DE69631103T2

DE69631103T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von schnellen Bewegungsartefakten in einem Impedanzatmungssignal

Info

Publication number: DE69631103T2
Application number: DE69631103T
Authority: DE
Inventors: Ziad F. Elghazzawi
Original assignee: Draeger Medical Systems Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: CA2186706A1; EP0765631A3; US5685318A; EP0765631B1; ATE256422T1; DE69631103D1; EP0765631A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Genauigkeit eines Respirationsmonitors und insbesondere zum Verhindern, daß schnelle Bewegungen betreffende Artefakte als Atemzüge gezählt werden, wodurch das Erzeugen von Fehlalarmen (wie etwa einer hohen Respirationsrate) verhindert wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In der Regel wird an den Körper eines Patienten ein differentieller Untersuchungswechselstrom konstanter Amplitude angelegt, um Patientenrespiration durch Messen von Änderungen in der transthorakalen Impedanz des Patienten zu erfassen. Wie in 1 gezeigt, wird der Untersuchungsstrom durch zwei (d. h. 12 und 14) der mehreren Elektroden, die normalerweise für die EKG-Überwachung verwendet werden und an einem Patienten 10 befestigt sind, an den Patienten 10 angelegt. Der Untersuchungsstrom wird durch die Brusthöhle des Patienten geschickt, und durch den Untersuchungsstrom mit konstanter Amplitude, der durch eine transthorakale Impedanz geschickt wird, die sich mit der Atmung des Patienten ändert, werden Spannungsmodulationen zwischen den EKG-Elektroden 12 und 14 gemäß der Atmung des Patienten erzeugt. Die EKG-Elektroden sind über Leitungen in einem EKG-Kabel 16 an einen Monitor 18 am Bett des Patienten angeschlossen. Die resultierenden Spannungsmodulationen werden in der Regel im Monitor am Bett durch einen Synchronspannungsdetektor erfaßt, der an das gleiche Elektrodenpaar angeschlossen ist, das zum Anlegen des Untersuchungsstroms verwendet wurde, wie etwa die Elektrode für den rechten Arm (RA) und den linken Arm (LA). Auf eine dem Durchschnittsfachmann wohlbekannte Weise werden diese erfaßten Spannungsamplitudenmodulationen verarbeitet, um ein Respirationssignal zu entwickeln, das zur Anzeige und/oder zur Alarmüberwachung der Atmung des Patienten verwendet werden kann.
Aus dem Dokument FR-A-2 657 770 ist eine Vorrichtung zum Überwachen der Atmung eines Patienten bekannt, das ein Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Respirationssignals mit Amplitudenmodulationen umfaßt, das sowohl die Respiration des Patienten als auch Respirationsartefakte darstellt, und ein Verarbeitungsmittel, das an das Erzeugungsmittel angekoppelt ist und auf das Respirationssignal reagiert, um Wendepunkte in dem Respirationssignal zu erfassen.
Leider sind die Ungenauigkeiten beim Entwickeln der Respirationsrate und der Alarminformationen aus den erfaßten Spannungsamplitudenmodulationen aufgrund von bewegungsbezogenen Spannungsamplitudenmodulationen (d. h. Artefakten) im Stand der Technik ein Problem.
Es wäre wünschenswert, diese Artefakte einfach und genau zu reduzieren und bevorzugt zu eliminieren.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung zum Überwachen der Atmung eines Patienten umfaßt ein Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Respirationssignals mit Amplitudenmodulationen, die sowohl die Respiration eines Patienten als auch Respirationsartefakte darstellen; und ein Verarbeitungsmittel, das an das Erzeugungsmittel angekoppelt ist und auf das Respirationssignal reagiert, um:

1) Wendepunkte in dem Respirationssignal zu erfassen;
2) zu bestimmen, ob die Steigung eines Teils des Respirationssignals, der jedem erfaßten Wendepunkt vorausgeht, oder auf den Wendepunkt folgt, einen vorbestimmten Schwellwertpegel übersteigt; und
3) Atemanzeigeinformationen auf der Grundlage der, Steigungsschwellwertbestimmung zu entwickeln.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in Form eines Blockschaltbilds ein Patientenrespirationsüberwachungssystem;
2 zeigt in Form eines Blockschaltbilds einen ausführlicheren Teil des in 1 gezeigten Patientenrespirationsüberwachungssystems;
3 zeigt in Form eines Flußdiagramms einen Teil der in 2 gezeigten Respirationsverarbeitung, und
4 zeigt eine Respirationssignalwellenform, mit der sich die in 3 gezeigte Respirationsverarbeitung besser verstehen läßt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie gezeigt und bereits in Verbindung mit 1 beschrieben, enthält der Patientenrespirationsmonitor 18 eine Respirationsschaltung, wie etwa einen (nicht spezifisch gezeigten) Synchrondetektor, um anfänglich ein Impedanzrespirationssignal zu entwickeln. Wie in 2 gezeigt, wird das Impedanzrespirationssignal dann durch eine Digital-Analog-Umsetzerstufe 20 digitalisiert. Nach dem Anlegen an ein Bandpaßfilter 22, wo es bandpaßgefiltert wird (in der Regel 0,1 bis 3,0 Hz), wird es an ein Display 24 angelegt, um eine Respirationswellenform anzuzeigen. Der Monitor 18 enthält einen Prozessorteil 26, der das Respirationssignal weiterverarbeitet und Respirationsrateninformationen sowie Respirationsalarme entwickelt.
Gemäß den Grundlagen der Erfindung wird die Respirationssignalverarbeitung durch den Prozessor 26 im Vergleich zur Signalverarbeitung des Stands der Technik verbessert, damit Signalartefakte präziser erfaßt werden und präzisere Respirationsinformationen entwickelt und angezeigt werden. Wie in 2 gezeigt, liefert der Prozessor 26 dem Display 24 Respirationsratendaten sowie Atemangaben, wie etwa ein blinkendes Symbol „Lunge", und dem Benutzer Echtzeit-Respirationsartefaktinformationen.
Als nächstes wird die erfindungsgemäße Respirationssignalverarbeitung in Verbindung mit 3 beschrieben. Ein Atemerfassungsschritt 30 reagiert auf das Signal am Ausgang des Filters 22 und entdeckt Atemzüge auf der Basis der Erfassung eines Anstiegs, gefolgt von einem Abfall, nach dem Übersteigen eines bestimmten Erfassungsschwellwerts in beiden Richtungen (d. h. eines Wendepunkts). Derartige Wendepunkte des Respirationssignals sind beispielsweise durch Punkte A, B und C in der in 4 gezeigten Respirationssignalwellenform gezeigt. Der Anstieg (von Punkt A zu Punkt B in 4) stellt das Einatmen von Luft durch den Patienten dar, und der Abfall (von Punkt B zu Punkt C) stellt das Ausatmen von Luft durch den Patienten dar. Der Erfassungsschwellwert kann durch die Respirationssignalverarbeitung ((B – A)/3) automatisch oder durch den Benutzer durch Nachstellen des Schwellwerts bei Betrachtung der Anzeige der Respirationsinformationen auf dem Monitordisplay 24 eingestellt werden. Dieser Schwellwert ist in der Regel auf einen Punkt zwischen 0,15 Ohm und 2,0 Ohm eingestellt.
Das neue Verfahren zum Erfassen von Artefakten erfaßt Artefakte schneller Bewegungen, indem es die Steigung des Respirationssignals sowohl beim Anstieg als auch beim Abfall prüft. Falls irgendeine dieser Steigungen einen gewissen vorbestimmten Schwellwert übersteigt (d. h. 40 Ohm/s in der dargestellten Ausführungsform), wird dieser Atemzug zurückgewiesen und als ein Artefakt betrachtet.
Wie durch Schritt 32 gezeigt wird, wird die Maximalsteigung zwischen Punkt A und Punkt B in 4 bestimmt. Falls diese Steigung die Grenze (40 Ohm/s) übersteigt, wird der dieser Aufwärtssteigung entsprechende Atemzug zurückgewiesen, als ein Artefakt betrachtet und über einen Artefaktberichtsschritt 34 dem Display 24 berichtet. Außerdem wird in Schritt 36 die Maximalsteigung zwischen Punkt B und Punkt C auf dem gleichen Atemausschlag bestimmt. Falls diese Steigung die Grenze (40 Ohm/s) übersteigt, wird der dieser Aufwärtssteigung entsprechende Atemzug zurückgewiesen, als Artefakt angesehen und über den Artefaktberichtsschritt 34 dem Display 24 berichtet.
Falls, wie durch Schritt 38, gezeigt, keine der Steigungen die Maximalsteigungsgrenzen übersteigt, erhält das Display 24 eine Angabe, die in der dargestellten Ausführungsform umfaßt, daß auf einem Teil des Displays 24 ein Symbol (Lunge) aufleuchtet. Ein Teil zum Anzeigen der verarbeiteten Respirationsinformationen ist im rechten unteren Teil des in 1 gezeigten Displays auf dem Monitor 18 dargestellt. Eine Respirationswellenform ist in einem anderen Teil des in 1 gezeigten Displays auf dem Monitor 18 dargestellt gezeigt.
Der Grund hinter der Begrenzung der Steigung auf einen bestimmten Schwellwert besteht darin, daß die Atemwege und die Lunge des Menschen eine bestimmte Volumenkapazität und Geschwindigkeit beim Hinein- und Herausbewegen von Luft aufweisen. Diese Bewegung von Luft herein und heraus stellt Atemzüge dar, die auf dem Impedanzrespirationssignal als Ausschläge dargestellt sind. Die begrenzte Volumenkapazität und Geschwindigkeit beim Herein- und Herausbewegen von Luft in die und aus den Atemwegen und der Lunge des Menschen spiegelt sich auf dem Impedanzrespirationssignal als eine Beschränkung der Steilheit der Änderungsgeschwindigkeit des einen Atemzug darstellenden Signals nach oben oder unten wider. Aus einer Untersuchung von Respirationswellenformdaten bei Neugeborenen, Kindern und Erwachsenen hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß die Grenze der Aufwärts- und Abwärtssteigung der Respirationswellenform während eines Atemzugs 40 Ohm/s nicht übersteigen würde.
Es sind somit ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung gezeigt und beschrieben worden, die alle bisher angestrebten Aufgaben und Vorteile erfüllen. Nach der Betrachtung dieser Patentschrift und ihrer beiliegenden Zeichnungen, die ihre bevorzugten Ausführungsformen offenbaren, ergeben sich jedoch für den Fachmann viele Änderungen, Modifikationen, Variationen und andere Verwendungen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung. So könnte beispielsweise der Maximalsteigungsschwellwert von 40 Ohm/s in der dargestellten Ausführungsform auf einen anderen Wert verändert werden, beispielsweise bei der Überwachung von Neugeborenen im Vergleich zu der Überwachung von Erwachsenen. Außerdem kann der Schwellwert adaptiv gemacht werden. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform sowohl die Aufwärtssteigung als auch die Abwärtssteigung mit einem Steigungsschwellwert verglichen werden, ist es zudem bei einer alternativen Ausführungsform möglich, für eine Atemmarkierung nur eine dieser Steigungen zu überwachen. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform das Respirationssignal unter Verwendung einer Impedanzpneumographie durch Messen der Änderung der transthorakalen Impedanz des Patienten erzeugt wird, kann schließlich bei einer alternativen Ausführungsform das Respirationssignal erzeugt werden, indem die ausgeatmete Luft des Patienten direkter überwacht wird. Alle derartigen Änderungen, Modifikationen, Variationen und weitere Verwendungen und Anwendungen, die vom Schutzbereich der Erfindung nicht abweichen, sollen durch die Erfindung abgedeckt sein, die nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Vorrichtung (18) zum Überwachen der Atmung eines Patienten, die folgendes umfaßt: ein Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Respirationssignals mit Amplitudenmodulationen, die sowohl die Respiration eines Patienten als auch Respirationsartefakte darstellen; und ein Verarbeitungsmittel (26), das an das Erzeugungsmittel angekoppelt ist und auf das Respirationssignal reagiert, um: 1) Wendepunkte in dem Respirationssignal zu erfassen; 2) zu bestimmen, ob die Steigung eines Teils des Respirationssignals, der jedem erfaßten Wendepunkt vorausgeht, oder eines Teils, der auf den Wendepunkt folgt, einen vorbestimmten Schwellwertpegel übersteigt; und 3) Atemanzeigeinformationen auf der Grundlage der Steigungsschwellwertbestimmung zu entwickeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Display (24), das auf das Respirationssignal reagiert und das Respirationssignal anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Display (24) einen ersten Teil zum Anzeigen des Respirationssignals und einen zweiten Anteil zum Anzeigen der durch das Verarbeitungsmittel entwickelten Ateminformationen enthält.
Verfahren zum Überwachen der Atmung eines Patienten, umfassend: Erzeugen eines Respirationssignals mit Amplitudenmodulationen, die sowohl die Respiration eines Patienten als auch Respirationsartefakte darstellen; und Erfassen von Wendepunkten in dem Respirationssignal; Bestimmen, ob die Steigung eines Teils des Respirationssignals, der jedem erfaßten Wendepunkt vorausgeht, oder eines Teils, der auf den Wendepunkt folgt, einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt; und Entwickeln von Atemanzeigeinformationen auf der Basis der Steigungsschwellwertbestimmung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei dem Bestimmungsschritt die Steigung sowohl des vorausgegangenen als auch des nachfolgenden Teils des Respirationssignals bestimmt wird und eine Atemanzeige nur für diejenigen Wendepunkte geliefert wird, bei denen die Steigungen den vorbestimmten Schwellwert nicht übersteigen.