametergrenzen. Der Alarmgenerator reagiert gemäß der ersten adaptiven Schwelle und der zweiten adaptiven Schwelle sowohl auf positive als auch auf negative Transienten von der Basislinie. Die erste adaptive Schwelle reagiert zunehmend auf negative Transienten und die zweite adaptive Schwelle reagiert abnehmend auf positive Transienten, wenn die Basislinie zu niedrigeren Parameterwerten tendiert.
Ein weiterer Aspekt eines adaptiven Alarmsystems misst einen physiologischen Parameter, stellt eine Basislinie für den Parameter her, stellt eine Alarmschwelle gemäß der Drift der Basislinie ein und löst einen Alarm als Reaktion darauf aus, dass die Parametermessung die Alarmschwelle überschreitet. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Basislinie durch Vorbeeinflussung bzw. systematische Abweichung eines Segments des Parameters, Berechnen eines vorbeeinflussten bzw. systematische abweichenden Trends aus dem vorbeeinflussten bzw. systematisch abweichenden Segment und Beschränken der Transientenreaktion des vorbeeinflussten bzw. systematisch abweichenden Trends hergestellt. Die Alarmschwelle wird durch Festlegen einer Parametergrenze und Berechnen einer Delta-Differenz zwischen der Alarmschwelle und der Basislinie als eine lineare Funktion der Basislinie gemäß der Parametergrenze eingestellt. Die Delta-Differenz wird durch Senken von Delta, wenn sich die Basislinie zur Parametergrenze verschiebt, und Erhöhen von Delta berechnet, wenn sich die Basislinie von der Parametergrenze weg verschiebt. Eine Parametergrenze wird durch Auswählen einer ersten Parametergrenze in Bezug auf einen verzögerten Alarm und Auswählen einer zweiten Parametergrenze in Bezug auf einen unverzögerten Alarm eingestellt. Ein Segment des Parameters wird durch Fensterung der Parametermessungen, Entfernen eines Anteils mit niedrigem Wert der gefensterten Parametermessungen und Mittelung eines restlichen Anteils der gefensterten Parametermessungen vorbeeinflusst. Es wird eine obere Delta-Differenz zwischen einer oberen Alarmschwelle und der Basislinie berechnet und eine untere Delta-Differenz zwischen einer unteren Alarmschwelle und der Basislinie berechnet.
Ein weiterer Aspekt eines adaptiven Alarmsystems weist einen Basislinienprozessor auf, der einen Parameter einliest und der eine Basislinie gemäß eines Trends des Parameters ausgibt. Ein adaptiver Schwellenprozessor stellt eine Alarmschwelle bei einer Delta-Differenz von der Basislinie her. Ein Alarmgenerator löst einen Alarm beruhend auf einer Parametertransiente von der Basislinie aus, die die Alarmschwelle überschreitet. In verschiedenen Ausführungsformen gibt ein Trendrechner einen vorbeeinflussten bzw. systematisch abweichenden Trend aus, und die Basislinie reagiert auf den vorbeeinflussten Trend, um die Größe einer Transiente zu reduzieren, die den Alarm auslöst. Ein Reaktionsbegrenzer reduziert die Basislinienbewegung infolge der Parametertransiente. Der adaptive Schwellenprozessor stellt eine untere Alarmschwelle unter der Basislinie und eine obere Alarmschwelle über der Basislinie her, so dass der Alarmgenerator sowohl auf positive als auch auf negative Transienten von der Basislinie reagiert. Der Basislinienprozessor errichtet eine untere Basislinie, die über bzw. oberhalb den/des Parametertrend/s vorbeeinflusst ist, bzw. systematisch abweicht und eine obere Basislinie, die unter bzw. unterhalb den/des Parametertrend/s vorbeeinflusst ist bzw. bzw. systematisch abweicht. Die untere Alarmschwelle reagiert zunehmend auf negative Transienten und die obere Alarmschwelle reagiert abnehmend auf positive Transienten, wenn die Basislinie zu niedrigeren Parameterwerten tendiert.
Beschreibung der Zeichnungen
1–3 sind exemplarische graphische Darstellungen, die Probleme und Themen darstellen, die mit physiologischen Parametermeßsystemen verbunden sind, die Alarmschemata mit fester Schwelle aufweisen;
4A–B sind allgemeine Blockdiagramme eines adaptiven Alarmsystems, das untere Parametergrenzen aufweist;
5A–B sind eine graphischen Darstellung eines physiologischen Parameters als Funktion des Delta-Raums bzw. eine graphische Darstellung von Delta als Funktion der Basislinie, die die Beziehung zwischen einer Basislinie, einer adaptiven Untergrenzenschwelle und einer variablen Delta-Differenz zwischen der Basislinie und der adaptiven Schwelle darstellen;
6 ist eine exemplarische graphische Darstellung eines physiologischen Parameters als Funktion der Zeit, die ein adaptives Alarmsystem darstellt, das eine adaptive Untergrenzenschwelle aufweist;
7 ist eine graphische Darstellung der Sauerstoffsättigung als Funktion der Zeit, die eine Basislinie zur Bestimmung einer adaptiven Schwelle darstellt;
8 ist eine graphische Darstellung der Sauerstoffsättigung als Funktion der Zeit, die die Leistung eines Alarms mit adaptiver Schwelle mit der Leistung eines Alarms mit fester Schwelle vergleicht;
9A–B sind allgemeine Blockdiagramme eines adaptiven Alarmsystems, das obere Parametergrenzen aufweist;
10A–B sind eine graphische Darstellung eines physiologischen Parameters als Funktion des Delta-Raums bzw. eine graphische Darstellung von Delta als Funktion der Basislinie, die die Beziehung zwischen einer Basislinie, einer adaptiven Obergrenzenschwelle und einer variablen Delta-Differenz zwischen der Basislinie und der adaptiven Schwelle darstellen;
11 ist eine exemplarische graphische Darstellung eines physiologischen Parameters als Funktion der Zeit, die ein adaptives Alarmsystem darstellt, das eine adaptive Obergrenzenschwelle aufweist;
12A–B sind allgemeine Blockdiagramme eines adaptiven Alarmsystems, das sowohl untere Alarmgrenzen als auch obere Alarmgrenzen aufweist;
13A–E sind graphische Darstellungen eines physiologischen Parameters als Funktion des Delta-Raums, die eine adaptive Untergrenzenschwelle, eine adaptive Obergrenzenschwelle und eine kombinierte adaptive Unter- und Obergrenzenschwelle in verschiedenen Delta-Räumen darstellen; und
14 ist eine exemplarische graphische Darstellung eines physiologischen Parameters als Funktion der Zeit, die ein adaptives Alarmsystem darstellt, das sowohl untere als auch obere Alarmgrenzen aufweist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 4A–B stellen eine Ausführungsform eines adaptiven Alarmsystems 400 dar, das untere Parametergrenzen L₁ und L₂ aufweist. Wie in 4A gezeigt, weist das adaptive Alarmsystem 400 Eingänge für einen Parameter 401, eine erste Grenze (L₁) 403, eine zweite Grenze (L₂) 405 und einen maximalen Parameterwert (Max) 406 auf und erzeugt eine entsprechende Ausgabe eines Alarms 412. Die Eingabe des Parameters 401 wird zum Beispiel durch einen physiologischen Parameterprozessor, wie ein Pulsoxymeter oder einen oben beschriebenen weiterentwickelten Blutparameterprozessor erzeugt. Das adaptive Alarmsystem 400 weist einen Alarmgenerator 410, einen Basislinienprozessor 420 und einen adaptiven. Schwellenprozessor 440 auf. Der Alarmgenerator 410 weist Eingänge für den Parameter 401 und eine adaptive Schwelle (AT) 442 auf und erzeugt entsprechend die Ausgabe des Alarms 412. Ein Basislinienprozessor 420 weist den Eingang für den Parameter 401 auf, und erzeugt eine Ausgabe der Parameterbasislinie (B) 422. Der Basislinienprozessor 420 wird bezüglich 4B unten im Detail beschrieben. Ein adaptiver Schwellenprozessor 440 weist Eingänge für die Parameterbasislinie (B) 422, L₁ 403, L₂ 405 und Max 406 auf, und erzeugt die adaptive Schwelle (AT) 442. Der adaptive Schwellenprozessor 440 wird unten bezüglich der 5A–B im Detail beschrieben.
Wie in 4A gezeigt, können in einer Ausführungsform L₁ 403 und L₂ 405 herkömmlichen festen Alarmschwellen mit bzw. ohne eine Alarmzeitverzögerung entsprechen. Für ein adaptives Schwellenschema bestimmen L₁ 403 und L₂ 405 jedoch keine Alarmschwelle an sich, sondern sind Bezugspegel zur Bestimmung einer adaptiven Schwelle (AT) 442. In einer Ausführungsform ist L₁ 403 eine Obergrenze der adaptiven Alarmschwelle AT, wenn die Basislinie nahe des maximalen Parameterwerts (Max) ist, und L₂ 405 ist eine Untergrenze der adaptiven Alarmschwelle, wie im Detail bezüglich der 5A–B unten beschrieben wird. Wenn in einer exemplarischen Ausführungsform der Parameter die Sauerstoffsättigung ist, wird L₁ 403 auf oder um 90% eingestellt, und L₂ 405 wird auf 5 bis 10% unter L₁, d. h. bei 85% bis 80% Sauerstoffsättigung eingestellt. Es können viele andere L₁- und L₂-Werte für ein adaptives Schwellenschema verwendet werden, wie es hierin beschrieben wird.
Wie außerdem in 4A gezeigt, wird in einer Ausführungsform die Ausgabe des Alarms 412 ausgelöst, wenn der Eingang des Parameters 401 unter AT 442 fällt, und endet, wenn der Eingang des Parameters 401 über AT 442 steigt oder anderweitig annulliert wird. In einer Ausführungsform wird die Ausgabe des Alarms 412 nach einer Zeitverzögerung (TD) ausgelöst, die fest oder variabel sein kann. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) eine Funktion der adaptiven Schwelle (AT) 442. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) null, wenn die adaptive Schwelle (AT) bei der zweiten Untergrenze (L₂) 405 liegt.
Wie in 4B gezeigt, weist eine Ausführungsform eines Basislinienprozessors 420 ein gleitendes Fenster 450, einen Vorbeeinflussungsrechner 460, einen Trendrechner 470 und einen Reaktionsbegrenzer 480 auf. Das gleitende Fenster 450 leist den Parameter 401 ein und gibt ein Zeitsegment 452 des Parameters 401 aus. In einer Ausführungsform, schließt jedes Fenster eine Spanne von fünf Minuten von Parameterwerten ein. Der Vorbeeinflussungsrechner 460 stellt vorteilhaft eine Aufwärtsverschiebung der Basislinie (B) 422 für einen zusätzlichen Fehlerspielraum für verpasste wirkliche Alarme bereit. Das heißt, es wird eine Basislinie 422 erzeugt, die einen Bereich von Parameterwerten folgt, der höher als der Durchschnitt ist, wobei die adaptive Schwelle AT effektiv leicht über eine Schwelle angehoben wird, die beruhend auf einem wirklichen Parameterdurchschnitt berechnet wird, wie bezüglich der 7–8 unten im Detail gezeigt und beschrieben wird. In einer Ausführungsform scheidet der Vorbeeinflussungsrechner 460 einen unteren Bereich von Parameterwerten aus jedem Zeitsegment 452 aus dem gleitenden Fenster aus, um so ein vorbeeinflusstes Zeitsegment 462 erzeugen.
Wie aüßerdem in 4B gezeigt, gibt der Trendrechner 470 einen vorbeeinflussten Trend 472 des restlichen höheren Bereichs von Parameterwerten in jedem vorbeeinflussten Segment 462 aus. In einer Ausführungsform ist der vorbeeinflusste Trend 462 ein Durchschnitt der Werte im vorbeeinflussten Zeitsegment 462. In anderen Ausführungsformen ist der vorbeeinflusste Trend 462 ein Median oder häufigster Wert der Werte im vorbeeinflussten Zeitsegment 462. Der Reaktionsbegrenzer 480 begrenzt vorteilhaft das Ausmaß, mit dem die Basislinienausgabe 422 dem vorbeeinflussten Trend 472 folgt. Folglich folgt die Basislinie 422 nur verhältnismäßig langlebigeren Übergängen des Parameters, folgt aber nicht (und maskiert folglich) physiologisch wichtige Parameterereignisse, wie Sauerstoffentsättigungen für einen SpO₂-Parameter, um nur ein Beispiel zu nennen. In einer Ausführungsform weist der Reaktionsbegrenzer 480 eine Tiefpassübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform ist der Reaktionsbegrenzer 480 ein Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer.
Die 5A–B stellen ferner einen adaptiven Schwellenprozessor 440 (4A) dar, der einen Eingang für die Basislinie (B) 422 aufweist und eine Ausgabe einer adaptiven Schwelle (AT) 442 und eine Hilfsausgabe Delta (Δ) 444 gemäß Parametergrenzen L₁ 403, L₂ 405 und Max 406 erzeugt, wie oben beschrieben. Wie in 5A gezeigt, nimmt die adaptive Schwelle (AT) 444 zwischen L₁ 403 und L₂ 405 monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B) 422 abnimmt (zunimmt). Ferner nehmen die Differenz Delta (Δ) 444 zwischen der Basislinie (B) 422 und der adaptiven Schwelle (AT) 442 zwischen Max – L₁ und null monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B) 422 abnimmt (zunimmt).
Wie in 5B gezeigt, kann die Beziehung zwischen Delta (Δ) 444 und der Basislinie (B) 444 linear 550 sein (durchgezogene Linie), nichtlinear 560 (klein gestrichelte Linien) oder stückweise linear (groß gestrichelte Linien) sein, um einige zu nennen. In einer Ausführungsform berechnet der adaptive Schwellenprozessor 440 (4A) eine Ausgabe einer adaptiven Schwelle (AT) 442 als Reaktion auf die Eingabe der Basislinie (B) 422 gemäß einer linearen Beziehung. In einer linearen Ausführungsform berechnet der adaptive Schwellenprozessor 440 (4A) die adaptive Schwelle (AT) 442 gemäß der Gleichungen 1–2:
wobei Δ = Max – L₁ bei B = Max; Δ = 0 bei B = L₂
und wobei entsprechend AT = L₁ bei B = Max; AT = L₂ bei B = L₂.
6 stellt die Betriebseigenschaften eines adaptiven Alarmsystems 400 (4A) dar, das Parametergrenzen Max 612, L₁ 614 und L₂ 616 und einen Alarm aufweist, der auf eine Basislinie (B) 622, 632, 642, eine adaptive Schwelle (AT) 628, 638, 648 und ein entsprechendes Δ 626, 636, 646 gemäß der Gleichungen 1–2 oben reagiert. Insbesondere wird ein physiologischer Parameter 610 als Funktion der Zeit 690 für verschiedene Zeitsegmente t₁, t₂, t₃ 692–696 graphisch dargestellt. Der Parameterbereich (PR) 650 ist: PR = Max – L₂ (3) und der adaptive Schwellenbereich (ATR) 660 ist: ATR = L₁ – L₂ (4)
Wie in 6 gezeigt, weist während einer ersten Zeitspanne t₁ 692 ein Parametersegment 620 eine Basislinie (B) 622 bei etwa Max 612 auf. Von daher ist Δ 626 = Max – L₁, und die adaptive Schwelle (AT) 628 liegt bei etwa L₁ 614. Folglich löst eine Transiente 624 mit einer Größe von weniger als Δ 626 den Alarm 412 nicht aus (4A).
Wie außerdem in 6 gezeigt, weist während einer zweiten Zeitspanne t₂ 694 ein Parametersegment 630 eine Basislinie (B) 632 bei etwa L₁ 614 auf. Von daher ist Δ 636 kleiner als Max – L₁, und die adaptive Schwelle (AT) 638 liegt zwischen L₁ und L₂. Folglich wird eine im Vergleich zu einer Transiente 624 im ersten Zeitsegment kleinere Transiente 634 den Alarm auslösen.
Wie ferner in 6 gezeigt, weist während einer dritten Zeitspanne t₃ 696 ein Parametersegment 640 eine Basislinie (B) 642 bei etwa L₂ 616 auf. Von daher ist Δ 646 etwa null, und die adaptive Schwelle (AT) 648 liegt etwa bei L₂. Folglich wird selbst eine kleine negative Transiente den Alarm auslösen. Von daher passt sich das Verhalten der Alarmschwelle AT 628, 638, 648 vorteilhaft an höhere oder niedriger Basislinienwerte an, um die Größe negativer Transienten zur erhöhen oder zu vermindern, die den Alarm 412 (4A) auslösen oder nicht auslösen.
7 ist eine graphischen Darstellung 700 eines Parameters als Funktion der Zeit, die die Eigenschaften eines adaptiven Alarmsystems 400 (4A–B) darstellt, wie es bezüglich der 4–6 oben beschrieben wird, wobei der Parameter die Sauerstoffsättigung (SpO₂) ist. Die graphische Darstellung 700 weist einen SpO₂-Linienzug 710 und einen überlagerten Basislinienlinienzug 720 auf. Die graphischen Darstellung 700 stellt außerdem Verfolgungszeitspannen 730, wobei die Basislinie 720 den obere Abschnitten der SpO₂-Werte folgt, und Verzugszeitspannen 740 dar, wobei die Basislinie 720 den transienten SpO₂-Ereignissen nicht folgt. Die Verfolgungszeitspannen 730 veranschaulichen, dass die Basislinie 720 vorteilhaft im höheren Bereich der SpO₂-Werte 710 während verhältnismäßig stabiler (ebener) Zeitspannen folgt, wie oben beschrieben. Verzugszeitspannen 740 veranschaulichen, dass die Basislinie 720 vorteilhaft als Reaktion auf transiente Entsättigungsereignisse begrenzt wird, so dass wichtige Entsättigungen unter eine (nicht gezeigte) adaptive Schwelle fallen und folglich einen Alarm auslösen.
8 ist eine graphische Darstellung 800 eines Parameters als Funktion der Zeit, die Eigenschaften eines adaptiven Alarmsystems 400 (4A–B) darstellt, wie es bezüglich der 4–6 oben beschrieben wird, wobei der Parameter die Sauerstoffsättigung (SpO₂) ist. Die Auflösung der vertikalen Achse (SpO₂) beträgt 1%. Das Zeitintervall 801 zwischen vertikalen Nummernzeichen beträgt fünf Minuten. Die graphische Darstellung 800 weist einen SpO₂-Linienzug 810 und einen Basislinienlinienzug 820 auf. Die graphische Darstellung 800 weist außerdem einen Linienzug 830 einer festen Schwelle, eine Linienzug 840 einer ersten adaptiven Schwelle (AT) und einen zweiten AT-Linienzug 850 auf. Die graphische Darstellung 800 weist ferner einen Linienzug 860 eines Alarms mit fester Schwelle, einen Linienzug 870 eines ersten Alarms mit adaptiver Schwelle und einen Linienzug 880 eines zweiten Alarms mit adaptiver Schwelle auf. In diesem Beispiel beträgt L₁ 90% und beträgt L₂ 85% für den ersten AT-Linienzug 840 und den ersten AT-Alarmlinienzug 870. L₂ beträgt 80% für einen zweiten AT-Linienzug 850 und einen zweiten AT-Alarmlinienzug 880. Die feste Schwelle 830 führt zu vielen Fehlalarmen 860. Im Vergleich weist der Alarm mit adaptiver Schwelle mit L₂ = 85% nur ein Zeitintervall von Alarmen 872 während einer Entsättigungsspanne von etwa 6% (von 92% bis 86%) auf. Der Alarm mit adaptiver Schwelle mit L₂ = 80% weist keine Alarme während der Überwachungszeitspannen von 1 Stunde 25 Minuten auf.
Die 9A–B stellen eine Ausführungsform eines adaptiven Alarmsystems 900 dar, das obere Parametergrenzen U₁ und U₂ aufweist. Wie in 9A gezeigt, weist das adaptive Alarmsystem 900 Eingänge für einen Parameter 901, eine erste Grenze (U₁) 903, eine zweite Grenze (U₂) 905 und einen minimalen Parameterwert (Min) 906 und erzeugt eine Ausgabe eines entsprechenden Alarms 912. Der Eingabe des Parameters 901 wird durch einen physiologischen Parameterprozessor, wie zum Beispiel ein Pulsoxymeter oder einen oben beschriebenen weiterentwickelten Blutparameterprozessor erzeugt. Das adaptive Alarmsystem 900 weist einen Alarmgenerator 910, einen Basislinienprozessor 920 und einen adaptiven Schwellenprozessor 940 auf. Der Alarmgenerator 910 weist Eingänge für den Parameter 901 und eine adaptive Schwelle (AT) 942 auf und erzeugt entsprechend die Ausgabe des Alarms 912. Ein Basislinienprozessor 920 weist den Eingang für den Parameter 901 auf und erzeugt eine Ausgabe der Parameterbasislinie (B) 922. Der Basislinienprozessor 920 wird unten bezüglich 9B im Detail beschrieben. Ein adaptiver Schwellenprozessor 940 weist Eingänge für die Parameterbasislinie (B) 922, U₁ 903, U₂ 905 und Min 906 auf und erzeugt die adaptive Schwelle (AT) 942. Der adaptive Schwellenprozessor 940 wird unten bezüglich der 10A–B 9B im Detail beschrieben.
Wie in 9A gezeigt, können in einer Ausführungsform U₁ 903 und U₂ 905 herkömmlichen festen Alarmschwellen mit bzw. ohne eine Alarmzeitverzögerung entsprechen. Für ein adaptives Schwellenschema bestimmen jedoch U₁ 903 und U₂ 905 keine Alarmschwelle an sich, sondern sind Bezugspegel zur Bestimmung einer adaptiven Schwelle (AT) 942. In einer Ausführungsform ist U₁ 903 eine Untergrenze der adaptiven Alarmschwelle AT, wenn die Basislinie nahe des minimalen Parameterwerts (Min) ist, und U₂ 905 ist eine Obergrenze der adaptiven Alarmschwelle, wie unten bezüglich der 10A–B im Detail beschrieben. In einer exemplarischen Ausführungsform wird U₁ 903 auf oder um 85% eingestellt und U₂ 905 wird auf oder um 90% Sauerstoffsättigung eingestellt, wenn der Parameter die Sauerstoffsättigung ist. Es können viele andere U₁- und U₂-Werte für ein adaptives Schwellenschema verwendet werden, wie es hierin beschrieben wird.
Wie außerdem in 9A gezeigt, wird in einer Ausführungsform die Ausgabe des Alarms 912 ausgelöst, wenn der Eingang des Parameters 901 über AT 942 steigt, und endet, wenn der Eingang des Parameters 901 unter AT 942 fällt oder anderweitig annulliert wird. In einer Ausführungsform wird die Ausgabe des Alarms 912 nach einer Zeitverzögerung (TD) ausgelöst, die fest oder variabel sein kann. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) eine Funktion der adaptiven Schwelle (AT) 942. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) null, wenn sich die adaptive Schwelle (AT) bei der zweiten Obergrenze (U₂) 905 befindet.
Wie in 9B gezeigt, weist eine Ausführungsform des Basislinienprozessors 920 ein gleitendes Fenster 950, einen Vorbeeinflussungsrechner 960, einen Trendrechner 970 und einen Reaktionsbegrenzer 980 auf. Das gleitende Fenster 950 liest den Parameter 901 ein und gibt ein Zeitsegment 952 des Parameters 901 aus. In einer Ausführungsform schließt jedes Fenster eine Spanne von fünf Minuten von Parameterwerten ein. Der Vorbeeinflussungsrechner 960 stellt für einen zusätzlichen Fehlerspielraum für verpasste wirkliche Alarme vorteilhaft eine Abwärtsverschiebung der Basislinie (B) 922 bereit. Das heißt, es wird eine Basislinie 922 erzeugt, die einen Bereich der Parameterwerte folgt, der niedriger als der Durchschnitt ist, wobei die adaptive Schwelle AT geringfügig unter eine Schwelle gesenkt wird, die beruhend auf einem wirklichen Parameterdurchschnitt berechnet wird. In einer Ausführungsform scheidet der Vorbeeinflussungsrechner 960 einen oberen Bereich von Parameterwerten aus jedem Zeitsegment 952 aus dem gleitenden Fenster aus, um ein vorbeeinflusstes Zeitsegment 962 zu erzeugen.
Wie außerdem in 9B gezeigt, gibt der Trendrechner 970 einen vorbeeinflussten Trend 972 des restlichen unteren Bereichs der Parameterwerte in jedem vorbeeinflussten Segment 962 aus. In einer Ausführungsform ist der vorbeeinflusste Trend 962 ein Durchschnitt der Werte im vorbeeinflussten Zeitsegment 962. In anderen Ausführungsformen ist der vorbeeinflusste Trend 962 ein Median oder häufigster Wert der Werte im vorbeeinflussten Zeitsegment 962. Der Reaktionsbegrenzer 980 begrenzt vorteilhaft das Ausmaß, mit dem die Basislinienausgabe 922 dem vorbeeinflussten Trend 972 folgt. Folglich folgt die Basislinie 922 nur verhältnismäßig langlebigeren Übergängen des Parameters, folgt aber nicht (und maskiert folglich) physiologisch wichtige Parameterereignisse, wie Sauerstoffentsättigungen für einen SpO₂-Parameter, um nur ein Beispiel zu nennen. In einer Ausführungsform weist der Reaktionsbegrenzer 980 eine Tiefpassübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform ist der der Reaktionsbegrenzer 980 ein Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer.
Die 10A–B stellen ferner einen adaptiven Schwellenprozessor 940 (9A) dar, der einen Eingang für die Basislinie (B) 922 aufweist und eine Ausgabe einer adaptiven Schwelle (AT) 942 und eine Hilfsausgabe für Delta (Δ) 944 gemäß der Parametergrenzen U₁ 903, U₂ 905 und Min 906 erzeugt, wie oben beschrieben. Wie in 10A gezeigt, nimmt die adaptive Schwelle (AT) 944 zwischen U₁ 903 und U₂ 905 monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B) 922 abnimmt (zunimmt). Ferner nimmt die Differenz Delta (Δ) 944 zwischen der Basislinie (B) 922 und der adaptiven Schwelle (AT) 942 zwischen Min – U₁ und null monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B) 922 abnimmt (zunimmt).
Wie in 10B gezeigt, kann die Beziehung zwischen Delta (Δ) 944 und der Basislinie (B) 944 linear 550 (durchgezogene Linie), nichtlinear 560 (klein gestrichelte Linien) oder stückweise linear (große gestrichelte Linien) sein, um einige zu nennen. In einer Ausführungsform berechnet der adaptive Schwellenprozessor 940 (9A) eine Ausgabe einer adaptiven Schwelle (AT) 942 als Reaktion auf die Eingabe der Basislinie (B) 922 gemäß einer linearen Beziehung. In einer linearen Ausführungsform berechnet der adaptive Schwellenprozessor 940 (9A) die adaptive Schwelle (AT) 942 gemäß der Gleichungen 5–6:
wobei Δ = U₁ – Min bei B = Min; Δ = 0 bei B = U₂
und wobei folglich AT = U₁ bei B = Min; AT = U₂ bei B = U₂.
11 stellt die Betriebseigenschaften eines adaptiven Alarmsystems 900 (9A) dar, das Parametergrenzen Min 1112, U₁ 1114 und U₂ 1116 und einen Alarm, der auf eine Basislinie (B) 1122, 1132, 1142 reagiert, eine adaptive Schwelle (AT) 1128, 1138, 1148, und ein entsprechendes Δ 1126, 1136, 1146 gemäß der Gleichungen 5–6 oben aufweist. Insbesondere wird ein physiologischer Parameter 1110 als Funktion der Zeit 1190 für verschiedene Zeitsegmente t₁, t₂, t₃ 1192–1196 graphisch dargestellt. Der Parameterbereich (PR) 1150 ist: PR = U₂ – Min (7) und der adaptive Schwellenbereich (ATR) 1160 ist: ATR = U₂ – U₁ (8)
Wie in 11 gezeigt, weist während einer ersten Zeitspanne t₁ 1192 ein Parametersegment 1120 eine Basislinie (B) 1122 bei etwa Min 1112 auf. Von daher ist Δ 1126 = U₁ – Min, und die adaptive Schwelle (AT) 1128 liegt bei etwa U₁ 1114. Folglich löst eine Transiente 1124 mit einer Größe von weniger als Δ 1126 den Alarm 912 (9A) nicht aus.
Wie außerdem in 11 gezeigt, weist während einer zweiten Zeitspanne t₂ 1194 ein Parametersegment 1130 eine Basislinie (B) 1132 bei etwa U₁ 1114 auf. Von daher ist Δ 1136 kleiner als U₁ – Min, und die adaptive Schwelle (AT) 1138 liegt zwischen U₁ und U₂. Folglich wird eine im Vergleich zu einer Transiente 1124 im ersten Zeitsegment kleinere Transiente 1134 den Alarm auslösen.
Wie ferner in 11 gezeigt, weist während einer dritten Zeitspanne t₃ 1196 ein Parametersegment 1140 eine Basislinie (B) 1142 bei etwa U₂ 1116 auf. Von daher ist Δ 1146 etwa null, und die adaptive Schwelle (AT) 1148 liegt bei etwa U₂. Folglich wird selbst eine kleine positive Transiente den Alarm auslösen. Von daher passt sich das Verhalten der Alarmschwelle AT 1128, 1138, 1148 vorteilhaft höheren oder niedrigen Basislinienwerten an, um die Größe positiver Transienten zu erhöhen oder zu senken, die den Alarm 912 (9A) auslösen oder nicht auslösen.
Die 12A–B stellen einen Ausführungsform eines adaptiven Alarmsystems 1200 dar, das Untergrenzen L₁, L₂ 1203, wie bezüglich der 4A–B oben beschrieben, oder Obergrenzen U₁, U₂ 1205, wie bezüglich der 9A–B oben beschrieben, oder beides aufweist. Wie in 12A gezeigt, weist das adaptive Alarmsystem 1200 Eingänge für einen Parameter 1201, eine Untergrenze 1203 und eine Obergrenze 1205 auf und erzeugt eine entsprechende Ausgabe eines Alarms 1212. Die Eingabe des Parameters 1201 wird zum Beispiel durch einen physiologischen Parameterprozessor, wie ein Pulsoxymeter oder einen oben beschriebenen weiterentwickelten Blutparameterprozessor erzeugt. Das adaptive Alarmsystem 1200 weist einen Alarmgenerator 1210, eine Basislinienprozessor 1220 und einen adaptiven Schwellenprozessor 1240 auf. Der Alarmgenerator 1210 weist Eingänge für einen Parameter 1201 und eine adaptive Schwelle (AT) 1242 auf und erzeugt entsprechend die Ausgabe des Alarms 1212. Ein Basislinienprozessor 1220 weist den Eingang für den Parameter 1201 auf und erzeugt eine oder mehrere Ausgaben von Parameterbasislinien 1222. Der Basislinienprozessor 1220 wird bezüglich 12B unten im Detail beschrieben. Ein adaptiver Schwellenprozessor 1240 weist Eingänge für eine Parameterbasislinie 1222, eine Untergrenze L₁, L₂ 1203 und Obergrenze U₁, U₂ 1205 auf und erzeugt Ausgaben von unteren und oberen adaptiven Schwellen AT_l, AT_u 1242. Der adaptive Schwellenprozessor 1240 erzeugt außerdem Ausgaben eines oberen und unteren Hilfsdeltas 1244. Der adaptive Schwellenprozessor 1240 wird bezüglich der 13A–E unten im Detail beschrieben.
Wie in 12A gezeigt, können in einer Ausführungsform L₁, L₂ 1203 und U₁, U₂ 1205 herkömmlichen festen Alarmschwellen mit einer Alarmverzögerung (L₁, U₁) und ohne eine Alarmverzögerung (L₂, U₂) entsprechen. Für ein adaptives Schwellenschema bestimmen jedoch diese Grenzen 1203, 1205 keine Alarmschwelle an sich, sondern sind Bezugspegel zur Bestimmung unterer und oberer adaptiver Schwellen AT_l, AT_u 1242.
Wie außerdem in 12A gezeigt, wird in einer Ausführungsform die Ausgabe des Alarms 1212 ausgelöst, wenn der Eingang des Parameters 1201 unter AT_l 1242 fällt, und endet, wenn der Eingang des Parameters 1201 über AT_l 1242 steigt oder der Alarm anderweitig annulliert wird. Ferner wird die Ausgabe des Alarms 1212 ausgelöst, wenn der Eingang des Parameters 1201 über AT_u 1242 steigt, und endet, wenn der Eingang des Parameters 1201 unter AT_u 1242 fällt oder der Alarm anderweitig annulliert wird. In einer Ausführungsform wird die Ausgabe des Alarms 1212 nach einer Zeitverzögerung (TD) ausgelöst, die fest oder variabel sein kann. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) eine Funktion der adaptiven Schwellen (AT_l, AT_u) 1242. In einer Ausführungsform ist die Zeitverzögerung (TD) null, wenn sich die untere adaptive Schwelle (AT_l) 1242 bei der zweiten Untergrenze (L₂) 1203 befindet oder wenn sich die obere adaptive Alarmschwelle AT_u 1242 bei der zweiten Obergrenze (U₂) 1205 befindet.
Wie in 12B gezeigt, weist eine Ausführungsform eines Basislinienprozessors 1220 ein gleitendes Fenster 1250, einen Über-Vorbeeinflussungsrechner 1260, einen Unter-Vorbeeinflussungsrechner 1265, einen Trendrechner 1270 und Reaktionsbegrenzer 1280a auf. Das gleitende Fenster 1250 liest den Parameter 1201 ein und gibt ein Zeitsegment 1252 des Parameters 1201 aus. In einer Ausführungsform schließt jedes Fenster eine Spanne von fünf Minuten von Parameterwerten 1201 ein.
Wie außerdem in 12B gezeigt, stellt der Über-Vorbeeinflussungsrechner 1260 vorteilhaft eine Aufwärtsverschiebung der unteren Basislinie (B_l) 1282 für einen zusätzlichen Fehlerspielraum für verpasste untere wirkliche Alarme bereit. Das heißt, es wird eine untere Basislinie (B_l) 1282 erzeugt, die einen Bereich von Parameterwerten folgt, der höher als der Durchschnitt ist, wobei effektiv die untere adaptive Schwelle AT_l leicht über eine Schwelle angehoben wird, die beruhend auf einem wirklichen Parameterdurchschnitt berechnet wird. In einer Ausführungsform scheidet der Über-Vorbeeinflussungsrechner 1260 einen unteren Bereich von Parameterwerten aus jedem Zeitsegment 1252 des gleitenden Fensters 1250 aus, um ein übervorbeeinflusstes Zeitsegment 1262 zu erzeugen.
Wie ferner in 12B gezeigt, stellt der Unter-Vorbeeinflussungsrechner 1265 vorteilhaft eine Abwärtsverschiebung der oberen Basislinie (B_u) 1287 für einen zusätzlichen Fehlerspielraum für verpasste obere wirkliche Alarme bereit. Das heißt, es wird eine obere Basislinie (B_u) 1287 erzeugt, die einem Bereich von Parameterwerten folgt, der niedriger als der Durchschnitt ist, wobei effektiv die obere adaptive Schwelle AT_u leicht unter eine Schwelle gesenkt wird, die beruhend auf einem wirklichen Parameterdurchschnitt berechnet wird. In einer Ausführungsform scheidet der Unter-Vorbeeinflussungsrechner 1267 einen oberen Bereich von Parameterwerten aus jedem Zeitsegment 1252 des gleitenden Fensters 1250 aus, um ein unter-vorbeeinflusstes Zeitsegment 1267 zu erzeugen.
Wie außerdem in 12B gezeigt, gibt der Trendrechner 1270 in jedem über-vorbeeinflussten Segment 1262 einen über-vorbeeinflussten Trend 1272 des restlichen höheren Bereichs der Parameterwerte aus. Ferner gibt der Trendrechner 1270 in jedem unter-vorbeeinflussten Segment 1267 einen unter-vorbeeinflussten Trend 1277 des restlichen unteren Bereichs der Parameterwerte aus. In einer Ausführungsform sind die vorbeeinflussten Trends 1272, 1277 jeweils ein Durchschnitt der Werte in den entsprechenden vorbeeinflussten Zeitsegmenten 1262, 1267. In anderen Ausführungsformen sind die vorbeeinflussten Trends 1272, 1277 jeweils ein Median oder häufigster Wert der Werte in den entsprechenden vorbeeinflussten Zeitsegmenten 1262, 1267. Der Reaktionsbegrenzer 1280 begrenzt vorteilhaft das Ausmaß, mit dem die Basislinienausgaben 1222 den vorbeeinflussten Trends 1272, 1277 folgen. Folglich folgen die Basislinienausgaben 1222 nur verhältnismäßig langlebigeren Übergängen des Parameters 1201, folgen jedoch nicht (und maskieren folglich) physiologisch wichtige Parameterereignisse. In einer Ausführungsform weist der Reaktionsbegrenzer 1280 eine Tiefpassübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform ist der Reaktionsbegrenzer 1280 ein Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer.
Die 13A–E stellen Parameter-(P) Betriebsbereiche und ideale Bereiche hinsichtlich sowohl der unteren als auch oberen Parametergrenzen dar. Wie in 13A gezeigt, nimmt die adaptive Schwelle (AT_l) 1318 zwischen L₁ und L₂ monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B_l) 1317 abnimmt (zunimmt). Ferner nimmt die Differenz Delta (Δ_l) 1319 zwischen der Basislinie (B_l) 1317 und der adaptiven Schwelle (AT_l) 1318 zwischen Max – L₁ und 0 monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B_l) 1317 abnimmt (zunimmt).
Wie in 13B gezeigt, nimmt die adaptive Schwelle (AT_u) 1328 zwischen U₁ und U₂ monoton zu (ab), wenn die Basislinie (B_u) 1327 zunimmt (abnimmt). Ferner nimmt die Differenz Delta (Δ_u) 1329 zwischen der adaptiven Schwelle (AT_u) 1328 und der Basislinie (B_u) 1327 zwischen Min – U₁ und 0 monoton ab (zu), wenn die Basislinie (B_u) 1327 zunimmt (abnimmt).
Wie in 13C gezeigt, die die 13A–B kombiniert, ist der Parameter-(P) Betriebsbereich durch die sich überlagpenden Bereiche 13A und 13B 1330 begrenzt, die eine obere Begrenzung von U₂ und eine untere Begrenzung von L₂ aufweisen. Insbesondere sind L₁, L₂ die Ober- und Untergrenzen der unteren adaptiven Alarmschwelle AT_l, und U₂, U₁ sind die Ober- und Untergrenzen der oberen adaptiven Alarmschwelle AT_u.
13D stellt den Parameter (P) als Funktion der sich überlappenden unabhängigen Deltabereiche F_u, F_l für obere und untere Basislinien B_u, B_l, adaptive Schwellen AT_u, AT_l und Deltas Δ_u, Δ_l, beruhend auf den 13A–C dar. 13E stellt Parameter (P) als Funktion der sich überlappenden unabhängigen Deltabereiche F_u, F_l (umgekehrt) für obere und untere Basislinien B_u, B_l, adaptive Schwellen AT_u, AT_l und Deltas Δ_u, Δ_l dar.
Wie in 13E gezeigt, sind die Gleichungen für zweiseitige adaptive Schwellen:
wobei Δ_u = U₁ – L₂ bei B = L₂; und Δ_u = 0 bei B = U₂; und
wobei AT_u = U₁ bei B = L₂; und AT_u = U₂ bei B = U₂.
Ferner:
wobei Δ_l = U₂ – L₁ bei B = U₂; und Δ_l = 0 bei B = L₂; und
wobei AT_l = L₁ bei B = U₂; AT_l = L₂ bei B = L₂.
Obwohl als eine lineare Beziehung gezeigt, gilt im Allgemeinen: Δ_l = f₁(B); Δ_u = f₂(B)
Das heißt Δ_l und Δ_u können jeweils eine lineare Funktion von B, eine nichtlineare Funktion von B oder eine stückweise lineare Funktion von B sein, um einige zu nennen, in einer Weise, die ähnlich zu der bezüglich den 5B und 10B oben beschriebenen ist.
Die 14A–B stellen die Betriebseigenschaften eines adaptiven Alarmsystems 1200 (12A–B) dar, das Obergrenzen U₁, U₂ 1412, 1414 und Untergrenzen L₁, L₂ 1422, 1424 aufweist. Eine Ausgabe des Alarms 1212 (12A) reagiert auf eine Basislinie (B) 1432, 1442, 1452, 1462, ein oberes Delta (Δ_u) 1437, 1447, 1457, 1467, und eine entsprechende obere adaptive Schwelle (AT_u) 1439, 1449, 1459, 1469 gemäß der Gleichungen 9–10 oben. Ferner reagiert die Ausgabe des Alarms 1212 (12A) auf eine unteres Delta (Δ_l) 1436, 1446, 1456, 1466 und eine entsprechende untere adaptive Schwelle (AT_l) 1438, 1448, 1458, 1468 gemäß der Gleichungen 11–12 oben.
Wie in 14A–B gezeigt, wird ein physiologischer Parameter 1410 graphisch als Funktion der Zeit 1490 für verschiedene Zeitsegmente t₁, t₂, t₃, t₄ 1492–1498 dargestellt. Der Parameterbereich (PR) 1480 ist: PR = U₂ – L₂ (13) der untere Bereich der adaptiven Schwelle AT_l ist: ATR_l = L₁ – L₂ (14) der obere Bereich der adaptiven Schwelle AT_u ist: ATR_l = U₂ – U₁ (15)
Wie in 14A gezeigt, weist während einer ersten Zeitspanne t₁ 1492 ein Parametersegment 1430 eine Basislinie (B) 1432 bei etwa U₂ 1414 auf. Von daher ist Δ_l 1436 = U₂ – L₁; Δ_u 1437 = 0; AT_l 1438 = L₁; AT_u 1439 = U₂. Folglich löst eine negative Transiente 1434 mit einer Größe von weniger als U₂-L₁ keinen Alarm aus.
Wie außerdem in 14A gezeigt, weist während einer zweiten Zeitspanne t₂ 1494 ein Parametersegment 1440 eine Basislinie (B) 1442 auf, die kleiner als U₂ ist. Von daher ist Δ_l 1446 kleiner als U₁ – L₁, und die adaptive Schwelle (AT_u) 1447 liegt zwischen U₁ und U₂. Folglich wird eine im Vergleich zur negativen Transiente 1434 im ersten Zeitsegment 1430 kleinere negative Transiente 1444 den Alarm auslösen.
Wie ferner in 14A gezeigt, weist während einer dritten Zeitspanne t₃ 1496 ein Parametersegment 1450 eine Basislinie (B) 1452 auf, die kleiner als U₁ 1412 ist. Von daher wird eine im Vergleich zur negativen Transiente 1444 im zweiten Zeitsegment 1440 kleinere negative Transiente 1454 den Alarm auslösen. Jedoch wird eine im Vergleich zur positiven Transiente 1445 im zweiten Zeitsegment 1440 größere positive Transiente 1455 benötigt, um den Alarm auslösen.
Wie außerdem in 14A gezeigt, weist während einer vierten Zeitspanne t₄ 1460 ein Parametersegment 1460 eine Basislinie (B) 1462 bei etwa L₂ 1424 auf. Von daher ist Δ_l 1466 = 0; Δ_u 1467 = U₁ – L₂; AT_l 1468 = L₂; AT_u 1469 = U₁. Folglich löst eine positive Transiente 1465 mit einer Größe von weniger als U₁ – L₂ keinen Alarm aus.
Es ist ein adaptives Alarmsystem in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen im Detail offenbart worden. Diese Ausführungsformen werden nur beispielhaft offenbart und begrenzen nicht den Rahmen der Ansprüche, die folgen. Ein durchschnittlicher Fachmann wird viele Variationen und Modifikationen erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6770028 [0004]
US 6658276 [0004]
US 6157850 [0004]
US 6002952 [0004]
US 5769785 [0004]
US 5758644 [0004]
US 6985764 [0004]
US 6813511 [0004]
US 6792300 [0004]
US 6256523 [0004]
US 6088607 [0004]
US 5782757 [0004]
US 5638818 [0004]
US 7647083 [0005]
US 7729733 [0005]
US 2006/0211925 [0005]
US 2006/0238358 [0005]
US 2010/0274099 [0005]

Claims

Adaptives Alarmsystem, das auf einen physiologischen Parameter reagiert, um eine Alarmschwelle zu erzeugen, die sich an die Basisliniendrift des Parameters anpasst, um Fehlalarme ohne eine entsprechende Zunahme verpasster wirklicher Alarme zu reduzieren, wobei das adaptive Alarmsystem aufweist: einen Parameter, der von einem physiologischen Meßsystem abgeleitet wird, das einen Sensor aufweist, der mit einem Lebewesen in Verbindung steht; einen Basislinienprozessor, der aus einem Mittelwert des Parameters eine Parameterbasislinie berechnet; mehrere Parametergrenzen, die einen zulässigen Bereich des Parameters spezifizieren; einen adaptiven Schwellenprozessor, der aus der Parameterbasislinie und den Parametergrenzen eine adaptive Schwelle berechnet; einen Alarmgenerator, der auf den Parameter und die adaptive Schwelle reagiert, um einen Alarm auszulösen, der anzeigt, dass der Parameter die adaptive Schwelle überschreitet; und wobei die adaptive Schwelle auf die Parameterbasislinie reagiert, um ihren Wert zu erhöhen, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem höheren Parameterwert verschiebt, und ihren Wert zu senken, wenn sich die Parameterbasislinie zu einem niedrigeren Parameterwert verschiebt.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 1, wobei der Basislinienprozessor aufweist: ein gleitendes Fenster, das eine Zeitscheibe von Parameterwerten festlegt; einen Trendrechner, der einen Trend aus einem Durchschnitt der Parameterwerte in der Zeitscheibe bestimmt; und einen Reaktionsbegrenzer, der nur die verhältnismäßig langfristigen Übergänge des Trends verfolgt.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 2, das ferner einen Vorbeeinflussungsrechner aufweist, der einen von mehreren der höchsten Parameterwerte in der Zeitscheibe und von mehreren der niedrigsten Parameterwerte in der Zeitscheibe löscht, um die Basislinie auf einen unteren Wert bzw. einen höheren Werts einzustellen.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 3, wobei die adaptive Schwelle weniger auf die Basisliniendrift reagiert, wenn sich die Basislinie einer vordefinierten Parametergrenze nähert.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 4, wobei: eine erste adaptive Schwelle auf untere Parametergrenzen reagiert; und eine zweite adaptive Schwelle auf obere Parametergrenzen reagiert.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 5, wobei der Alarmgenerator sowohl auf positive als auch auf negative Transienten von der Basislinie gemäß der ersten adaptiven Schwelle und der zweiten adaptiven Schwelle reagiert.
Alarmsystem mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 6, wobei die erste adaptive Schwelle zunehmend auf negative Transienten reagiert und die zweite adaptive Schwelle abnehmend auf positive Transienten reagiert, wenn die Basislinie zu niedrigeren Parameterwerten tendiert.
Adaptives Alarmverfahren, das aufweist: Messen eines physiologischen Parameters; Herstellen einer Basislinie für den Parameter; Einrichten einer Alarmschwelle gemäß der Drift der Basislinie; und Auslösen eines Alarms als Reaktion darauf, dass die Parametermessung die Alarmschwelle überschreitet.
Adaptives Alarmverfahren nach Anspruch 8, wobei das Einrichten einer Basislinie aufweist: Vorbeeinflussen eines Segments des Parameters; Berechnen eines vorbeeinflussten Trends aus dem vorbeeinflussten Segment; und Beschränken der Transientenreaktion des vorbeeinflussten Trends.
Alarmverfahren mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 9, wobei das Einstellen einer Alarmschwelle aufweist: Festsetzen einer Parametergrenze; und Berechnen einer Delta-Differenz zwischen der Alarmschwelle und der Basislinie als eine lineare Funktion der Basislinie gemäß der Parametergrenze.
Alarmverfahren mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 10, wobei das Berechnen einer Delta-Differenz aufweist: Senken von Delta, wenn sich die Basislinie zur Parametergrenze verschiebt; und Erhöhen von Delta, wenn sich die Basislinie von der Parametergrenze weg verschiebt.
Alarmverfahren mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 11, wobei das Festsetzen einer Parametergrenze aufweist: Auswählen einer ersten Parametergrenze in Bezug auf einen verzögerten Alarm; und Auswählen einer zweiten Parametergrenze in Bezug auf einen unverzögerten Alarm.
Alarm mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 12, wobei das Vorbeeinflussen eines Segments des Parameters aufweist: Fensterung der Parametermessungen; Entfernen eines Anteils mit niedrigem Wert der gefensterten Parametermessungen; und Mittelung eines restlichen Anteils der gefensterten Parametermessungen.
Alarm mit adaptiver Schwelle nach Anspruch 13, der ferner aufweist: Berechnen einer oberen Delta-Differenz zwischen einer oberen Alarmschwelle und der Basislinie; und Berechnen einer unteren Delta-Differenz zwischen einer unteren Alarmschwelle und der Basislinie.
Adaptives Alarmsystem, das aufweist: einen Basislinienprozessor, der einen Parameter einliest und der eine Basislinie gemäß eines Trends des Parameters ausgibt; einen adaptiven Schwellenprozessor, der eine Alarmschwelle bei einer Delta-Differenz von der Basislinie erzeugt; und einen Alarmgenerator, der einen Alarm beruhend darauf auslöst, dass eine Parametertransiente von der Basislinie die Alarmschwelle überquert.
Adaptives Alarmsystem nach Anspruch 15, das ferner einen Trendrechner aufweist, der einen vorbeeinflussten Trend ausgibt; und wobei die Basislinie auf den vorbeeinflussten Trend reagiert, um die Größe einer Transiente zu reduzieren, die den Alarm auslöst.
Adaptives Alarmsystem nach Anspruch 16, das ferner einen Reaktionsbegrenzer aufweist, der eine Basislinienbewegung infolge der Parametertransiente reduziert.
Adaptives Alarmsystem nach Anspruch 17, wobei der adaptive Schwellenprozessor eine untere Alarmschwelle unter der Basislinie und eine obere Alarmschwelle über der Basislinie erzeugt, so dass der Alarmgenerator sowohl auf positive als auch auf negative Transienten von der Basislinie reagiert.
Adaptives Alarmsystem nach Anspruch 18, wobei der Basislinienprozessor eine untere Basislinie, die über den Parametertrend vorbeeinflusst ist, und eine obere Basislinie erzeugt, die unter den Parametertrend vorbeeinflusst ist.
Adaptives Alarmsystem nach Anspruch 19, wobei die untere Alarmschwelle zunehmend auf negative Transienten reagiert und die obere Alarmschwelle abnehmend auf positive Transienten reagiert, wenn die Basislinie zu niedrigeren Parameterwerten tendiert.