DE2531242B2

DE2531242B2 - Verfahren und Vorrichtung für die Erkennung und Vorhersage eines Gefahrenzustandes bei der intensiven Krankenüberwachung

Info

Publication number: DE2531242B2
Application number: DE2531242A
Authority: DE
Inventors: Zoltan Budapest Kasa
Original assignee: Medicor Muvek
Current assignee: Medicor Muvek
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-12
Publication date: 1979-04-26
Also published as: HU180863B; SE7508009L; CS180040B2; NL7508498A; DD119094A1; AU8300475A; FR2345979A1; AU506158B2; SE415224B; DE2531242C3; FR2345979B1; CA1066415A; DE2531242A1; SU694053A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Vorhersage eines Gefahrenzustandes bei der intensiven Krankenüberwachung, bei dem der Zusand eines Patienten durch Messung von mehreren physiologischen Zustandswerten überwacht wird, wobei im Gefahrenfall eine Anzeige erfolgt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Um die erfindungsgemäße Lösung anwenden zu können, ist die fortlaufende Überwachung des Patienten und die instrumentale Messung bestimmter Zustandsgrößen unerläßlich.

Aus der ärztlichen Praxis ist es bekannt, daß der Eintritt mancher Gefahrenzustände von dem Wert mehrerer, scheinbar voneinander unabhängiger Variabler abhängt. In vielen Fällen genügt es, die eine oder andere dieser Variablen fortlaufend zu beobachten. Wenn diese Variablen außerhalb bestimmter Bereiche liegen, kann dies als das eindeutige Signal des Eintritts des Gefahrenzustandes betrachtet werden; eine derartige dominante Variable stellt z. B. der Blutdruck, die Pulszahl usw. dar.

Zahlreiche Vorrichtungen sind für eine auf den dominanten Variablen beruhende Gefahrenerkennung bekannt. Die gemeinsame Eigenschaft dieser Vorrichtungen besteht darin, daß die Gefahr nur dann angezeigt wird, wenn die eine oder andere mit Instrumenten gemessene dominante Variable außerhalb eines bestimmten Wertbereichs liegt.

Bei der Anwendung dieser Lösungen wird also vorausgesetzt, daß zwischen dem Eintritt eines Gefahrenzustandes und dem momentanen Wert der mit Instrumenten gemessenen dominanten Variablen ein direkter Kausalzusammenhang besteht.

Bei den einen Gefahrenzustand signalisierenden Geräten herkömmlicher Gestaltung stellen nur die mit Instrumenten meßbaren Zustandsgrößen wie Blutdruck, Temperatur, EKG, Pulszahl usw. die Eingangsdaten dar.

Bei einer aus der DE-OS 2 036 552 bekannten Vorrichtungen werden verschiedene physiologische Zustandswerte gemessen und mit vorher bestimmten oder angenommenen Grenzwerten dieser Zustandswerte verglichen. Wenn ein oder mehrere der Zustandswerte ihre zugeordneten Schwellwerte übeisteigen, wird eine Anzeige und damit ein Alarm ausgelöst. Die Überwachungeines Patienten mit einer derartigen Vorrichtung reicht jedoch in vielen Fällen nicht aus, um einen möglichen oder tetsächlichen Gefahrenzustand frühzeitig zu erkennen oder vorherzu-

H) sagen.

Bei einer bedeutenden Gruppe der Gefahrenzustände stehen jedoch solche dominante Variablen, die unabhängig von dem Wert einer anderen Variablen auf den Eintritt des Gefahrenzustandes hinweisen könnten, nicht zur Verfügung. Demzufolge kann die Erkennung derartiger Gefahrenzustände unter Zuhilfenahme der bekannten Vorrichtungen nicht mit voller Sicherheit durchgeführt werden.

Der Eintritt der zu den erwähnten Gruppen gehörenden Gefahrenzustände stellt jedoch eine komplexe Funktion mehrerer Zustandsgrößen dar, wobei der Gefahrenzustand auch dann eintreten kann, wenn der Wert jedes einzelnen zustandcharakterisierenden Parameters an sich noch innerhalb der zulässigen Gren-

y> zen liegt. In solchen Fällen können Lösungen, die für den Wert der einzelnen Variablen einen Grenzwert feststellen, nicht angewendet werden.

Es wurde erkannt, daß der Eintritt eines Gefahrenzustandes nicht nur von den mit Instrumenten gemes-

Ki senen Zustandsgrößen abhängt, sondern auch von anderen, zu dem Krankheitsbild des Patienten gehörenden einzelnen Daten, z. B. sowohl von den vom Aufsichtspersonal erfaßten, den Zustand des Kranken betreffenden Beobachtungsresultaten, als auch von

ij der Zeit, die seit dem Auftreten bestimmter Ereignisse, wie z. B. Krankheitsdauer, Beginn des Unwohlseins usw. verstrichen ist. Des weiteren wird unter Variablen die Gesamtheit aller genannten, fortlaufenden und die kontinuierlich vorkommenden sowie diskre-

4(i ten Daten verstanden.

Im Falle einer intensiven Krankenüberwachung ist nicht nur die Vorhersage eines Gefahrenzustandes erforderlich, auch das Vorhandensein einer teilweisen Gefahr muß vorhergesagt werden, damit die nötigen

•η ärztlichen Eingriffe noch vor dem Eintritt des tatsächlichen Gefahrenzustandes stattfinden können.

Es sind Vorrichtungen bekannt, die aufgrund der Änderungstendenz der dominanten Parameter auch einen Teilgefahrenzustand anzeigen, jedoch sind diese Vorrichtungen in Fällen, wo ein solcher dominanter Parameter nicht festgestellt werden kann, unbrauchbar.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß unerwartete Störeffekte die Meßergebnisse bedeutend beeinflus-

Vj sen können. Obwohl für das Unterdrücken der Störeffekte zahlreiche Lösungen bereits vorgeschlagen wurden, konnten die falschen Gefahrenzustandsanzeigen bisher nicht erfolgreich und mit voller Sicherheit eliminiert werden.

M) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Erkennung und Vorhersage eines mit den dominanten Zustandsgrößen nicht charakterisierbaren Gefahrenzustandes geeignet sind, wobei die Anzeige durch dis-

b5 kontinuierliche Störeffekte nicht beeinträchtigt wird und weiterhin die Möglichkeit gegeben ist, eine differenzierte, von der Bedeutung des Gefahrenzustandes abhängende Vorhersage durchzuführen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in Kenntnis der erwähnten, den Eintritt eines Gefahrenzustandes bestimmenden Variablen eine »Gefahrfunktion« festgelegt werden kann, deren momentaner Wert der Eintrittswahrscheinlichkeit des Gefahrenzustandes entspricht, wobei die Gefahrfunktion die zwischen den Variablen und dem Eintritt des Gefahrenzustandes bestehende, komplexe Funktionsbeziehung genau wiedergibt, so daß sie eine geeignete Grundlage für eine weitere Signalverarbeitung für die Anzeige eines Gefahrenzustandes bildet. Somit stellt die Gefahrfunktion eine Wahrscheinlichkeitsvariable dar, deren Wert sich zwischen 0 und 1 ändert, wobei der Wert 1 dem sicheren Eintritt des Gefahrenzustandes entspricht. Bei der Aufstellung der Gefahrfunktäon spielt die seit dem Anfang des Ereignisses vergangene Zeitdauer als Variable eine wichtige Rolle, da bei dem menschlichen Organismus, entsprechend dem Vorhandensein der gegebenen ungünstigen Umstände, der tatsächliche Gefahrenzustand nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne eintritt; die Länge dieser Zeit kann den Zeitpunkt des zur Behebung des Gefahrenzustandes erforderlichen Eingriffs bestimmen.

Es wird betont, daß die Art und Weise der Aufstellung der Gefahrfunktion bei jedem einzelnen Gefahrenzustand unterschiedlich ist und die Erfindung nicht auf die Anwendung einer einzigen konkreten Gefahrfunktion beschränkt ist, und daß die Aufstellung einer Gefahrfunktion die Aufgabe eines routinierten Fachmannes ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren und der Vorrichtung dadurch gelöst, daß aus den während eines gegenüber der erforderlichen Eingriffszeit kurzen Zeitintervaiis gemessenen Zustandswerten ein auf das Zeitintervall bezogener Mittelwert einer Gefahrenfunktion bestimmt, die die Wahrscheinlichkeit des Eintritts des Gefahrenzustandes repräsentiert, wobei der Mittelwert und in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen bestimmte Mittelwerte mit einer Folge vorgegebener zunehmender Schwellwerte verglichen werden und aus den Mittelwerten aufeinanderfolgender Zeitintervalle eine Regressionsfunktion gebildet wird, aus der jeweils ein sich auf das dem Untersuchungszeitpunkt folgende Zeitintervall beziehender Funktionswert der Gefahrenfunktion extrapoliert wird.

Die Gefahrenfunktion, die eine Wahrscheinlichkeitsfunktion ist, wird aus Zustandswerten gebildet, deren Auswahl sich nach dem jeweiligen Krankheitsbild oder Zustand des Patienten richtet. Es handelt sich dabei immer um eine komplexe mathematische

treffenden Fall zusammen den Zustand des Patienten beschreiben können.

Grundsätzlich gibt die Gefahrfunktion bereits die Eintrittswahrscheinlichkeit des Gefahrenzustandes an. Das wird jedoch deutlicher, wenn die Gefahrenfunktion normiert wird, so daß sie lediglich Werte zwischen O und 1 annehmen kann. Der zugeordnete Schwellwert ist dann immer 1.

Eine Mittelwertbildung der Gefahrfunktion ist deshalb zweckmäßig, weil die Meßdaten der Zustandswerte gewöhnlich in analoger Form vorliegen und sich damit für eine Mittelwertbildung über ein bestimmtes Zeitintervall anbieten.

Bei den Mittelwerten handelt es sich um diskrete Werte, die, falls eine Extrapolation des GefahrenzuStandes notwendig ist, als Funktion erfaßt werden müssen, um mit hinreichender Genauigkeit extrapoliert werden zu können. Dazu dient die Regressionsfunktion, die rein im mathematischen Sinn verstanden werden soll. Anders ausgedrückt, handelt es sich dabei um eine Ausgleichsfunl'.tion, die z. B. nach dem Verfahren der Bildung kleinster Quadrate bestimmt wird.

Für die Durchführung dieses Verfahrens wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung entwickelt, wobei zur Eingabe der durch die Überwachung gewonnenen Resultate - wobei die Beobachtung durch das in der Nähe des Patienten sich befindende Aufsichtspersonal durchgeführt wird — Bedienungsorgane vorhanden sind und die Instrumente die mit dem Eintritt des Gefahrer.zustandes zusammenhängenden Zustandsgrößen messen. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Gefahrfunktion-Generator, dem die Ausgangssignale der Instrumente und die an den Bedienungsorganen eingestellten Daten zugeführt werden und der eine die Eintrittswahrscheinlichkeit des Gefahrenzustandes repräsentierende Gefahrfunktion liefert, durch eine den Mittelwert bildende Einheit, deren Eingang an den Ausgang des Gefahrfunktion-Generators angeschlossen ist und welche die Gefahrfunktion über vorgeschriebene Zeitintervalle mittelt, durch eine Anzeigeeinheit, die an den Ausgang der den Mittelwert bildenden Einheit angeschlossen ist und den Mittelwert in jedem der Zeitintervalle mit mindestens einem Schwellwert vergleicht und in Abhängigkeit des erhaltenen Resultats ein Gefahrenzustandssignal erzeugt, durch eine Vorhersageeinheit, die an den Ausgang der den Mittelwert bildenden Einheit angeschlossen ist und zur Speicherung einer gegebenen Zahl aufeinanderfolgender, in aufeinanderfolgenden Intervallen erhaltener Mittelwerte mil einem Schieberegister versehen ist und aus den gespeicherten Mittelwerten eine der Folge angenäherte Regressionsfunktion erzeugt und den auf das folgende Zeitintervall sich beziehenden, zu erwartenden Wen vorhersagt, und durch eine Steuereinheit, die die Zeitintervalle bestimmt und mit der den Mittelwert bildenden Einheit, der Anzeigeeinheit und der Vorhersageeinheit in Verbindung steht.

Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 das vereinfachte Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches, aber ausführlicheres Blockschaltbild,

Fig. 3 und Fig. 4 die zwischen den Variablen unc der Gefahrfunktion bestehende komplexe Funktions-

Fig. 5 eine diagrammartige Darstellung der zui Vorhersage der Gefahrfunktion angewendeten, verzerrten Abschätzung,

Fig. 6 das Zeitdiagramm der bei der intensiven Geburteinleitung vorkommenden charakterisierender Variablen,

Fig. 7 das Prinzipschaltbild eines Gefahrfunktion Generators im Falle einer gefährdeten Geburt,

Fig. 8 ein die Beziehung zwischen den wichtigerer Parametern und der Gefahrfunktion widerspiegelndes Diagramm bei einer intensiven Geburteinleitung.

Bezugnehmend auf Fig. 1, in der die erfindungsge mäße Vorrichtung schematisch dargestellt ist, enthäl die Vorrichtung eine Eingangseinheit 1, die die Ausgangssignale der nicht dargestellten Kontrollinstru

mente über die Leitungen 9 empfängt, an die auch die von dem Aufsichtspersonal betätigten Bedienungsorgane 8 angeschlossen sind; des weiteren ist ein Gefahrfunktion-Generator 2 vorhanden, dessen Eingang mit dem Ausgang der Eingangseinheit 1 verbunden ist, wobei an diesem Eingang die Signale bereits mit einem normalisierten Pegel ankommen; eine den Mittelwert bildende Einheit 3 mittelt das Ausgangssignal des Gefahrfunktion-Generators 2 auf die gegebenen Zeitintervalle, die Anzeigeeinheit 7 vergleicht das Ausgangssignal der den Mittelwert bildenden Einheit 3 mit bestimmten Schwellwerten und erzeugt bei Überschreiten ein differenziertes Gefahrenzustandsignal; die Vorhersageeinheit 4, die aufgrund der einander folgenden Mittelwerte der Einheit 3 den Mittelwert für das folgende Zeitintervall extrapoliert, falls diese eine einen bestimmten Schwellwertpegel überschreitende spezifische Anzeige erzeugt; ebenfalls ist eine Zeitmeßeinheit 6 vorhanden, welche ein mit der seit dem Anfang der durch die Bedienungseinheit 8 eingestellten Ereignisse laufenden Zeitperiode proportionales Signal zu dem Gefahrfunktion-Generator 2 leitet, zum Schluß ist eine Steuereinheit S eingebaut, die ein für die Betätigung der anderen Einheit erforderliches Taktsignal erzeugt.

Der ausführliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Der leichteren Unterscheidung halber wurden aus den, die einzelnen Einheiten verbindenden Linien diejenigen, auf denen Digitalsignale übermittelt werden, mit einer dreieckigen Bezeichnung versehen, während diejenigen, die Analogsignale übermitteln, unbezeichnet blieben.

Der Gefahrfunktion-Generator 2, dessen Eigenschaften später erläutert werden, erzeugt an seinem Ausgang eine der Eintrittswahrscheinlichkeit des Gefahrenzustandes entsprechende Gefahrfunktion F(D) (D — danger - Gefahr) in Form einer analogen Spannung. Diese analoge Spannung wird an den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 21 geleitet, der über eine Umwandlungscharakteristik verfügt, die die folgenden digitalen Ausgangswerte produziert:
0,0, wenn das F(D)-SignaIS0,
F(D), wenn 0<F(D) =s U_s Schwellpegel
1,0, wenn F(D)> U_s

An dem Digitalausgang des Analog-Digital-Wandlers 21 erscheint zum Zeitpunkt der durch die Leitung 51 gelieferten Probeentnahmeimpulse mit hoher Frequenzhäufigkeit der momentane Digitalwert des analogen Eingangssignals F(D).

Die digitale Signalfolge wird dem Eingang eines numerischen Integrators 22 zugeführt, wobei dieser die digitalen Eingangssignale in einander folgende Zeitintervalle, deren Dauer T₀ durch die Steuereinheit 5 bestimmt wird, summiert. Die Dauer der Zeitintervalle T₀ ist wesentlich langer als die Periodendauer der Probeentnahmezeitpunkte, jedoch ist sie wesentlich kürzer als die zur Behebung des Gefahrenzustandes erforderliche Eingriffsdauer. An einen Ausgang 34 des numerischen Integrators 22 ist zu jedem Zeitpunkt der letzte summierte Digitalwert vorhanden. Am Ende der einzelnen Zeitintervalle wird der numerische Integrator 22 durch die von einer Leitung 52 eintreffenden Taktsignale gelöscht.

Der Ausgang des numerischen Integrators 22 ist mit einem aus vier Gliedern R₁, R₂, R₃ und R₄ bestehenden Schieberegister verbunden, dessen Elemente miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Zeitintervalle T₀ bestimmende Taktsignale werden über die Leitung 52 dem Gattereingang 44 des Schieberegisters zugeführt und schieben die hier gespeicherten Digitalwerte weiter; dementsprechend ist an dem Ausgang des Schieberegisterelements A₂ der vor zwei ^r) Zeitintervallen erzeugte Mittelwert vorhanden; somit . speichern die Schieberegisterelemente nacheinander die für die vorangehenden Zeitintervalle bestimmten Mittelwerte des numerischen Integrators 22.

Der Ausgang des numerischen Integrators 22, wie

in auch der Ausgang des Schieberegisterelements R₁ sind mit je einem Eingang einer digitalen ODER-Stufe 80 verbunden. Die ODER-Stufe ist derart angeordnet, daß an ihrem Ausgang aus den an die Eingänge geleiteten Digitalzahlen immer die größere

ι ϊ Zahl erscheint, wobei diese Zahl dem größten Durchschnittswert der zum Zeitpunkt der Untersuchung bzw. während des diesem Zeitpunkt unmittelbar vorangehenden Zeitintervalls der Dauer T₀ erhaltenen Gefahrfunktion F(D) entspricht.

Der Ausgang der digitalen ODER-Stufe 80 ist über eine Leitung 81 mit dem Signaleingang dreier digitaler Komparatoren 74, 75, 76 verbunden. An die Referenzeingänge der digitalen Komparatoren schließen sich Schwellwertstellorgane 77, 78 und 79 an, welche Digitalzahlen, die der Reihe nach dem 40-, 60-, 80-Prozentwert der Gefahrfunktion entsprechen, liefern. Die Organe 77, 78 und 79 sind in den Figuren nur schematisch dargestellt.

An einem Signalausgang 83 des digitalen Komparators 74 erscheint eine Ausgangsspannung, wenn der Wert der in der Leitung 81 übertragenen Digitalzahl den 40%-Wert der Gefahrfunktion überschreitet, jedoch niedriger als 60% ist. Der Signalausgang 83 ist mit einem Anzeigeorgan 71, z. B. mit einer orange-

j) gelben Signallampe verbunden, wobei diese Lampe bei einem Gefahrfunktionswert zwischen 40 und 60% ein optisches Signal liefert.

An einem inversen Signalausgang 82 des digitalen !Comparators 74 erscheint eine Spannung, wenn der momentane und auf das vorangehende Zeitintervall bezogene Mittelwert der Gefahrfunktion 40% unterschreitet.

Der inverse Signalausgang 82 ist mit dem Anzeigeorgan 70, z. B. mit einer grünen Signallampe, verbunden und zeigt einen gefahrlosen Zustand an.

Die Signalausgänge der digitalen Komparatoren 75 und 76 sind mit den Anzeigeorganen 72 und 73, z. B. mit ein rotes Blinksignal abgebenden Signallampen, verbunden. Die Anzeige durch das Anzeigeorgan 72 erfolgt, falls der Durchschnittswert der Gefahrfunktion - dem Vorhergesagten gemäß - zwischen 60 und 80% liegt; das Anzeigeorgan 73 gibt ein Warnsignal ab, wenn der Mittelwert der Gefahrfunktion den 60%-Wert überschreitet.

Die Ausgänge der einzelnen Schieberegisterelemente schließen sich den Digitaleingängen je eines Digital-Analog-Wandlers 30, 31, 32 und 33 an. Die Digital-Analog-Wandler erzeugen an ihren Ausgängen je ein der gespeicherten Digitalzahl proportiona-

bo les Analogsignal. Die analogen Ausgangssignale der Digital-Analog-Wandler sind der Reihe nach mit Pegelstelleinheiten α,, α₂, β₃ und a₄, ζ. Β. Potentiometer oder Verstärker, verbunden, über welche der Koeffizient der zur Vorhersage erforderlichen Regressions-

b5 funktion eingestellt werden kann. Die Ausgänge der Pegelstelleinheiten sind mit den Eingängen eines analogen Integrators 48 verbunden, an dessen Ausgang als Analogsignal der für das dem Untersuchungszeit-

punkt folgende Zeitintervall vorausbestimmte Gefahrfunktionswert erscheint. Dieser Wert wird dem Signaleingang eines !Comparators 47 zugeführt.

Zwischen dem Referenzpegel des !Comparators 47 und dem momentan angezeigten Gefahrfunktionswert besteht die folgende Beziehung: Leuchtet das Anzeigeorgan 70, so findet eine momentane Gefahrenanzeige nicht statt und dem Eingang des mit dem Referenzeingang des Komparators 47 verbundenen Digital-Analog-Wandlers 46 wird durch den inversen Signalausgang 82 ein Digitalsignal, welches dem 40%-Gefahrfunktionswert entspricht, zugeführt. Liegt jedoch an dem Anzeigeorgan 71 ein Signal an, so kommt durch den Signalausgang 83 an den Eingang des Digital-Analog-Wandlers 46 ein Signa!, das dem 60%-SchweIlwert entspricht; leuchtet das Anzeigeorgan 72, so ist der Wert des 80%-SchwelIwerts angezeigt. Somit liegt an dem Ausgang des Komparators 47 nur dann ein Signal an, wenn der für das folgende Zeitintervall vorausgesagte Wert der Gefahrfunktion größer ist, als der momentan nicht überschrittene minimale Schwellwert. Sollte z. B. die gelbe Lampe aufleuchten, die einer Gefahrfunktion zwischen 40% und 60% entspricht, wird das dem Ausgang des Komparators 47 angeschlossene Anzeigeorgan 45 nur dann in Aktion treten, wenn der vorausgesagte Gefahrfunktionswert 80% überchreitet.

Die mit der Aufstellung der Gefahrfunktion zusammenhängenden Gesichtspunkte werden anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Die Variablen X₁ und X₂ (Fig. 3) bestimmen gemeinsam den Eintritt eines gegebenen Gefahrenzustandes. Die obenerwähnten unabhängigen Kriterien können weder für die Variable X₁ noch für die Variable X₂ allein Gültigkeit besitzen.

Die in der Figur schematisch dargestellten Parameter zeigen die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Gefahrenzustandes, d. h. einen konstanten Gefahrenfunktionswert an. Im schraffierten Bereich beträgt der Wert der Gefahrfunktion stets 1.

In Fig. 4 ist ein Fall veranschaulicht, bei dem der Eintritt des Gefahrenzustandes in der Abhängigkeit der Variablen Jc₁, X₂ und X₃ erfolgt. In dem Diagramm ist die Abhängigkeit von der Variablen X₃ nicht dargestellt.

Die die konstanten Gefahrfunktionswerte charakterisierenden Kurven ergeben ein den kartographischen Niveaulinien ähnliches Bild. In diesen Fällen ist es offensichtlich, daß zur Aufstellung einer Gefahrfunktion die definierte Funktion aller Variablen aufgestellt werden muß, da der für sich aufgenommene Wert der einzelnen Variablen in keinerlei unmittelbare Beziehung mit dem Gefahrzustand gebracht werden kann.

In Fig. 5 wird die Bildung eines extrapolierten Wertes, der sich auf das dem Zeitpunkt t der Untersuchung folgende Zeitintervall der Dauer T₀ bezieht, veranschaulicht. An den Ausgängen der Schieberegisterelemente A₁ ...A₄ stehen die gemittelten, aus den letzten vier Zeitintervallen T₀ errechneten durchschnittlichen Gefahrfunktionswerte der Reihe nach zur Verfügung. Die Folge dieser Werte wird durch eine Regressionsfunktion angenähert, bei der die Quadratsummen der Abweichungen minimal sind; dazu kann z. B. ein sogenannter quadratischer Regressionsalgorithmus angewendet werden. In diesem Fall sind die Werte der analogen Pegelstellorgane foleenderweise einzustellen:

Q₁ = 2,25
a₂ = - 0,75 β, = - 1,25
α₄ = 0,75

^ri Die Funktion des vorausgesagten Wertes lautet wie folgt:

F(t + T₀) = a, ■ F(t) + o₂ · F(t - T₀) + a₃- F(t-2T₀)+a₄- F(t-3T₀) Es wurde jedoch erkannt, daß in der Zukunft auch in dadurch gewichtige Konsequenzen auftreten können, daß der Gefahrfunktionswert zu hoch ist; dann kann ein modifizierter quadratischer Regressionsalgorithmus verwendet werden, der bei dauerhaft hohen Werten der Gefahrfunktion den vorausgesagten Gefahri^r> funktionswert auf künstlichem Wege erhöht; dadurch wird die Aufmerksamkeit auf die Erhöhung des tatsächlichen Gefahrzustandes gelenkt.

In Fig. 5 wurden die dem Untersuchungszeitpunkt vorangehenden gemittelten Gefahrfunktionswerte, 2(i neben verschiedenen Absolutwerten, einander gleichgesetzt. Der für das nächste Zeitintervall t + T₀ vorhergesagte Wert ist bei Verwendung des quadratischen Regressionsalgorithmus mit einer gestrichelten Linie und bei Verwendung des modifizierten Algorithmus mit einer Strichpunktlinie dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der vorhergesagte Gefahrfunktionswert mit zunehmender Tendenz nach dem modifizierten Algorithmus in Betracht zu ziehen ist, wenn der tatsächliche Gefahrenzustand dauernd hoch ist. jo Zu dem modifizierten quadratischen Regressionsalgorithmus gehören die unten angeführten Koeffizienten:

a, = 2,4525 U₂= - 0,795 J5 O₃ = - 1,2875

fl₄ = 0,75

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Zuhilfenahme der Fig. 6, 7 und 8 an einem konkreten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Im Falle einer intensiven Geburtseinleitung zeigen die folgenden Tendenzen eine Lebensgefahr für den Fötus an:

— das Maß der fötalen Herzenfrequenzerniedrigung (FHR = foetal heart rate) nimmt zu;

— gleichzeitig breitet sich das Herzfrequenztal aus;

— die Zeitverschiebung zwischen dem Höchstdruckwert innerhalb der Gebärmutter (IUP = intra uterin pressure) und dem Tiefpunkt des fötalen Herzenfrequenztals nimmt zu.

Bisher wurde dieser Gefahrenzustand so bestimmt, daß die vorliegenden Parameter dem Diagramm in Fig. 6 entsprechend dargestellt und aus dem erhaltenen Diagramm die erforderlichen Folgerungen gezogen wurden.

Die graphische Darstellung der Variablen während der Geburtseinleitung ist recht zeitaufwendig gewesen, wobei abschätzbare Resultate erst dann zur Verfügung standen, wenn die für die Beseitigung der Gefahr benötigte Zeit nur kurz war.

Es wurde erkannt, daß bei dem Ausführungsbeispiel die unten angeführte Beziehung die Gefahrfunktion richtig wiedergibt:

F(D) = - 5 FHR-IIUP + 5 REFFHR + 0,2 T wobei:

FHR = eine dem fötalen Herzenfrequenzwert proportionale Spannung, z. B. 100/min = 1V; IUP = eine dem innerhalb der Gebärmutter

herrschenden Druck proportionale Spannung, z. B. 100 mm Hg= 1 V;
REF FHR = der eingestellte Wert der fötalen Herzfrequenz vor der Geburt, z. B. 100/ min = 1V;
T = dieseitdemGeburtsanfangvergangene

Zeitperiode.

Die oben angegebene Gefahrfunktion wird durch den in Fig. 7 dargestellten Gefahrfunktion-Generator erzeugt. Aus der Figur geht hervor, daß die Variable bildende Eingangs-Signale, so z. B. die Signale FHR und IUP, wie auch das Zeitsignal T direkt an die Analogeingänge des Gefahrfunktion-Generators geleitet werden. Bei der in Fig. 7 schematisch dargestellten Ausführung wird der Gefahrfunktion-Generator durch einen, mit einem Widerstand R rückgekoppelten Differentialverstärker gebildet, an dessen Eingängen über Widerstände, deren Wert im Einklang mit den im Zusammenhang mit der Gefahrfunktion erwähnten Koeffizienten gewählt worden ist, die genannten Eingangssignale liegen.

Das Zeitsignal T wird dadurch erhalten, daß am Anfang der Geburt der Schalter K geschlossen ist und dadurch die Zeitmeßeinheit 6 gestartet wird.

Fig. 8 stellt den Verlauf der Gefahrfunktion in Abhängigkeit von den Signalen FHR und IUP als Variable dar, wobei die Zeit T als eine Konstante zu betrachten ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung so eingestellt, daß aus dem von dem Gefahrfunktion-Generator fortlaufend gelieferten Ausgangssignal mit etwa Sekundenhäufigkeit ein digitales Gefahrfunktionssignal gebildet wird und die so erhaltene .Zahlenfolge unter Zuhilfenahme des numerischen Integrators 22 in Zeitintervallen zwischen Γ =2—10 Minuten summiert wird.

Die Störeffekte, hervorgerufen durch zufällig erfolgte Änderungen, die ihrerseits infolge der Summie rung bzw. Mittelwertbildung entstanden sind, können eliminiert werden, da die kurzfristigen Ereignisse das Resultat kaum beeinflussen; die Zuverlässigkeit und Unempfindlichkeit gegen Störungen werden wesentlich erhöht.

Aus dem dargestellten Beispiel ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur die Arbeit der Ärzte während der Geburt erleichtert, da die Auswertung des in Fig. 6 gezeigten Diagramms sich erübrigt, sondern auch der zu erwartende Eintritt eines Gefahrenzustandes wesentlich rascher signalisiert wird.

Mit Rücksicht darauf, daß die digitalen Komparatoren 74, 75, 76 nicht nur diejenigen Gefahrfunk-■ tionswerte erhalten, die über das dem gegebenen Zeitpunkt vorangehende Zeitintervall gemittelt sind, sondern über die ODER-Stufe 80 auch die während des momentanen noch nicht beendeten Zeitintervalls entstandenen Teilresultate den Komparatoren zuge-

Hi führt werden, wird eine Gefahrenanzeige auch unter Berücksichtigung der während des nur teilweise gemittelten, laufenden Intervalls erfolgten, unerwarteten Ereignisses stattfinden, wenn der teilweise summierte Wert der Gefahrenfunktion den einen der

r> Schwellnegel überschreitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die folgenden Vorteile auf:

— für die Erkennung eines gegebenen Gefahrenzustandes wird eine Beziehung zwischen mehreren Variablen angewendet, wodurch der Kreis der Gefahrenzustände, die einer instrumentalen Gefahrenkontrolle zugeordnet sind, wesentlich erweitert sind;

— als Variable wird auch die Zeit aufgenommen, 2> wodurch die zum Eingriff zur Verfügung stehende Zeitspanne als gefahrenerhöhender oder -vermindernder Faktor in Betracht gezogen wird;

— der Eintritt des Gefahrenzustandes wird dem in Gefahrpegel gemäß angezeigt; sollte der Zustand des Patienten sich verschlechtern, wird eine besondere Anzeige für den zu erwartenden Eintritt des vorhergesagten zukünftigen Gefahrenzustandes sichergestellt;

— durch die Mittelwertbildung werden die nicht spezifischen Eingangssignalschwankungen, Geräusche und Störungen herausgefilter;

— sollte der Wert der Gefahrfunktion langfristig hoch sein, wird diese Tatsache als erhöhte Gefahr in Betracht gezogen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer, von der in der Zeichnung dargestellten Ausführung abweichenden Weise, ohne den Grundgedanken bzw. das Schutzbegehren verlassen zu müssen, ausgestaltet werden; so kann man z. B. anstatt Digital-Analog-Umwandlungen ein vollkommen analoges System schaffen oder andere Modifizierungen durchführen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erkennung und Vorhersage eines Gefahrenzustandes bei der intensiven Krankenüberwachung, bei dem der Zustand eines Patienten durch laufende Messung von mehreren physiologischen Zustandswerten überwacht wird, wobei im Gefahrenfall eine Anzeige erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß aus den während ^iu eines gegenüber der erforderlichen Eingriffszeit kurzen Zeitintervalls gemessenen Zustandswerten ein auf das Zeitintervall bezogener Mittelwert einer Gefahrenfunktion bestimmt wird, die die Wahrscheinlichkeit des Eintritts des Gefahrenzu-Standes repräsentiert, daß der Mittelwert und in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen bestimmte Mittelwerte mit einer Folge vorgegebener zunehmender Schwellwerte verglichen werden und daß aus den Mittelwerten aufeinanderfolgender Zeit- -° Intervalle eine Regressionsfunktion gebildet wird, aus der jeweils ein sich auf das dem Untersuchungszeitpunkt folgende Zeitintervall beziehender Funktionswert der Gefahrenfunktion extrapoliert wird. -³

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der extrapolierte Wert dann angezeigt wird, wenn dieser größer als der zum Zeitpunkt der Untersuchung niedrigste, noch nicht überschrittene Schwellwert ist. «>

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schwellwerte angewendet werden, deren Größe der Reihe nach dem 40-, 60- und 80%-Wert der Gefahrfunktion entsprechen. ^r>

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der gefährdete Patient unter fortlaufender instrumentaler und menschlicher Aufsicht steht und in der Nähe des Patienten Bedienungsorgane für die ■»<> Einspeisung der durch das Aufsichtspersonal beobachteten Resultate angeordnet sind und die Instrumente die mit dem Eintritt des Gefahrenzustandes zusammenhängenden Zustandsgrößen messen, gekennzeichnet durch einen Gefahrfunk- ■»> tion-Generator (2), dem die Ausgangssignale der Instrumente und die an den Bedienungsorganen (8) eingestellten Daten zugeführt werden und der eine die Eintrittswahrscheinlichkeit des Gefahrzustandes repräsentierende Gefahrfunktion lie- >o fert, durch eine den Mittelwert bildende Einheit (3), deren Eingang an den Ausgang des Gefahrfunktion-Generators (2) angeschlossen ist und welche die Gefahrfunktion über vorgeschriebene Zeitintervalle mittelt, durch eine Anzeigeeinheit >"> (7), die an den Ausgang der den Mittelwert bildenden Einheit (3) angeschlossen ist und den Mittelwert in jedem der Zeitintervalle mit mindestens einem Schwellwert vergleicht und in Abhängigkeit des erhaltenen Resultats ein Gefahrenzustandssi- wi gnal erzeugt durch eine Vorhersageeinheit (4), die an den Ausgang der den Mittelwert bildenden Einheit (3) angeschlossen ist und zur Speicherung einer gegebenen Zahl aufeinanderfolgender, in aufeinanderfolgenden Intervallen erhaltener Mit- <>■> telwerte mit einem Schieberegister (A₁...A₄) versehen ist und aus den gespeicherten Mittelwerten eine der Folge angenäherte Regressionsfunktion erzeugt und den auf das folgende Zeitintervall sich beziehenden, zu erwartenden Wert vorhersagt., und durch eine Steuereinheit (5), welche die Zeitintervalle bestimmt und mit der den Mittelwert bildenden Einheit (3), der Anzeigeeinheit (7) und der Vorhersageeinheit (4) in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefahrfunktion-Generator (2) über einen Analog-Digital-Wandler (21) an die den Mittelwert bildende Einheit (3) angeschlossen ist, der aus einem numerischen Integrator (22) aufgebaut ist und welcher die Werte der an seinen Eingang ankommenden digitalen Signale, die zu den Zeitpunkten der Taktsignale, deren Periodenzeit bedeutend kleiner als diejenige der Zeitintervalle ist, aufgenommen wurden, summiert, daß ferner die Steuereinheit (5) einen die Taktsignale ausgebenden Ausgang aufweist, der mit einem Taktsignaleingang des numerischen Integrators (22) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit drei digitale Komparatoren (74,75, 76) enthält, deren Signaleingänge miteinander parallel geschaltet sind und vom Ausgang des numerischen Integrators (22) mit dem summierten Wert der Gefahrfunktion gesteuert sind, daß die Referenzeingänge mit Stellorganen (77, 78, 79), welche die der Reihe nach zunehmenden Gefahrfunktionswerten entsprechenden Schwellwerte einstellen, verbunden sind, wobei der Signalausgang der einzelnen digitalen Komparatoren (74,75,76) mit dem dem zugeordneten Gefahrenpegel entsprechenden Anzeigeorgan (71, 72, 73) verbunden ist, und daß ferner der inverse Signalausgang des dem niedrigsten Gefahrenpegel zugeordneten Komparators (74) an einem den gefahrlosen Zustand gesondert anzeigenden Anzeigeorgan (70) liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Komparatoren (74,75, 76) der Reihe nach auf die dem 40-, 60- und 80%-Gefahrenfunktionswert entsprechenden Wert eingestellt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inversen Ausgänge der digitalen Komparatoren so mit den Anzeigeorganen (70, 71, 72, 73) verbunden sind, daß immer nur das zu dem größten überschrittenen Wert gehörende Anzeigeorgan funktioniert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des ersten Schieberegisterelementes (/?,) mit dem Ausgang des numerischen Integrators (22) verbunden ist und die Ausgänge der einzelnen Schieberegisterelemente (Λ, ... A₄) über je einen Digital-Analog-Wandler (30 ... 33) an die Koeffizienten der Regressionsfunktion einstellende analoge Pegelstelleinheiten (α,... fl₄) angeschlossen sind, daß ferner die Ausgänge der Pegelstelleinheiten (a_t ...a₄) an je einen Eingang eines analogen Integrators (48) angeschlossen sind, an dessen Ausgang der auf das folgende Zeitintervall extrapolierte Mittelwert anliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die miteinander verbundenen Eingänge der digitalen Komparatoren (74, 75, 76) und den Ausgang des numerischen Integrators (22) eine digitale ODER-Stufe (80)

geschaltet ist, deren anderer digitaler Eingang mit dem Ausgang des ersten Schieberegisterelementes (/?,) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des analogen Integrators (48) an dem Signaleingang des analogen !Comparators (47) liegt, dessen Referenzeingang über einen DigitaJ-Analog-Wandler (46) mit dem Signalausgang und dem inversen Ausgang des ersten digitalen !Comparators (74) und dem Signalausgang des zweiten digitalen !Comparators (75) verbunden ist, daß ferner der Ausgang des analogen !Comparators (47) mit einem, eine gesonderte Anzeige liefernden Anzeigeorgan (45) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsorgan (8) wenigstens mit einer Zeitmeßeinheit (6) verbunden ist, die ein der Periode, die seit den seitens des AufsichtspersonaJs eingestellten Zeitpunkt vergangen ist, proportionales Signal an den Eingang des Gefahrfunktion-Generators (2) weiterleitet.