DE4338466A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Erfassung auffälliger Atemgeräusche - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automati­ schen Erfassung und Überwachung auffälliger Atemgeräusche, insbesondere von bronchitis- oder asthmakranken und -gefährdeten Personen, über einen längeren Zeitraum.

Die nichtinvasive, nichtbelastende Erhebung experimenteller Meßgrößen, durch die bestimmte schädigende Umwelteinwirkungen auf Menschen objektiviert werden können, bereitet besonders in der Humanexpositionsforschung nach wie vor Probleme. Während für Parameter wie Puls und Blutdruck und selbst für die Entgiftungskapazität der Leber nicht belastende Methoden existieren, gibt es bis heute noch keine hinreichend einfache und belastungsfreie Methode, die eine objektive Aufzeichnung von typischen Atemgeräuschen im Zusammenhang mit ebenfalls objektiv gemessenen Immissionsgrößen erlaubt. Erst recht fehlt die Möglichkeit, solche Werte kontinuierlich und unter normalen Lebensbedingun­ gen (beim Kind z. B. während des Spielens im Kindergarten oder im Freien, auf dem Schulweg usw.) entlang einer Zeitkoordinate zu registrieren und sofort oder später auszuwerten und gegebenenfalls ein Schwellwertsignal auszulösen.

Aus der WO 90/04945 ist z. B. ein Diagnoseverfahren für Atemwegserkrankun­ gen bekannt, bei dem zunächst vorzugsweise das Ausatmen der zu untersu­ chenden Person über ein Mikrofon aufgezeichnet wird.

In einem nächsten Schritt wird das aufgezeichnete Atemgeräusch einer Spektralanalyse unterzogen und das Ergebnis in einem Frequenz-Zeit-Dia­ gramm dargestellt, wobei unterschiedlichen Intensitäten z. B. unterschiedliche Farben im Diagramm entsprechen. Diese Darstellungsweise soll den Arzt bei der Stellung der Diagnose unterstützen, da er hier eine zusätzliche optische Anzeige der Atemfrequenzen erhält, aus deren Zeit- und Amplitudenverteilung ein krankhaftes Atemgeräusch zu erkennen ist.

Eine kontinuierliche Aufzeichnung unter normalen Lebensbedingungen ist je­ doch hiermit nicht möglich, da die Fülle der Daten deren Auswertung und Speicherung sehr aufwendig macht. Die Auswertung muß hier optisch durch den behandelnden Arzt erfolgen.

In der WO 91/03981 ist ein Verfahren zur automatischen Erfassung krankhafter Atemgeräusche beschrieben, bei dem das Atemgeräusch einer zu überwachen­ den Person in einem zusammenhängenden Frequenzbereich in Echtzeit automatisch erfaßt, aufbereitet und ausgewertet wird, wobei die Schallwellen in ihrer Amplitude und Dauer mit für krankhafte Atemgeräusche typischen voreingestellten Werten verglichen werden und so das Auftreten eines krankhaf­ ten Atemgeräusches erkannt wird.

Auch dieses Verfahren ist als Diagnoseverfahren für das Labor konzipiert und somit nicht auf einfache Weise zur Erfassung und Aufzeichnung auffälliger Atemgeräusche unter normalen Lebensbedingungen geeignet. Die von Person zu Person unterschiedlichen charakteristischen Anzeichen für das Auftreten krankhafter Atemgeräusche finden keine Berücksichtigung, so daß nicht in jedem Fall eine zuverlässige Aussage über die Krankheitssituation möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Erfassung auffälliger Atemgeräusche anzuge­ ben, die die Datenmenge bei der Auswertung bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit erheblich verringern, so daß bei entsprechender Miniaturisierung der Vorrichtung eine kontinuierliche und belastungsfreie Registrierung auffälliger Atemgeräusche entlang einer Zeitkoordinate über einen Zeitraum von Stunden oder Tagen unter normalen Lebensbedingungen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und der Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.

Die Atemgeräusche der zu überwachenden Person werden, z. B. über ein Mikro­ fon, in Echtzeit erfaßt, aufbereitet und ausgewertet. Die Aufbereitung umfaßt z. B. Verstärkung, Rauschunterdrückung und Filterung. Bei der Auswertung werden nur die für die zu überwachende Person bereits vor Beginn der Messung individuell ermittelten charakteristische(n) Frequenz(en) berücksichtigt, an deren Position im Frequenzspektrum der Atemgeräusche der zu überwachenden Per­ son ein auffälliges Atemgeräusch durch ein signifikantes Merkmal zu erkennen ist. Dieses signifikante Merkmal kann z. B. eine besonders hohe Amplitude an dieser Frequenzposition sein, die bei dieser Person nur im Falle eines krankhaf­ ten Ausbruches auftritt. Da die charakteristischen Frequenzen für jedes Individuum unterschiedlich ausfallen könnten, ist es wichtig, diese individuell für jede zu überwachende Person vorher zu bestimmen. Dies kann z. B. wie in An­ spruch 12 oder 13 angegeben erfolgen.

Die an diesen charakteristischen Frequenzpositionen erfaßten Daten werden mit für die zu überwachende Person individuell ermittelten Daten auf Erfüllung eines oder mehrerer Kriterien für das Auftreten eines auffälligen Atemgeräusches ver­ glichen. Diese individuell ermittelten Daten können z. B. Amplitudenwerte sein, deren Über- oder Unterschreitung bei dieser Person ein Anzeichen (Kriterium) für ein auffälliges Atemgeräusch sind. Die Bereitstellung der Meßinformation er­ folgt entweder bei jedem Vergleich durch ein das Ergebnis des Vergleichs re­ präsentierendes Signal oder nur bei Erfüllung des/der Kriterien für das Auftreten eines auffälligen Atemgeräusches durch ein entsprechendes Signal. Das Signal kann z. B. in analoger Form durch einen bestimmten Spannungswert oder auch in digitaler Form bereitgestellt werden.

Die Reduktion der Auswertung auf diese charakteristische(n) Frequenz(en) führt zu einer erheblichen Datenreduktion und Verringerung des Rechenaufwandes und somit zu einer verbesserten Auswertemöglichkeit in Echtzeit.

Der Vergleich der Meßdaten mit für jede Person individuell ermittelten Ver­ gleichswerten, wie auch die individuell ermittelten charakteristischen Frequen­ zen, erhöhen die Zuverlässigkeit des Verfahrens.

Durch die erhebliche Datenreduktion - im Minimalfall werden z. B. die Daten an nur einer charakteristischen Frequenzposition mit nur einem individuell bestimmten Amplitudenwert verglichen - wird auch der apparative Aufwand stark verringert, so daß es möglich ist, eine entsprechende Meßvorrichtung in miniaturisierter Bauweise (Mikrosystem) auszuführen (vgl. Anspruch 16), die dann über längere Zeit am Körper getragen werden kann, ohne die Bewegungs­ freiheit des Trägers einzuschränken. Es wird somit eine kontinuierliche und be­ lastungsfreie Registrierung auffälliger Atemgeräusche über einen Zeitraum von Stunden oder Tagen unter normalen Lebensbedingungen möglich.

Eine Meßvorrichtung zur Durchführung des eben beschriebenen Verfahrens besteht gemäß Anspruch 15 aus mindestens einem Mikrofon zum Erfassen des Atemgeräusches, mindestens einer Signalverarbeitungseinheit, die einen oder mehrere einstellbare Frequenzfilter zur Selektion der charakteristischen Frequenz(en) enthält, einer Auswerteeinheit, in der selektierte Meßdaten mit voreinstellbaren Vergleichswerten verglichen werden, einer Uhr, mit der das zeit­ liche Auftreten auffälliger Atemgeräusche festgestellt werden kann, einer Spannungsversorgung (z. B. Batterie), einer Speichereinheit zum Abspeichern der Vergleichswerte und der Vergleichsergebnisse, sowie einer Steuereinheit.

Es können auch mehrere Mikrofone mit nachgeschalteter Signalverarbeitungs­ einheit an der Körperoberfläche der zu überwachenden Person (vorzugsweise im Bereich der Lunge) angebracht werden, deren Daten jedoch einer gemein­ samen Auswerteeinheit zugeführt werden. Die Signalverarbeitungseinheit dient der Verstärkung, eventuell der Digitalisierung, der Rauschunterdrückung und der Filterung der eingehenden Signale, wobei durch einstellbare Frequenzfilter (analoger oder digitaler Art) die charakteristische(n) Frequenz(en) herausgefiltert werden. Die Vergleichswerte und die Vergleichsergebnisse, d. h. die das Ergebnis der Vergleiche repräsentierenden Signale oder die nur bei Erfüllung gewisser Vergleichskriterien bereitgestellten Signale, werden jeweils in einer Speichereinheit abgelegt, wobei mit jedem Signalwert eine durch die Uhr vorgegebene Zeitinformation abgespeichert werden kann. Nach dem Ende der Meßzeit (mehrere Stunden oder Tage) kann die im Speicher abgelegte Information extern gelesen und somit in Verbindung mit der abgespeicherten Zeitinformation ein Rückschluß auf das zeitliche Auftreten auffälliger Atemgeräu­ sche der überwachten Person gezogen werden.

Mit der Vorrichtung können charakteristische Geräusche im Atemweg der überwachten Personen als typische Merkmale im Zeit- und Frequenzbereich er­ kannt, von externen und nicht relevanten Schallereignissen isoliert und als objektive Parameter erfaßt werden. Diese für den Betroffenen individuellen, ob­ jektiven Parameter lassen sich mit ihrem Wert und ihrer Änderungstendenz zeit­ bezogen speichern.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise als Minisensor (vgl. Anspruch 16) am Körper der Personen wenig belastend für längere Zeit getragen und dann extern gelesen. Damit lassen sich Korrelationen zu extern gemessenen Parametern (z. B. lufthygienische Daten) herstellen und nötigenfalls geeignete medizinische Be­ handlungen einleiten.

Insgesamt ergibt sich durch diese Erfindung eine den Probanden wenig belastende Methode zur Erfassung, Registrierung und Auswertung von Luft­ schadstoffwirkungen auf den Atemtrakt.

Ein solcher intelligenter monolithischer Bronchitissensor ist insbesondere geeignet zur automatischen Überwachung der Atemwege von bronchitis- bzw. asthmakranken und -gefährdeten Personen; als Frühwarngerät über einen be­ vorstehenden Anfall für Risikogruppen, das ständig oder bei bestimmten Wetter- oder Schadstofflagen mitgeführt bzw. am Körper getragen werden kann; für ex­ perimentell-epidemiologische Untersuchungen zur Incidenz von chronischer Bronchitis und Asthma bronchiale in Smogsituationen und in Abhängigkeit von der Konzentration von Luftschadstoffen im Lebensraum von Kindern; zur Senkung des Verbrauchs an Medikamenten und damit auch zur Verringerung von Risiken und Nebenwirkungen durch diese.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird gemäß Anspruch 2 bei jedem Vergleich ein das Ergebnis des Vergleichs repräsentierender Wert gespeichert. Dieser Wert läßt eine Aussage darüber zu, ob der jeweilige Meßwert größer, gleich oder kleiner als der Vergleichswert war. Durch die Speicherung der Vergleichsergeb­ nisse ist es möglich, nach Ablauf einer Meßzeit von mehreren Stunden oder Ta­ gen aus den gespeicherten Werten eine Information über die Häufigkeit, den Zeitpunkt und den Zeitverlauf des Auftretens auffälliger Atemgeräusche der un­ tersuchten Person zu gewinnen. Natürlich ist es auch möglich, zusätzlich bei je­ dem Vergleich eine exakte Zeitinformation abzuspeichern.

Eine vorteilhafte Verringerung des Speicheraufwandes ergibt sich, wenn, wie in Anspruch 3 angegeben, nur bei Erfüllung des Kriteriums (oder der Kriterien) für das Auftreten eines auffälligen Atemgeräusches der zu untersuchenden Person ein bestimmter Wert zusammen mit einer Zeitinformation gespeichert wird. Es ist in diesem Falle natürlich auch möglich, nur die Zeitinformation (als das Ereignis repräsentierender Wert) zu speichern, so daß jede gespeicherte Zeitinformation ein Indiz für das Auftreten eines auffälligen Atemgeräusches zu dem jeweiligen Zeitpunkt ist. Die Zeitinformation kann eine absolute oder relative Zeitangabe darstellen, die es ermöglicht auf den absoluten Zeitpunkt rückzuschließen. Somit läßt sich nach Ablauf der Meßzeit feststellen, ob und zu welcher Zeit auffällige Atemgeräusche aufgetreten sind.

Anspruch 4 gibt eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens an, bei dem bei Erfüllung des/der Kriterien für ein auffälliges Atemgeräusch ein akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches und/oder mechanisches Warnsignal ausgelöst wird. Es kann sich dabei z. B. um einem Wecksignal entsprechende Schallsignale, um das Blinken einer Leuchtdiode oder auch um einen Körperreiz auslösende Spannungsimpulse oder mechanische (taktile) Reize auf der Haut handeln, die durch eine entspre­ chende Signaleinheit (Anspruch 17) abgegeben werden. Auch eine Kombination der unterschiedlichen Möglichkeiten kann eingesetzt werden. Das entspre­ chende Signal sollte von der zu untersuchenden Person in jedem Fall ohne Ver­ zögerung deutlich wahrgenommen werden können, so daß diese Person damit vor einem bevorstehenden Anfall gewarnt werden kann.

Da die auffälligen Atemgeräusche nur während des Ein- bzw. Ausatmens auftreten, werden bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 5 die Erfassung, Aufbereitung und Auswertung der Atemgeräu­ sche auf die Ein- und Ausatemvorgänge beschränkt. Damit kann bei einer entsprechenden Vorrichtung, wie sie z. B. in Anspruch 18 beschrieben ist, der Energieverbrauch während der Meßzeit verringert werden. Dies wird in Anspruch 18 durch eine Stand-by-Schaltung erreicht, die in der Zeit zwischen zwei Atemzyklen die Vorrichtung in den sog. Schlafmodus schaltet.

Vorzugsweise wird gemäß Anspruch 6 die Atemfrequenz der zu überwachenden Person zunächst fest eingestellt. Eine Veränderung der Atemfrequenz während der Messung (z. B. verursacht durch erhöhte Anstrengungen der Person) wird aufgrund der charakteristischen Geräusche des Ein- bzw. Ausatemvorgangs automatisch erkannt und der voreingestellte Wert der Atemfrequenz entspre­ chend angepaßt. Dies kann z. B. dergestalt erfolgen, daß zunächst die Erfas­ sung der Atemgeräusche nur während durch die voreingestellte Atemfrequenz vorgegebenen festen Zeitfenstern erfolgt (Erfassung nur des Ein- und Ausatem­ vorgangs). Enden z. B. die für das Ausatmen charakteristischen Geräusche be­ reits zu einem früheren Zeitpunkt innerhalb des geöffneten Zeitfensters, so wird der Wert der eingestellten Atemfrequenz entsprechend erhöht. In gleicher Weise wird der Wert der Atemfrequenz verringert, wenn der Einatemvorgang innerhalb des Zeitfensters erst zu einem späteren Zeitpunkt einsetzt. Auf diese Weise kön­ nen die Pausen zwischen zwei Atemzyklen optimal zur Energieeinsparung aus­ genutzt werden.

In der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 wird die bei der Auswertung zu berücksichtigende charakteristische Frequenz (oder auch mehrere charakteristische Frequenzen) durch geeignete einstellbare Filter aus dem erfaßten Frequenzbereich herausgefiltert, so daß nur die Daten der interessierenden Frequenzen der Auswertung zugeführt werden.

Gemäß Anspruch 8 wird als Kriterium für das Auftreten auffälliger Atemgeräu­ sche die Überschreitung eines Amplitudenschwellwertes bei einer charakteristi­ schen Frequenz gewählt. Der Amplitudenschwellwert (als Vergleichswert) entspricht einem für die zu untersuchende Person vor der Messung individuell ermittelten Wert, dessen Überschreitung bei dieser Person ein Anzeichen für das Auftreten eines auffälligen Atemgeräusches ist.

Die Ansprüche 9 und 10 geben besondere Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens an, bei denen die das Ergebnis der Vergleiche repräsentie­ renden Werte in einer Form gespeichert werden, in der sie eine Information über die Amplitude des jeweiligen Meßwertes bei der jeweiligen Frequenz oder auch über die Summe der Amplitudenwerte bestimmter charakteristischer Frequen­ zen enthalten. Bei beiden Ausführungsformen kann somit aus den gespeicher­ ten Werten eine Information über die Intensität des jeweiligen Anfalls gezogen werden.

Das Auftreten starker Störgeräusche während der Meßzeit, die die Messung beeinträchtigen können, wird gemäß Anspruch 11 durch Überschreitung eines voreingestellten Amplitudenschwellwertes erkannt und die Signalverarbeitung in diesem Fall unterbrochen. Tritt das Störgeräusch in der Pause zwischen zwei Atemzyklen auf, wird die Erfassung und Auswertung beim darauf folgenden Ein- und Ausatemvorgang nicht durchgeführt, tritt das Störgeräusch während der Erfassung und Auswertung auf, wird die Auswertung für diesen Ein- und Ausatemvorgang abgebrochen und nicht berücksichtigt.

Die für die zu untersuchende Person charakteristische(n) Frequenz(en) und in­ dividuell ermittelten Daten (z. B. Amplitudenschwellwerte) werden in der Ausführungsform nach Anspruch 12 durch eine getrennte Aufzeichnung und Auswertung der Atemgeräusche dieser Person vor Beginn der Messung gewonnen. Dies kann z. B. mittels einer Auskultation durch einen Arzt erfolgen.

In der Ausführungsform nach Anspruch 13 werden vor Beginn der Messung zu­ nächst aus dem Atemgeräusch der zu untersuchenden Person deren Normfre­ quenzen ermittelt. Über diese individuell gemessenen Normfrequenzen werden aus einem sogenannten Nomogramm die für diese Person zu erwartenden cha­ rakteristischen Frequenzen (Pathofrequenzen) bestimmt, die beim erfindungs­ gemäßen Verfahren berücksichtigt werden (vgl. Ausführungsbeispiel).

Gemäß Anspruch 14 werden die Atemgeräusche an einer oder mehreren Stellen der Körperoberfläche (z. B. an verschiedenen Stellen im Bereich der Lunge) der zu überwachenden Person erfaßt. Die an verschiedenen Stellen erfaßten Daten werden zusammengeführt, so daß die Auswertung und Speicherung gemeinsam erfolgen kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 16 ist diese in miniaturisierter Bauweise ausgeführt und auf einem oder mehreren Chips integriert. Damit ist es, wie bereits weiter oben be­ schrieben, möglich, die Vorrichtung als Sensor über einen größeren Zeitraum am Körper zu tragen, ohne in der Bewegungsfreiheit eingeschränkt zu sein. Eine Überwachung der Atemgeräusche der zu untersuchenden Person unter normalen Lebensbedingungen wird dadurch ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Durch das Mikrofon (1) werden die Atemgeräusche aufgenommen. Während in 2 eine Synchronisation auf die Atemfrequenz des Trägers erfolgt, werden gleichzeitig die vom Mikrofon (1) abgegebenen Signale durch Frequenz- und Amplitudenfilter darauf untersucht, ob sie Störgeräusche sind. In diesem Fall wird eine weitere Signalverarbeitung unterbunden. Nur Signale im interessieren­ den Frequenz- und Amplitudenbereich werden einer Merkmalsextraktion (3) zu­ geführt. Hier werden die Frequenz- und Amplitudensignale mit individuell ein­ stellbaren Merkmalen verglichen und diese Vergleichsergebnisse gequantelt zur weiteren Bearbeitung bereitgestellt. In 7 erfolgt eine Wandlung z. B. in ein akustisches Signal, durch das der Träger des Bronchitissensors vor einem bevorstehenden Anfall rechtzeitig gewarnt wird. Außerdem werden die in 3 auf­ bereiteten Signale zur zeitgerechten Speicherung dem Speicher (5) zugeführt, in dem sie über einen längeren Zeitraum abgelegt werden können. Das Auslesen der gespeicherten Werte erfolgt dann seitens einer Zentrale über 6, z. B. durch eine Ankopplung an ein Telefon. Die Einheit 4 ist funktionell eine Uhr, die extern gesetzt werden kann, die Synchronisation mit der Atemfrequenz und damit die Störunterdrückung in 2 sowie die Merkmalsextraktion in 3 unterstützt und für die Abbildung der zu speichernden Werte auf eine kontinuierliche oder diskontinu­ ierliche Zeitskala dient. Die Umsetzung der kompakten, externen Initialisierungs- und Steuerinformationen auf die Subsysteme des Sensorsystems erfolgt über die Steuereinheit 8.

Zunächst erfaßt der Arzt während einer Auskultation vor dem Anlegen des Sen­ sors die pathologischen Bronchiengeräusche der zu kontrollierenden Person. Die dafür typischen Schallfrequenzen (Pathofrequenzen) werden extern aufgezeichnet. Nur diese charakteristischen Frequenzen und deren daraus er­ mittelte typische Merkmale werden dann dem Sensor als innerer Standard eingegeben und für die Signalerkennung zur Verfügung gestellt. Entlang einer Zeitachse tastet der Sensor nur diese charakteristischen Frequenzen ab. Sobald Interferenz mit den vorgegebenen Merkmalen auftritt, wird dieser Zustand als Signal registriert bzw. gespeichert. Die Uhrzeit und eventuell die Zeitdauer dieses Interferenzereignisses sind hinreichende Parameter für die automatische Überwachung der Atemwege bezüglich der in Frage stehenden pathologischen Zustände.

Bei Personen, wie z. B. potentiell gefährdeten Kindern, bei denen der vorab be­ nötigte innere Standard des pathologischen Geräusches nicht individuell gewonnen werden kann, ist die jeweilige Pathofrequenz einer Eichkurve zu ent­ nehmen, die zuvor auf statistischem Wege und unter Berücksichtigung der Grö­ ßen- und Altersabhängigkeit erstellt wurde.

Für diesen Personenkreis wird zunächst das Frequenzspektrum der Normatem­ geräusche individuell gewonnen. Für diese Frequenzen (z. B. für das Ausat­ mungsgeräusch) kann auch am zuverlässigsten und genauesten eine Eichkurve der alters- und größenabhängigen Normgeräuschsfrequenzen erstellt werden. Auch der charakteristische Abstand zwischen diesen Normfrequenzen und den erwarteten Pathofrequenzen kann statistisch ermittelt werden. Auf dieser Grundlage kann man mit der individuell gemessenen Normfrequenz in ein entsprechendes Nomogramm gehen, dort die für das Individuum erwartete Pa­ thofrequenz ablesen und diese dem Sensor als inneren Standard vorgeben, das heißt, die Filter den charakteristischen Frequenzen entsprechend einstellen.

Der gesamte Sensor ist als Mikrosystem ausgebildet. Die Aufnahme des Geräusches erfolgt durch ein kapazitiv auslesbares Chipmikrofon (1). Der Auf­ nahmebereich beträgt z. B. 20 bis 2000 Hz, wodurch bereits bei der Aufnahme der interessierenden Signale eine erste Filterwirkung im System erreicht wird. Ei­ ne weitere individuelle Einstellung erfolgt durch nachgeschaltete programmier­ bare Filter (2).

Für derartige Mikrosysteme ist das Problem des Energieverbrauches relevant. Deshalb nimmt der Sensor nur während des Ein- und Ausatmens Information auf und verarbeitet diese. In der Zwischenzeit wird ein sogenannter Schlafmodus (Stand-by-Modus) gefahren, der Sensor bereitet sich auf die nächste Meßzeit vor.

Der Zustand der Atemwege der überwachten Person wird durch die Geräusche beim Ein- und Ausatmen charakterisiert. Die Atemzüge sind markant. Die Atemfrequenz kann bei Inbetriebnahme des Gerätes eingestellt werden. Sie ent­ spricht dem Abstand zweier aufeinanderfolgender, relativ ähnlicher Signalgrup­ pen (Atemimpulse gewonnen aus dem Frequenz/Amplitudenspektrum). Eine Nachführung der Änderung der Atemfrequenz (Veränderung des zeitlichen Ab­ standes zwischen zwei Atemzügen) wird aufgrund entsprechender Messungen automatisch durchgeführt (vgl. auch Anspruch 6).

Ein erstes Ausblenden oder Unterdrücken von Störgeräuschen erfolgt über die Einschränkung des beobachteten Frequenzbandes auf z. B. 20 bis 2000 Hz. Die Signalverarbeitung wird außerdem gesperrt, wenn zwischen zwei Atemimpulsen oder während der Atmung Signale auftreten, die einen eingestellten Schwellwert überschreiten und deshalb eine einwandfreie Erkennung und Auswertung der Atemzüge erschweren oder verhindern würden.

Die aus dem Frequenz/Amplitudenspektrum gewonnenen Daten werden, unter Umständen nach Anwendung geeigneter Transformationsalgorithmen (z. B. Laplace oder Fourier-Transformationen), mit den individuell ermittelten voreinge­ stellten Daten verglichen. Bei Überschreitung individuell ermittelter eingestellter Werte wird der Zeitpunkt ihres Auftretens gespeichert. Dadurch wird die Registrierung bzw. Überwachung auf wenige Werte eingeschränkt, wodurch der Speicheraufwand und der Leistungsverbrauch des Sensors erheblich gesenkt werden können.

Das Einlesen in den Speicher erfolgt in der üblichen Weise: Ein Zähler zählt die belegten Speicherplätze bzw. gibt den nächsten Speicherplatz an. Das Auslesen erfolgt von außen gesteuert unter Nutzung des Zählers, der beim Auslesen zu­ rückgesetzt bzw. auf Null gesetzt wird.

Claims (18)

1. Verfahren zur automatischen Erfassung auffälliger Atemgeräusche, insbesondere von bronchitis- oder asthmakranken und -gefährdeten Per­ sonen, bei dem die Atemgeräusche einer zu überwachenden Person in einem zusammenhängenden Frequenzbereich in Echtzeit automatisch erfaßt, aufbereitet und ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem erfaßten Frequenzbereich bei der Auswertung eine oder mehrere vorher bestimmte charakteristische Frequenz(en) berücksichtigt werden, an deren Position im Frequenzspektrum des Atemgeräusches der zu überwachenden Person ein auffälliges Atemgeräusch durch ein signi­ fikantes Merkmal zu erkennen ist,
daß bei der Auswertung die an diesen Frequenzpositionen erfaßten Daten mit für die zu überwachende Person individuell ermittelten Daten auf Erfül­ lung eines oder mehrerer Kriterien für das Auftreten eines auffälligen Atem­ geräusches verglichen werden,
und daß entweder bei jedem Vergleich ein das Ergebnis des Vergleichs re­ präsentierendes Signal oder nur bei Erfüllung des/der Kriterien ein dieses Ereignis repräsentierendes Signal bereitgestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Vergleich ein das Ergebnis des Vergleichs repräsentieren­ der Wert gespeichert wird,
so daß nach Ablauf einer Meßzeit von mehreren Stunden oder Tagen aus den gespeicherten Werten eine Information über die Häufigkeit und den Zeitverlauf des Auftretens auffälliger Atemgeräusche gewonnen werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nur bei Erfüllung des/der Kriterien ein dieses Ereignis repräsentieren­ der Wert einschließlich einer Information, die einen Rückschluß auf das zeitliche Auftreten des Ereignisses zuläßt, gespeichert wird/werden, so daß nach Ablauf einer Meßzeit von mehreren Stunden oder Tagen aus den gespeicherten Wegen eine Information über die Häufigkeit und den Zeitverlauf des Auftretens auffälliger Atemgeräusche gewonnen werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfüllung des/der Kriterien für ein auffälliges Atemgeräusch ein akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches und/oder mecha­ nisches Warnsignal ausgelöst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung, Aufbereitung und Auswertung nur während des Ein­ und/oder Ausatmens erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und/oder Ausatemvorgang aufgrund der typischen Atemge­ räusche erkannt und ein voreingestellter Wert des zeitlichen Abstandes der Atemzyklen, während dessen keine Erfassung, Aufbereitung und Auswer­ tung erfolgt, bei Veränderung der Atemfrequenz selbständig angepaßt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Auswertung zu berücksichtigende(n) Frequenz(en) durch geeignete Filter aus dem erfaßten Frequenzbereich herausgefiltert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Kriterium für das Auftreten auffälliger Atemgeräusche die Überschreitung eines Amplituden-Schwellwertes gewählt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte in einer Form gespeichert werden, in der sie eine Information über den jeweils erfaßten Amplitudenwert bei der jeweiligen Frequenz ent­ halten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte in einer Form gespeichert werden, in der sie eine Information über die Summe der Amplitudenwerte bestimmter charakteristischer Fre­ quenzen enthalten.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreten starker Störgeräusche während der Meßzeit durch Überschreitung eines voreingestellten Amplitudenschwellwertes erkannt und die Signalverarbeitung in diesem Fall unterbrochen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die für die zu untersuchende Person charakteristische(n) Frequenz(en) und individuell ermittelten Daten durch eine getrennte Aufzeichnung- und Auswertung der Atemgeräusche dieser Person vor Beginn der Messung gewonnen werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die für die zu untersuchende Person charakteristische(n) Frequenz(en) vor Beginn der Messung aus einem Nomogramm gewonnen werden, nachdem aus dem Atemgeräusch der zu untersuchenden Person die Normfrequenzen bestimmt wurden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemgeräusche an einer oder mehreren Stellen der Körperoberflä­ che der zu überwachenden Person erfaßt werden, und die erfaßten Daten gemeinsam ausgewertet und gespeichert werden.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bestehend aus

• - mindestens einem Mikrofon zum Erfassen des Atemgeräusches,
• - mindestens einer Signalverarbeitungseinheit, die einen oder mehrere einstellbare Frequenzfilter zur Selektion der charakteristischen Fre­ quenz(en) enthält,
• - einer Auswerteeinheit, in der selektierte Meßdaten mit voreinstellbaren Vergleichswerten verglichen werden,
• - einer Uhr,
• - einer Spannungsversorgung und
• - einer Speichereinheit zum Abspeichern der Vergleichswerte und Vergleichsergebnisse,
• - einer Steuereinheit zur Umsetzung kompakter, externer Initialisierungs- und Steuerinformationen auf die Subsysteme des Sensorsystems.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie in miniaturisierter Bauweise ausgeführt und auf einem oder mehreren Chips integriert ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signaleinheit aufweist, die bei Bedarf ein akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches und/oder mechanisches Signal abgibt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stand-By-Schaltung aufweist, mit der der Energieverbrauch der Vorrichtung in der Zeit zwischen zwei Atemzyklen reduzierbar ist.