DE4440985A1 - Tragbares, ambulant einsetzbares Meßgerät zur berührungsfreien Aufzeichnung von Schlaf- und Wachphasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares, ambulant einsetzbares Meßgerät zur berührungsfreien Aufzeichnung von Schlaf- und Wachphasen.

Erst seit wenigen Jahren gibt es, der äußerst kostenintensiven im Schlaflabor standardisiert durchgeführten Polysomnographie vorgeschaltet, sogenannte Screeninggeräte, die zur ambulanten Stufendiagnostik von Schlafstörungen eingesetzt werden. Diese tragbaren Geräte, die vom Patienten selbst bedient werden müssen, sind abgespeckte Polysomnographien, erfassen also nur einen Teil der schlafrelevanten Parameter, z. B. zur Diagnose der Schlafapnoe (DE 41 38 702 A1 und EP 03 71 424). Eine sichere Beurteilung von Schlaf- und Wachphasen zur Diagnose von Insomnien, ist nur mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG) im Schlaflabor möglich, denn die Ableitung eines EEG erfordert eine fachgemäße, schematische Anbringung einer Vielzahl von Elektroden auf der Kopfhaut.

Die Aktographie ist dagegen eine Screening-Methode mit indirekter Aussage über den Schlaf. Es handelt sich hierbei meist um einen am Handgelenk oder anderem Körperteil montierten, piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, dessen Elektronik es erlaubt, Bewegungen des Trägers drahtlos auf ein Aufzeichnungsgerät zu übermitteln. Ein anderes aktographisches Prinzip basiert auf der Lagerung einer Versuchsperson auf einer bewegungsempfindlichen Unterlage.

Um den Einsatz von äußerst unzuverlässigen und lästigen Schlafprotokollen zu umgehen, wurden Geräte entwickelt, die auf der zyklischen Quittierung eines Tonsignals (mittels Ein-Knopf- Bedienung) durch den Patienten beruhen (DE 42 30 084 A1). Sie dienen der Gewinnung von Zeitangaben über den Beginn, die Dauer und das Ende von Schlaf und Wachphasen.

Den oben genannten Gerätetypen liegen folgende Probleme zugrunde. Erst seit wenigen Jahren gibt es einige sehr teuere Geräte, die bedingt für den ambulanten Bereich geeignet sind, weil das Anbringen der Sensoren durch den Patienten am eigenen Körper meist mit großen Fehlern behaftet ist (falsches oder unzuverlässiges Sensormontage oder Bedienung des Gerätes). Das Anlegen der Sensoren vom medizinischen Personal in Klinik oder Praxis wird statt dessen gelegentlich praktiziert, ist aber ebenso problematisch, da der Patient mit Sensoren bestückt nach Hause geschickt werden muß. Darüberhinaus beeinträchtigt die Verkabelung oder die Bestückung mit Sensoren meist den Nachtschlaf, so daß die Interpretation der Meßwerte in der Regel auf große Schwierigkeiten stößt. Durch nächtliches Hin- und Herwälzen kommt es ferner zu störenden Arte­ fakten in der Aufzeichnung, welche die Interpretation der Daten zusätzlich erschweren. Die ambulante Ableitung eines EEG ist somit mit großen Schwierigkeiten verbunden und deshalb nur bedingt durchführbar. Bei Anwendung der Aktographie dagegen, kann zwar die Verkabelung aber nicht die Berührung mit dem Sensor entfallen. Es wird beim Aktograph nur die Bewegung des betreffenden Körperteils erfaßt, auf dem er montiert ist. Die Registrierung der Bewegungen allein lassen keine sichere Beurteilung von Schlaf- und Wachphasen zu.

Ein weiterer Nachteil der angegebenen Gerätetypen ist der große apparative Aufwand, der mit sehr hohen Kosten einhergeht: Zur Datenaufnahme wird in der Regel zusätzlich zum Sensorteil ein Interface und ein Datenspeicher benötigt. Zur Datenauswertung muß zudem ein Personal-Computer zur Verfügung stehen.

Die Geräte, welche die Schlafprotokolle ersetzen und auf der zyklischen Quittierung eines Tonsignals durch den Patienten beruhen (DE 42 30 084 A1), haben einen Nachteil: Der Patient wird durch seine Aufgabe, den Knopf zu bedienen, falls nach 10 Minuten ein Signal ertönt, in einen Erregungs- und Erwartungszustand versetzt, der die Einschlaflatenz verlängert und den Schlaf stört.

Erreichte Vorteile

Die absolute Berührungsfreiheit wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Registrierung der Körperbewegungen im Schlaf ein differentieller infrarotempfindlicher Sensor (Fig. 1&2 S1) verwendet wird, wie er in passiv Bewegungsmeldern von Alarmanlagen bekannt ist. Zusätzlich werden ebenfalls berührungsfrei folgende Kontrollparameter registriert: Die erste Kontrollgröße, die Raumhelligkeit erfaßt eine Photodiode (Fig. 1& S2). Aus dem Helligkeitsverlauf werden die Zeitpunkte vom Zubettgehen, nächtlichen und morgendlichen Aufstehen ermittelt. Eine weitere Kontrollgröße registriert ein empfindlicher Thermistor (Fig. 1&2 S3). Damit können geringe Raumtemperaturänderungen, z. B. durch nächtliches Aufdecken oder Fensteröffnen (Fig. 3) registriert werden. Zur Erfassung von nächtlichem Schnarchen mit einhergehenden Atemstillständen beim obstruktiven Schlaf-Apnoe-Syndrom dient ein Miniatur Elektromikrofon (Fig. 1&2 S4). Ein Audio-Filter unterscheidet zwischen Raum- und Schnarchgeräuschen. Eine Verkabelung des Patienten entfällt somit. Außerdem muß, aufgrund des großen Erfassungsbereiches aller Sensoren, keine spezielle Einstellung des Sensorfeldes auf den Probanden erfolgen. Sämtliche Sensoren einschließlich Elektronik und 10-Bit Alalog-Digital- Wandler (Fig. 1) sind, wie in Patentanspruch 1 aufgeführt, in einem kompakten Kleingehäuse untergebracht (Fig. 2), welches, wie in Patentanspruch 11 aufgeführt, keine eigene Spannungsversorgung benötigt; ihre Stromversorgung bezieht die Elektronik aus den Steuersignalen DTR bzw. RTS, d. h. über die serielle Schnittstelle des Computers. Der Datentransfer zwischen Sensorgehäuse und Computer erfolgt über die Statusleitungen DTR RTS und CTS (Fig. 1 siehe SUB-D Anschluß Nr. 4/7/8 und GND Nr. 5); somit werden nur vier Anschlußleitungen benötigt (Fig. 1). Das Bindeglied, welches diesen einfachen Datentransfer möglich macht, ist der Schaltkreis LTC 1090 von Linear Technology. Damit kann die Sensorkomponente an jeden XT-kompatiblen Personal-Computer angeschlossen werden, mit dem kombiniert Datenaufnahme und Datenauswertung durchgeführt wird.

Sämtliche Sensormeßwerte werden über den Zeitraum einer Nacht kontinuierlich erfaßt und nach beliebigen, voreinstellbaren Zeitintervallen gemittelt abgespeichert und ausgewertet (Fig. 3).

Bei der Konzeption des Meßsystems und der in "C" geschriebenen Programme wurde auf hohe Zuverlässigkeit und Bedienerfreundlichkeit geachtet. So startet der Patient die Datenaufnahme durch Einschalten des PC und beendet sie mit einem Tastendruck; dabei wird der gesamte Datensatz einschließlich Datum und Uhrzeiten vom Zubettgehen und Aufwachen abgespeichert.

Mit dem Datensatz ist durch Anwendung eines speziellen Algorithmus, dem folgende EEG-Aktographie-Vergleichsstudie zugrundeliegt (Sadeh A, Sharkey KM Carskadon MA. Activity-Based Sleep-Wake Identification. Sleep 1994; 17(3): 201-207) , eine nahezu ideale Beurteilung von Schlaf- und Wachphasen und damit eine gesicherte Diagnosestellung von Insomnien möglich.

Aufgrund der Geräuschentwicklung eines stationären PC empfiehlt sich die Verwendung eines Notebooks oder kostengünstigen Taschen-PC wie beim Prototyp. Dieser XT-kompatible Taschen-PC, der nur 550 g inklusive Batterien wiegt, besitzt kein Festplatten- und kein Diskettenlaufwerk; die Meßdaten sowie die ausführbaren Programme befinden sich im internen Speicher (RAM). Dieser Taschen-PC kombiniert mit dem Sensorteil, wie in Patentanspruch 1 angegeben, stellt derzeit das einfachste, kostengünstigste und zuverlässigste Meßsystem dar, welches mehrere Parameter erfaßt, die für die Beurteilung des Schlafes relevant sind; erfindungsgemäß wird der Schlafende in keiner Weise verkabelt, mit Sensoren bestückt oder angewiesen, bestimmte Tasten zu betätigen.

Claims (12)

1. Tragbares, ambulant einsetzbares Meßgerät zur berührungsfreien Aufzeichnung von Schlaf- und Wachphasen dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus zwei Komponenten besteht: Einem kleinen Sensorgehäuse, in welches die Sensoren und ein 10-Bit Analog- Digital-Wandler integriert sind, und einem portablen Personal- Computer, auf dem die zugehörige Software installiert ist und an dessen serielle Schnittstelle RS 232 die Sensoreinheit angeschlossen wird.

2. Meßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Körperbewegungen im Schlaf ein infrarotempfindlicher Sensor verwendet wird, wie er in passiv- Bewegungsmeldern integriert ist.

3. Meßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den nächtlich registrierten Körperbewegungen die Kontrollparameter: Raumhelligkeit, Raumtemperatur, Raumgeräusche und gefilterte Raumgeräusche d. h. Schnarchgeräusche aufgezeichnet werden, was zu einer verbesserten Beurteilung von Schlaf- und Wachphasen bei der Diagnosestellung der Insomnien und dem Schlaf- Apnoe-Syndrom führt.

4. Eigenschaft nach Patentanspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlafende in keiner Weise verkabelt oder mit Sensoren bestückt werden muß und vom Meßsystem keine elektromagnetischen Felder ausgehen.

5. Eigenschaft nach Patentanspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des großen Erfassungsbereichs aller Sensoren, keine spezielle Einstellung des Sensorfeldes auf den Patienten erfolgen muß.

6. Eigenschaft nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Meßparameter übe einen längeren Zeitraum kontinuierlich erfaßt und nach beliebigen Zeitabständen gemittelt werden können.

7. Eigenschaft nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Patient die Datenaufnahme durch Einschalten des PC startet und mit einem Tastendruck beendet; dabei wird der gesamte Datensatz einschließlich Datum und Uhrzeiten vom Zubettgehen und Aufwachen abgespeichert.

8. Eigenschaft nach Patentanspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einfach und zuverlässig zu bedienen ist.

9. Eigenschaft nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket (Sensorteil und Software für Datenaufnahme und -auswertung) mit jedem XT-kompatiblen Computer kombiniert werden kann und daß für die Datenaufnahme und Datenauswertung nur ein Gerät, nämlich der Personal-Computer benötigt wird.

10. Eigenschaft nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Diagnose von Schlafstörungen, im Auswerteprogramm ein Algorithmus, der auf EEG-Vergleichsmessungen basiert, den gesamten Datensatz nach Wach- und Schlafphasen analysiert.

11. Eigenschaft nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorkomponente keine eigene Spannungsversorgung benötigt, sondern über die serielle Datenleitung versorgt wird und dadurch keine Betriebskosten entstehen.

12. Meßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktionskosten der einfach aufgebauten, handlichen Sensor­ komponente sehr niedrig zu veranschlagen sind.