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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen
des vegetativen Nervensystems eines Individuums, insbesondere zum Erfassen
von Schmerz.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Steuern eines Warnsignals
zum Überwachen des
vegetativen Nervensystems eines Individuums, insbesondere zum Erfassen
von Schmerz.
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Auf
dem Gebiet der medizinischen Technologie gibt es ein Problem beim
Erzeugen physikalischer Messungen, welche die Aktivität im vegetativen
Nervensystem eines Individuums darstellen, d.h., in dem Teil des
Nervensystems, der außerhalb
der Kontrolle des Willens steht. Es ist besonders wichtig, Anzeichen
der Aktivität
im sympathischen Nervensystem zu erhalten. Zum Beispiel besteht
in verschiedenen Situationen eine Notwendigkeit, die Schmerzerfahrung
eines Patienten zu überwachen.
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Es
gibt eine besondere Notwendigkeit, das sympathische Nervensystem
bei Säuglingen
zu überwachen.
Es ist bekannt, dass Säuglinge
mit Apnoe (einem Atemstillstand für mehr als 20 Sekunden) und
Leblosigkeitsanfällen
Veränderungen
im Grad der Aktivität
im sympathischen Nervensystem zeigen. Es gibt daher Anzeichen, dass
ein Überwachen des
sympathischen Nervensystems von Säuglingen dazu beitragen kann,
Funktionsstörungen
im Nervensystem aufzudecken, und dass eine solche Überwachung
ebenfalls benutzt werden kann, um vor der Gefahr eines plötzlichen
Säuglingstods
zu warnen.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des vegetativen Nervensystems
eines Individuums werden auch in anderen Situationen anwendbar sein.
Im Fall sowohl von Frühgeborenen, Säuglingen
als auch anderen Individuen, sowohl Kindern als auch Erwachsenen,
kann eine Notwendigkeit bestehen, Schmerzreaktionen zu beobachten. Dis
gilt insbesondere für
Fälle,
in denen das Individuum selbst nicht in der Lage ist, die Schmerzerfahrung auf
normale Weise, zum Beispiel verbal, durch Schreien oder Gesichtsausdruck,
auszudrücken.
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Ein
Beispiel dieser Art von Anwendung ist die Überwachung frühgeborener
Säuglinge.
Diese Säuglinge
haben eine besondere Notwendigkeit der Schmerzüberwachung, da sie einen schwach
entwickelten Gesichtsausdruck haben und ihnen darüber hinaus
die Energie zum Schreien fehlen kann. Bei frühgeborenen Säuglingen
sind Schmerz oder Stress mit dem Auftreten einer Hirnblutung verbunden
worden, und es ist ebenfalls gezeigt worden, dass ihre Schmerzerfahrung
erinnert werden kann, wodurch ihre zukünftigen Schmerzreaktionen beeinflusst
werden. Es ist daher lebenswichtig, in Echtzeit zu wissen, wenn
solche Säuglinge
Schmerz ausgesetzt sind, um unter anderem in der Lage zu sein, Schmerzmittel
zu verabreichen.
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Eine
andere Anwendung ist das Überwachen
von Patienten in einem Beatmungsgerät.
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Das
sympathische Nervensystem kann durch die Empfindung von Schmerz,
aber ebenfalls durch andere Faktoren, wie beispielsweise Stress, Furcht
und Ärger,
aktiviert werden. Wenn das sympathische Nervensystem aktiviert wird,
bewirkt es Reaktionen wie beispielsweise eine gesteigerte Herzfrequenz,
einen gesteigerten Blutdruck und ein gesteigertes emotionales Schwitzen.
Blutdruck, Puls und Atemfrequenz werden sowohl durch das sympathische
und das parasympathische Nervensystem gesteuert als auch durch andere Faktoren
beeinflusst, wie beispielsweise, ob der Patient viel Blut verliert oder
eine Lungen- oder Herzerkrankung hat. Von allen diesen Erscheinungen
ist daher das gesteigerte emotionale Schwitzen das für die Aktivität spezifischste
Ziel, insbesondere zum Erfassen einer Schmerzreaktion im sympathischen
Nervensystem.
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Eine
bekannte mit dem emotionalen Schwitzen verbundene Erscheinung ist,
dass der Wirkleitwert der Haut, insbesondere an spezifischen Teilen des
Körpers,
wie beispielsweise den Handflächen und
den Fußsohlen,
durch die Aktivität
im sympathischen Nervensystem beeinflusst wird, verursacht unter
anderem durch eine Erregung des Schmerzsinns. Bei einem Ausgesetztsein
gegenüber
Schmerzerregungen oder anderem Stress steigert sich die sympathische
Aktivität
in efferenten Nervenfasern zu den Schweißdrüsen. Wenn die sympathischen
Nerven aktiviert werden, werden die Schweißdrüsen aktiviert, die Schweißkanäle werden
mit Flüssigkeit
gefüllt,
und der Wirkleitwert in der Haut steigert sich. Wenn die Flüssigkeit
verdunstet, nimmt die Hautleitfähigkeit
ab. Auf diese Weise entstehen Schwankungen beim Hautwirkleitwert.
Diese Erscheinung wird spontaner Hautwirkleitwert genannt. Der spontane Hautwirkleitwert
besteht aus Wellen und einem Basisniveau. Die Zahl der Wellen und
die Höhe
der Wellen zeigen die unmittelbare sympathische Aktivität in den
Nerven an.
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Das
Basisniveau stellt jedoch keine zufriedenstellende Grundlage dar,
um Schlussfolgerungen bezüglich
der Aktivität
des sympathischen Nervensystems des Patienten, einschließlich des
vermuteten Schmerzzustands, zu ziehen. Unter anderem ist dies auf
die Tatsache zurückzuführen, dass
nach einem Schmerz oder einer anderen Erregung des Nervensystems
das gesamte Hautfeuchtigkeitsniveau und dadurch das Wirkleitwertsignal
eine verhältnismäßig lange
Zeit braucht, um zu seinem Basisniveau zurückzukehren (die sogenannte
Erholungszeit).
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Untersuchungen
haben jedoch gezeigt, dass der Wirkleitwert der Haut als ein zeitveränderliches Signal
erscheint, das, zusätzlich
zu einem sich langsam verändernden
Basiswert (dem sogenannten Basisniveau), ebenfalls eine Komponente
hat, die aus spontanen Wellen oder Schwankungen besteht, wobei Charakteristika
dieser Schwankungen, wie beispielsweise deren Frequenz oder Amplitude,
Faktoren sind, die zu der Schmerzerfahrung beim Zielobjekt (dem
Patienten) in Wechselbeziehung stehen. Das Messen und Analysieren
von Charakteristika dieser Schwankungen kann daher ein geeignetes Verfahren
sein, um schnelle und zuverlässige
Informationen bezüglich
der Aktivität
im sympathischen Nervensystem, einschließlich der Schmerzwirkung, bereitzustellen.
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Untersuchungen,
welche die Aktivität
im sympathischen Nervensystem mit dem Hautwirkleitwert vergleichen,
wobei die Frequenz von Maximalwerten und die Schwankungen im Wirkleitwert
der Haut berücksichtigt
werden, sind unter anderem bekannt aus Edelberg, R., Electrical
Properties of the Skin. Methods in psychophysiology (Brown, C. C. (Hrsg.)),
Kap. 1, The Williams & Wilkins
Company 1967, S. 1–50,
und aus Lidberg, L., Wallin, G., Sympathetic skin nerves discharges
in relation to amplitude of skin resistance responses. Psychophysiology 1981;
18(3): 268-270.
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Früher bekannte
Systeme zum Analysieren des Hautwirkleitwerts umfassen ein Datenerfassungssystem
zum Aufzeichnen einer Messreihe für den Wirkleitwert der Haut
und einen Rechner für
eine anschließende
Analyse der aufgezeichneten Messreihen. Die Analyse findet daher
statt, nachdem die Daten gesammelt worden sind, und dadurch nachdem
die vegetative nervliche Aktivität
bei dem Patienten sowie die Empfindungen, die Anlass zu der nervlichen
Aktivität
gaben, bereits aufgehört
haben. Insbesondere bieten sie keine Möglichkeit, zu erfassen und
zu warnen, dass während
des Zeitraums, in dem die Messungen ausgeführt werden, eine Grenze für eine Schmerzreaktion überschritten
worden ist.
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Aus
der Patentliteratur sind verschiedene Lösungen bekannt, die einige
punktuelle Ähnlichkeiten
mit der vorliegenden Erfindung haben:
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US-5
897 505 offenbart eine Diagnosevorrichtung zum Abschätzen von
Schmerz bei einem Menschen, auf der Grundlage von Hautleitfähigkeits- und
Temperaturmessung. Die Vorrichtung ist dafür vorgesehen, zu einer Zeit
eine einzelne Messung durchzuführen
und das Ergebnis dieser Messung auf einer Anzeige anzuzeigen. Die
Vorrichtung schließt ebenfalls
Selbstskalier- und Überbereichsfunktionen ein,
was bedeutet, dass zwei aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden,
um die passende Skalierung des Eingangssignals zu bestimmen und um
möglicherweise
ein Überbereichswarnsignal
anzuzeigen. Die Vorrichtung erlaubt kein ununterbrochenes Überwachen
und Analysieren der spontanen Reaktion bei dem Hautwirkleitwert,
insbesondere nicht der Amplitude und Frequenz von Schwankungen beim
Hautleitfähigkeitssignal,
verursacht durch Schmerz oder ähnliche
Aktivitäten
im vegetativen Nervensystem des Individuums.
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WO
85/00785 offenbart ein Aufmerksamkeitskontrollgerät auf der
Grundlage einer Hautwiderstandsmessung. Es wird ein Warnsignal aktiviert, wenn
der gemessene Widerstand einen vorher festgelegten Betrag überschreitet.
Die Veröffentlichung gibt
keinen Hinweis oder Vorschlag auf die Analyse der spontanen Reaktion
beim Hautwirkleitwert, verursacht durch Schmerz oder ähnliche
Aktivitäten
im vegetativen Nervensystem des Individuums.
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US-A-4
697 599 offenbart ein Beispiel einer früher bekannten Vorrichtung zum
Erfassen von Schmerz, auf der Grundlage einer Messung des Wirkleitwerts
der Haut. Die Vorrichtung zeigt eine Messung auf einer Anzeige,
wobei sie zusätzlich dazu
ein hörbares
Signal abgibt, das eine Impulsfrequenz hat, die sich entsprechend
dem gemessenen Wirkleitwert verändert.
Die Vorrichtung liefert nur Informationen über den augenblicklichen Wert
des Wirkleitwerts und analysiert die Messungen nicht in Bezug auf
die Frequenz und Amplitude spontaner Schwankungen. Darüber hinaus
benutzt die Vorrichtung eine gleichstrombasierte Widerstandsmessung, was
zu Nebenwirkungen von den Polarisationseigenschaften der Haut führen kann.
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GB-A-2
291 971 beschreibt ein Beispiel einer Vorrichtung zur visuellen
Biofeedback-Behandlung. Die Vorrichtung beruht auf dem Sichtbarmachen
einer vegetativen Aktivität
für den
Patienten. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Ergebnis der vegetativen Aktivität durch
ein Messgerät
gemessen wird, das in diesem Fall einen Sensor zum Messen des Wirkleitwerts
der Haut umfassen kann. Das Ergebnis der Messung beeinflusst dann
ein Bild, das dem Patienten angezeigt wird. Dadurch wird eine Rückkopplungsschleife
geschaffen, die es dem Patienten ermöglichen kann, sich selbst zu
trainieren, um Entspannungsübungen
zu wiederholen, die den gemessenen Wert in der gewünschten
Richtung verändern. Es
gibt keinen Hinweis, dass die Vorrichtung eine Ausrüstung zum
Analysieren spontaner Schwankungen, einschließlich ihrer Amplitude und Frequenz,
bei dem gemessenen Wirkleitwertsignal umfasst. Es gibt auch keinerlei
Hinweis, dass die Vorrichtung einen Anwendungsbereich innerhalb
des Gebiets der Echtzeitüberwachung
des sympathischen Nervensystems eines Patienten, einschließlich der
Schmerzüberwachung,
hat, sondern sie ist dafür
vorgesehen, bei der Behandlung von Leiden wie beispielsweise Reizmagen/-kolon
angewendet zu werden.
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WO
86/01317 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Benutzen
der Elektrodermalreaktion als Steuergerät für einen Rechner. In diesem Fall
wird der Widerstand der Haut mit Hilfe eines mit Elektroden ausgestatteten
sogenannten Paddle-Eingabegeräts
für einen
Rechner gemessen. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung wird die
Dynamik des Widerstandssignals in einem gewissen Maß berücksichtigt,
wobei nicht nur der augenblickliche Wert des Signals, sondern ebenfalls
die Signalveränderung von
einem Zeitpunkt zum nächsten,
bei der Berechnung eines Steuersignals verwendet wird. Jedoch gibt
die Veröffentlichung
keine Analyse der Amplitude und Frequenz von spontanen Signalschwankungen zu Überwachungszwecken
und insbesondere zum Erfassen von Schmerz an. Auch bei dieser Veröffentlichung
wird eine Widerstandsmessung auf der Grundlage von Gleichstrom eingesetzt,
was dazu führen
kann, dass die Polarisationseigenschaften der Haut die Messungen
beeinflussen.
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Verwandte
Lösungen
sind ebenfalls in dem Teil der Technologie zu finden, der sich mit
Lügendetektoren
befasst. Einige Lügendetektoren
setzen den Hautwirkleitwert als Grundlage ihrer Analyse ein. Jedoch
macht eine solche Ausrüstung
keinen Gebrauch von Sekundärcharakteristika
im Hautwirkleitwertsignal, wie beispielsweise der Frequenz und Amplitude
von spontanen Schwankungen, zur Echtzeitüberwachung der Aktivität des sympathischen
Nervensystems und insbesondere zum Erfassen von Schmerz.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Überwachen
des vegetativen Nervensystems bei einem Individuum zum Erfassen
von Schmerz bereitzustellen, die nicht mit den Nachteilen belastet
ist, die oben erwähnt
werden.
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Nach
der Erfindung wird dies erreicht durch eine Vorrichtung wie oben
erwähnt,
dadurch gekennzeichnet, dass sie die Merkmale aufweist, die durch den
Oberbegriff des folgenden unabhängigen
Anspruchs 1 angezeigt werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen zum Steuern eines Warnsignals in einer Vorrichtung
zum Überwachen
des vegetativen Nervensystems bei einem Individuum zum Erfassen
von Schmerz und das nicht mit den Nachteilen belastet ist.
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Nach
der Erfindung wird dies erreicht durch ein Verfahren wie oben erwähnt, dadurch
gekennzeichnet, dass es die Merkmale aufweist, die durch den Oberbegriff
des folgenden unabhängigen
Anspruchs 6 angezeigt werden.
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Schließlich ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen
zum Überwachen
des vegetativen Nervensystems bei einem Individuum, insbesondere
zum Erfassen von Schmerz, und das nicht mit den Nachteilen belastet ist.
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Nach
der Erfindung wird dies erreicht durch ein Verfahren wie oben erwähnt, dadurch
gekennzeichnet, dass es die Merkmale aufweist, die durch den Oberbegriff
des folgenden unabhängigen
Anspruchs 9 angezeigt werden.
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Weitere
Vorzüge
und Charakteristika werden in den abhängigen Ansprüchen angezeigt.
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Die
Vorrichtung und die Verfahren nach der Erfindung werden nun detaillierter
beschrieben, unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm für
eine Vorrichtung nach der Erfindung illustriert und
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2 ein
Flussdiagramm für
ein Verfahren nach der Erfindung illustriert.
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1 illustriert
ein Blockdiagramm für
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung. Die Vorrichtung ist besonders
ausgelegt für
die Echtzeiter fassung der Schmerzreaktion bei einem Individuum,
zum Beispiel einem Patienten. Auf einen Bereich 2 der Haut
auf einem Körperteil 1 eines
Individuums werden Sensormittel 3 angebracht, um den Wirkleitwert
der Haut zu messen. Der Körperteil 1 ist
vorzugsweise eine Hand oder ein Fuß, und der Bereich 2 der
Haut auf dem Körperteil 1 ist vorzugsweise
die volare Seite der Hand (in der Handfläche) oder die plantare Seite
des Fußes
(unter der Fußsohle).
Die Sensormittel 3 umfassen vorteilhafterweise Kontaktelektroden,
wobei wenigstens zwei Elektroden auf dem Hautbereich 2 angebracht
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Sensormittel 3 aus
drei Elektroden: einer Messelektrode, einer Gegenelektrode und einer
Bezugsspannungselektrode, die ein gleichmäßiges Anlegen einer Spannung über die
Hornschicht (die Oberflächenschicht
der Haut) unter der Messelektrode sichert. Die Messelektrode und
die Gegenelektrode werden vorzugsweise auf dem Hautbereich 2 angebracht.
Die Bezugsspannungselektrode kann ebenfalls auf dem Hautbereich 2 angebracht
werden, wird aber vorzugsweise auf einem nahegelegenen Ort angebracht,
der für
die betreffende Messanordnung geeignet ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Wechselstrom zum Messen des Wirkleitwerts der Haut verwendet.
Der Wechselstrom hat vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von bis
zu 1 000 Hz, entsprechend dem Bereich, in dem der Wirkleitwert der
Haut annähernd
linear ist. Es sollte eine Frequenz gewählt werden, die sichert, dass
das Messsignal im geringstmöglichen
Ausmaß durch
Interferenz, z.B. von der Netzfrequenz, beeinflusst wird. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Frequenz 88 Hz.
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Im
Fall von Wechselstrom ist der Wirkleitwert identisch mit dem Realteil
der komplexen Admittanz und ist daher nicht unbedingt identisch
mit dem Umkehrwert des Widerstands. Ein Vorteil der Verwendung von
Wechselstrom an Stelle von Gleichstrom bei Wirkleitwertmessungen
ist, dass man durch dieses Mittel die unerfreuliche Wirkung der
elektrischen Polarisationseigenschaften der Haut vermeidet.
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Der
resultierende Strom durch die Messelektrode wird zu einem Messkonverter 4 übertragen. Dieser
umfasst einen Strom-Spannungs-Wandler, der bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ein Übergangswiderstand-Verstärker ist,
aber in seiner einfachsten Form ein Widerstand sein kann, der den Strom
von der Messelektrode zu einer Spannung wandelt. Der Messkonverter
umfasst außerdem
eine Zerlegungsschaltung, vorzugsweise in der Form eines Synchrongleichrichters,
der die komplexe Admittanz in einen Realteil (den Wirkleitwert)
und einen Imaginärteil
(den Blindleitwert) zerlegt. Es ist jedoch ausreichend, falls die
Zerlegungsschaltung nur Mittel zum Ableiten des Wirkleitwerts umfasst.
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Der
Messkonverter 4 kann ebenfalls Verstärker- und Filterschaltungen
umfassen. Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält der Messkonverter einen
Tiefpassfilter. Die Aufgabe der Filterschaltungen kann teilweise
sein, Hochfrequenzrauschen zu dämpfen,
und teilweise, als Anti-Aliasing-Filter
zu dienen, um zu verhindern, dass Hochfrequenzbestandteile durch
anschließende
Schaltungen zur Zeitdiskretisierung empfangen werden. Mit Hilfe
der Wahl von Bestandteilen und Auslegungsdetails wird der Messkonverter
darüber
hinaus mit Blick darauf ausgelegt, eine hohe Empfindlichkeit und
einen niedrigen Rauschpegel zu erreichen.
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Die
Steuereinheit 5 umfasst Mittel zur Zeitdiskretisierung
des Signals vom Messkonverter. Die Zeitdiskretisierung erfolgt bei
einer Abtastfrequenz, die vorzugsweise in der Größenordnung von 20 bis 200 Abtastungen
pro Sekunde liegen kann. Die Steuereinheit umfasst weiter einen
Analog-Digital-Wandler,
der Messdaten in eine digitale Form um wandelt. Die Wahl von Schaltungen
für die
Zeitdiskretisierung und die Analog-Digital-Wandlung stellen für einen Fachmann
technische Entscheidungen dar.
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Die
Steuereinheit kann vorteilhafterweise, zusätzlich zu dem Eingang vom Messkonverter,
zusätzliche
analoge und möglicherweise
ebenfalls digitale Eingänge
umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinheit entweder mit einer
Vielzahl von Analog-Digital-Wandlern ausgestattet sein, oder sie
kann verschiedene, dem Fachmann gut bekannte, Multiplextechniken
einsetzen, um die Zahl der Eingänge
zu steigern. Diese zusätzlichen
analogen Eingänge
können
zum Beispiel für
zusätzliche
Elektrodermalmessungen oder für
andere physiologische Messungen angeordnet sein, die vorteilhafterweise
gleichzeitig oder parallel mit der Elektrodermalmessung durchgeführt werden
können,
wie beispielsweise Temperatur-, Puls-, EKG-, Atmungs- und Frequenzmessungen
oder Sauerstoffsättigungsmessungen
im Blut.
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Die
Steuereinheit 5 umfasst ebenfalls Verarbeitungsmittel zum
Verarbeiten der digitalisierten Daten, Speichermittel in der Form
wenigstens eines Speichers zum Speichern von Daten und Programmen
und Anpassungsschaltungen zum Abgeben wenigstens eines Warnsignals 7 an
eine Signaleinheit 6, vorzugsweise ebenfalls eines Signals
zum Anzeigen von Informationen auf den Anzeigemitteln 8.
Die Steuereinheit 5 kann ebenfalls vorteilhafterweise einen
Kommunikationsport für
digitale Kommunikation mit einer externen Einheit, wie beispielsweise
einem Rechner, umfassen. Eine solche Datenübermittlung ist gut geeignet
zum Laden oder Verändern
des Programms, das im Speichermittel in der Steuereinheit gespeichert
gehalten wird, oder zum Hinzufügen oder
Verändern
anderer Daten, die in den Speichermitteln in der Steuereinheit gespeichert
gehalten werden, wie beispielsweise Schwellenwerte, die später erörtert werden.
Eine solche Datenübermittlung ist
ebenfalls gut geeignet zum Auslesen von Daten aus den Speichermitteln
in der Vor richtung, was folglich ermöglicht, dass sie für eine weitere
anschließende
Analyse oder Speicherung zu einem externen Rechner übertragen
werden. Ein Kommunikationsport in der Steuereinheit wird, wie unten
detaillierter beschrieben, vorteilhafterweise in Übereinstimmung mit
den Anforderungen an die Gerätesicherheit
für Patienten
ausgelegt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Speichermittel einen Nur-Lese-Speicher in der Form
von programmierbaren ROM-Schaltungen, die wenigstens einen Programmcode
und permanente Daten enthalten, und einen Schreib-Lese-Speicher
zum Speichern von Messdaten und anderen provisorischen Daten.
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Die
Steuereinheit 5 umfasst ebenfalls einen Oszillator, der
ein Taktsignal zum Steuern der Verarbeitungsmittel liefert. Die
Verarbeitungsmittel enthalten ebenfalls Zeitsteuerungsmittel, um
zur Verwendung bei der Analyse der Elektrodermalmessungen einen
Ausdruck der laufenden Zeit bereitzustellen. Solche Zeitsteuerungsmittel
sind dem Fachmann gut bekannt und sind oft in Mikrokontrollern oder
Prozessorsystemen eingeschlossen, die zur Verwendung mit der Erfindung
geeignet sind.
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Die
Steuereinheit 5 kann als eine mikroprozessorgesteuerte
Einheit mit angeschlossenen Eingangs-, Ausgangs-, Speicher- und anderen Peripherieschaltungen
umgesetzt werden, oder sie kann als eine Mikrokontrollereinheit
ausgeführt
werden, bei der einige oder alle der angeschlossenen Schaltungen
integriert sind. Die Mittel zur Zeitdiskretisierung und/oder Analog-Digital-Wandlung
können
ebenfalls in einer solchen Einheit integriert sein. Die Wahl einer geeigneten
Form der Steuereinheit bringt Bewertungen mit sich, die für einen
Fachmann Standard sind.
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Eine
alternative Lösung
ist, die Steuereinheit als digitalen Signalprozessor (DSP) umzusetzen.
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Die
Steuereinheit 5 wird angeordnet, um vom Messkonverter 4 zeitdiskrete
und quantisierte Messungen für
den Hautwirkleitwert einzulesen, vorzugsweise mit Hilfe eines Programmcodes,
der in den Speichermitteln gespeichert wird und der durch die Verarbeitungsmittel
ausgeführt
wird. Sie wird außerdem
dafür angeordnet,
zu ermöglichen,
dass Messungen in den Speichermitteln, vorzugsweise in einem Schreib-Lese-Speicher, gespeichert
werden. Die Steuereinheit wird außerdem angeordnet, um die Messungen
in Echtzeit, d.h., gleichzeitig oder parallel mit der Durchführung der
Messungen, zu analysieren. In diesem Zusammenhang sollte es sich
verstehen, dass gleichzeitig oder parallel bedeutet gleichzeitig
oder parallel für
praktische Zwecke, gesehen in Verbindung mit den Zeitkonstanten,
die in der Natur der Messungen liegen. Dies bedeutet, dass Eingabe, Speicherung
und Analyse in gesonderten Zeitabständen unternommen werden können, diese
Zeitabstände
und die Zeit zwischen ihnen in diesem Fall aber so kurz sind, dass
die einzelnen Vorgänge
gleichzeitig abzulaufen scheinen.
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Die
Steuereinheit wird außerdem
dafür angeordnet,
die Schwankungen in dem zeitdiskreten, quantisierten Messsignal
zu identifizieren, vorzugsweise mit Hilfe eines Programmcodes, der
in den Speichermitteln gespeichert wird und der durch die Verarbeitungsmittel
ausgeführt
wird, und Analysedaten abzuleiten, welche die Frequenz und die Amplitude
der Schwankungen im Messsignal ausdrücken.
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In
den Speichermitteln der Steuereinheit werden Schwellendaten gespeichert,
die Begrenzungswerte für
die Analysedaten darstellen, die aus den Messungen abgeleitet werden,
und entsprechend den Bedingungen, die sich bei der Analyse der Messungen
ergeben, das Warnsignal 7 und damit eine Signalvorrichtung 6 aktivieren.
Daher entsprechen die Schwellendaten einer angenommenen Grenze für Schmerz
oder eine ähnliche
Aktivität
im sympathischen Nervensystem des Individuums.
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In
der einfachsten Form können
die Schwellendaten universell sein, da sie für jedes Individuum gelten,
an dem die Vorrichtung oder das Verfahren benutzt wird. Die Schwellenwerte
stellen vorzugsweise Werte dar, die eine einzelne Gruppe kennzeichnen,
zu welcher der Patient gehört.
Diese Gruppierung kann von einzelnen Faktoren, wie beispielsweise
Alter, Geschlecht und/oder einer möglichen Diagnose, abhängen. Als
Alternative dazu können
die Schwellendaten ganz spezifische Werte darstellen, die eindeutig
mit dem Individuum verbunden sind.
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Die
Verarbeitungsmittel werden angeordnet, um die Schwellendaten mit
den abgeleiteten Analysedaten, welche die Frequenz und Amplitude
der Schwankungen im Messsignal ausdrücken, vergleichen. Das Ergebnis
dieses Vergleichs drückt
aus, ob das Warnsignal 7 die Signalvorrichtung 6 aktivieren wird
oder nicht.
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Das
Warnsignal 7 ist vorzugsweise ein digitales Signal, das
anzeigt, dass die Echtzeitanalyse der Hautwirkleitwertmessung ergeben
hat, dass eine Schwelle für
eine angenommene Schmerzreaktion überschritten wird. Das Warnsignal 7 aktiviert
eine Signal- oder Warnvorrichtung 6, die eine beliebige
geeignete Vorrichtung zum visuellen oder hörbaren Warnen sein kann. Als
Alternative dazu kann das Warnsignal zu einem externen Datenübermittlungs- oder Überwachungssystem,
zum Beispiel einem externen System zur Fernüberwachung von Patienten, übertragen
werden oder dasselbe aktivieren.
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Bei
einer besonderen Anwendung der Erfindung kann das Warnsignal 7 oder
ein anderes bei der Analyse der Hautwirkleitwertmessungen von den Verarbeitungsmitteln
abgeleitetes Signal verwendet werden, um eine selbsttätige Verabreichung
eines Medikaments, insbesondere eines schmerzstillenden Medikaments
oder eines Schlafmittels, an das Individuum zu steuern. Das Signal
kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Pumpe zur intravenösen Zufuhr
von Morphin zu steuern. In diesem Fall wird die Erfindung einen
Teil einer Rückkopplungsschleife zum
Steuern der Aktivität
im vegetativen Nervensystem des Individuums bilden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Anzeigemittel 8 aus einem Bildschirm zum graphischen
Sichtbarmachen des Wirkleitwertsignals und einer digitalen Anzeige
zum Anzeigen der Frequenz und Amplitude der gemessenen Signalschwankungen.
Die Anzeigeeinheiten sind vorzugsweise von einer Art, deren Energieverbrauch
gering ist, wie beispielsweise ein LCD-Bildschirm und eine LCD-Anzeige.
Die Anzeigemittel können
gesondert oder in ein und derselben Einheit integriert sein.
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Die
Vorrichtung umfasst außerdem
eine Stromversorgungseinheit 9, um den verschiedenen Teilen
der Vorrichtung Betriebsspannung und Strom zuzuführen. Die Stromversorgung kann
eine Batterie oder eine Netzstromversorgung einer bekannten Art sein.
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Die
Vorrichtung kann vorteilhafterweise dafür geeignet sein, den Anforderungen
in Bezug auf Krankenhausausrüstung
zu entsprechen, was die Patientensicherheit sichert. Solche Sicherheitsanforderungen
sind verhältnismäßig leicht
zu erfüllen,
falls die Vorrichtung batteriebetrieben ist. Falls die Vorrichtung
andererseits netzbetrieben ist, müssen durch die Stromversorgungseinheit
besondere Anforderungen erfüllt
werden, oder es werden Anforderungen gestellt in Bezug auf eine
galvanische Abtrennung zwischen Teilen der Vorrichtung (zum Beispiel
batteriebetriebenen), die für
den Patienten sicher sind, und Teilen der Vorrichtung, die für den Patienten
nicht sicher sind. Falls die Vorrichtung an externe Ausrüstung angeschlossen
werden muss, die netzbetrieben und für den Patienten nicht sicher
ist, ist es erforderlich, dass die Verbindung zwischen der Vorrichtung, die
für den
Patienten sicher ist, und der unsicheren externen Ausrüstung galvanisch
getrennt wird. Eine galvanische Trennung dieser Art kann vorteilhafterweise
mit Hilfe einer optischen Abtrennung erreicht werden. Sicherheitsanforderungen
für Ausrüstung nahe
am Patienten und Lösungen
zum Erfüllen
solcher Anforderungen bei einer Vorrichtung wie der in der Erfindung
sind dem Fachmann gut bekannt.
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2 illustriert
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zum Steuern eines Warnsignals in einer Vorrichtung
zum Überwachen
des vegetativen Nervensystems eines Individuums und insbesondere zum
Erfassen von Schmerz.
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Das
Verfahren beginnt beim Bezugszeichen 11.
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Zuerst
werden die Ausgangsbedingungen 12 für das Verfahren festgelegt.
Ein entscheidender Schritt ist hier, wie oben erwähnt, das
Festlegen von Schwellendaten. Diese Schwellendaten stellen Begrenzungswerte
für die
Analysedaten, die aus den Messungen abgeleitet werden, dar, die
entsprechend den Bedingungen, die sich bei der Echtzeitanalyse der
Messungen ergeben, das Warnsignal 7 und dadurch eine Signalvorrichtung 6 aktivieren.
Daher entsprechen die Schwellendaten einer angenommenen Grenze für Schmerz
oder eine ähnliche
Aktivität
im sympathischen Nervensystem des Individuums.
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Danach
wird ein wiederholter Überwachungsvorgang
ausgeführt,
der die folgenden Arbeitsgänge
umfasst:
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Es
wird der Wirkleitwert wenigstens eines Bereichs der Haut des Individuums
gemessen 13. Die Messung kann kontinuierlich oder zeitdiskret sein.
Bei der bevorzugten Aus führungsform
werden die tatsächlichen
Messungen mit Elektroden 3 und einem Messkonverter 4 kontinuierlich
in der Zeit vorgenommen, und das Messsignal wird in der anschließenden Steuereinheit 5 zeitdiskret
gemacht.
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Die
Messungen oder mit den Messungen verbundenen Daten zu diskreten
Zeitpunkten werden in den Speichermitteln in der Steuereinheit gespeichert 14.
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Es
wird eine Analyse 15 von gegenwärtigen und zuvor aufgezeichneten
Messungen vorgenommen. Vorzugsweise werden Analysedaten abgeleitet, welche
die Frequenz und Amplitude der Schwankungen im Messsignal ausdrücken. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
werden diese Daten unter Berücksichtigung
der lokalen Maximalwerte und Minimalwerte des Messsignals in einem
Zeitfenster bereitgestellt, das aus einem Intervall besteht, das
kürzlich
verstrichene Zeitpunkte enthält.
Das Vorhandensein eines Minimal- und eines Maximalwerts wird festgestellt,
falls die Veränderung
im Signalwert über einen
begrenzten, kürzlich
verstrichenen Zeitraum im Intervall wesentlich Null ist.
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In
dem Intervall werden die Analysedaten für die Amplitude durch ein Berechnen
des Mittelwerts der Unterschiede von einem Minimal- zum nächsten Maximalwert
gebildet. Die Analysedaten für
die Frequenz werden durch ein Zählen
der Anzahl von Maximalwerten, die in dem Intervall enthalten sind,
gebildet.
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Als
Alternative dazu kann das Messsignal oder ein Abschnitt des Verlaufs
des Messsignals (zum Beispiel durch digitales Filtern) in einen
sich langsam verändernden
Teil, der die sogenannte Basislinie für die Messungen darstellt,
und einen sich schneller verändernden
Teil, der die Schwankungen darstellt, zerlegt werden. Danach werden
Zahlen für die
Frequenz und Amplitude des Schwankungsbestandteils des Messsignals
abgeleitet.
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Die
Analyse des Messsignals kann umfassendere Verfahren einbeziehen,
einschließlich
von Verfahren, die von der Zeitebene zur Frequenzebene transformieren,
zum Beispiel die Echtzeit-Fourier-Transformation, wobei eine solche
Analyse ebenfalls Analysedaten ableitet, welche die Frequenz und
Amplitude der Signalschwankungen ausdrücken.
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Die
Zahlen, die durch die Analyse abgeleitet werden, werden mit den
gespeicherten Schwellenwerten verglichen 16. Im Fall eines
negativen Vergleichs, der bedeutet, dass die Grenze für Schmerz oder
eine andere Aktivität
im vegetativen Nervensystem des Individuums nicht erreicht worden
ist, wird der Überwachungszyklus
wiederholt. Im Fall eines positiven Vergleichs, der anzeigt, dass
eine Grenze für
Schmerz oder eine andere Aktivität
im vegetativen Nervensystem erreicht worden ist, wird das Warnsignal
aktiviert 17.
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Bei
der Analyse kann es notwendig sein, besondere Kriterien dafür festzulegen,
wann ein Maximalwert als gültig
betrachtet werden sollte. In ihrer einfachsten Form können solche
Kriterien auf der Tatsache beruhen, dass das Signal eine absolute Grenze überschreiten
muss, damit es als Maximalwert betrachtet werden kann. Außerdem ist
es ein Vorteil, die Kriterien auf der Tatsache beruhen zu lassen,
dass das Signal eine Spitze gebildet hat, die eine bestimmte Zeit
angehalten hat, was folglich verhindert, dass außerordentlich kurze Rauschimpulse als
Maximalwerte betrachtet werden. Die Kriterien können ebenfalls auf der Tatsache
beruhen, dass die Steigerung im Signalwert in Abhängigkeit
von der Zeit unter einer gewissen Grenze bleiben muss, falls der
Maximalwert als gültig
betrachtet werden soll. Dadurch wird das Ziel erreicht, dass Artefakte,
die in Fehlersituationen auftreten können, wie beispielsweise, wenn
sich Elektroden von der Haut lösen,
nicht als gültige
Maximalwerte betrachtet werden.
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Die
oben erwähnten
Kriterien können
mit dem einzelnen Patienten oder mit einer Gruppe, zu welcher der
Patient gehört,
verbunden werden. Diese Gruppierung beruht vorzugsweise auf dem
Alter, kann aber ebenfalls einzelne Faktoren, wie beispielsweise
Geschlecht und/oder mögliche
Diagnose, einschließen.
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Ein
Satz von besonders zu empfehlenden Kriterien für die Gültigkeit eines Maximalwerts
ist wie folgt:
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Absolute
Mindestgrenze für
einen gemessenen Wirkleitwert: für
Erwachsene 0,02 μS,
für Kinder 0–0,02 μS, für frühgeborene
Säuglinge
0,015 μS
-
Mindestdauer
einer Spitze: für
Erwachsene 0,0 s, für
Kinder 0,0 s
-
Maximale
Steigerung unmittelbar vor dem Maximalwert: für Erwachsene 2 μS/s, für Kinder
2 μS/s.
-
Falls
notwendig oder wünschenswert,
können
entsprechende Kriterien auch für
die Gültigkeit von
Minimalwerten festgelegt werden.
-
Die
obige Beschreibung mit den Zeichnungen stellt, unter Hinzufügung einiger
Alternativen, eine spezifische Ausführungsform der Erfindung vor. Für einen
Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass es andere, alternative
Ausführungsformen gibt,
die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, wie er in den folgenden
Patentansprüchen
angezeigt wird.