EP1450682A1 - Einrichtung zur ermittlung von schlafprofilen - Google Patents

Einrichtung zur ermittlung von schlafprofilen

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EP1450682A1
EP1450682A1 EP02787358A EP02787358A EP1450682A1 EP 1450682 A1 EP1450682 A1 EP 1450682A1 EP 02787358 A EP02787358 A EP 02787358A EP 02787358 A EP02787358 A EP 02787358A EP 1450682 A1 EP1450682 A1 EP 1450682A1
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EP
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signal
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electrode
recording unit
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Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen beschrieben. Die Einrichtung besitzt eine Elektrodeneinheit, eine Signalaufzeichnungseinheit und eine von der Signalaufzeichnungseinheit getrennte Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit. Die von der Elektrodeneinheit gewonnenen Signale werden in der Signalaufzeichnungseinheit auf einer herausnehmbaren und austauschbaren Speichereinheit gespeichert. Die Speichereinheit wird der getrennten Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit zugeführt und dort in diese eingelesen. Bei einer Veränderung der Signalverarbeitungs/Auswertemodalitäten ist bei dieser Einrichtung keine hardwaremässige Veränderung erforderlich, sondern es braucht lediglich die Software der Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit verändert zu werden.

Description

Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Er- mittlung von Schlafprofilen.
Eine derartige Einrichtung ist aus der WO 98/22019 bekannt. Die bekannte Einrichtung besitzt eine Elektrodeneinheit in der Form eines auf der Basis eines einzigen frontalen EEG - Kanals arbeitenden Elektrodenbandes mit Vorverstärker (aktive Elektrode) , die im Stirnbereich symmetrisch zur Nasenwurzel plaziert wird. Die Elektrodeneinheit ist mit einer autonom arbeitenden mikroprozessorgesteuerten Meßwertaufnahme- und Analyseeinheit verbunden. In dieser Einheit wird das EEG - Signal merkmalsbezogen komprimiert, gespeichert und nach dieser Vorverarbeitung auf einen Rechner übertragen, wobei im Rechner durch eine Population neuronaler Netze die Klassifikation gemäß den SchlafStadien durchgeführt wird. Bei der bekannten Einrichtung findet somit eine Vorverarbeitung der gewonnenen Daten in der Meßwertaufnahme- und Analyseeinheit statt, bevor die Daten der eigentlichen Signalverarbeitung/Signalauswerteeinheit in Form eines PC zu- geführt werden. Diese Gerätekonstellation hat den Nachteil, dass bei einer gewünschten Veränderung der Signalverarbei- tungs/Auswertemodalitäten eine umfangreiche hardwaremäßige Änderung am Gerät erforderlich ist, nämlich die Meßwertaufnahme- und Analyseeinheit verändert oder ausgetauscht wer- den muß. Darüber hinaus bleibt bei der bekannten Einrichtung das eigentliche Rohsignal nicht erhalten, sondern wird sofort in der Meßwertaufnahme- und Analyseeinheit vorverarbeitet, so dass zu einem späteren Zeitpunkt nicht auf das Rohsignal zurückgegriffen werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen zu schaffen, die vielseitig einsetzbar ist und mit der eine Veränderung der Signal- verarbeitungs/Auswertemodalitäten auf einfache Weise mög- lieh ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen mit
einer Elektrodeneinheit;
einer Signalaufzeichnungseinheit;
einer aus der Signalaufzeichnungseinheit herausnehmbaren austauschbaren Speichereinheit; und einer von der Signalaufzeichnungseinheit getrennten Signal- verarbeitungs/Signalauswerteeinheit, in die die Speichereinheit einlesbar ist,
gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind somit die Signalaufzeichnungseinheit und die Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit getrennt voneinander angeordnet. Bei einer ge- wünschten Veränderung der Signalverarbeitungs/ Auswertemodalitäten muß daher lediglich eine Veränderung in der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit vorgenommen werden, beispielsweise lediglich eine Veränderung der erforderlichen Software, während die Signalaufzeichnungseinheit hiervon unberührt bleibt, d.h. das Rohsignal erhalten bleibt. Dieses Rohsignal wird auf der austauschbaren Speichereinheit aufgezeichnet, die aus der Signalaufzeichnungseinheit herausgenommen und aus der das aufgezeichnete Rohsignal in die Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit eingelesen wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich sowohl für Schlaflabors als auch für den Hausgebrauch. Die Einrichtung kann in einfacher Weise gehandhabt werden. Beispielsweise wird nach der erfolgten Signalaufzeichnung die Speichereinheit aus der Signalaufzeichnungseinheit herausgenommen und dem medizinischen Personal eines Schlaflabors etc. übergeben, das dann mit Hilfe der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit den eigentlichen Signalauswertevorgang durch- führt und die Schlafprofile ermittelt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung ermöglicht somit einen direkten Zugriff auf die Rohdaten, so dass verschiedene Analyse- und Klassifikationsalgorithmen der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit mit diesen Daten arbeiten können. Die Rohdaten können auch direkt durch das medizinische Fachpersonal gesichtet werden.
Der Einsatz neuer, erweiterter und verbesserter Algorithmen (Auswertemodalitäten) ist jederzeit möglich, da hierzu le- diglich die Software, welche auf der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit, beispielsweise einem PC, installiert ist, ausgetauscht werden muß und keine Hardwareveränderung erforderlich ist. Diese neue Software kann auch für schon vorhandene Aufzeichnungen angewandt werden, da die Rohdaten gespeichert wurden. Auf diese Weise wird ein hohes Maß an Flexibilität und Servicefreundlichkeit der Einrichtung erreicht.
Die Signalaufzeichungseinheit kann zur Aufzeichnung ver- schiedenster Signale (EEG, EKG, EMG, EOG, SauerstoffSättigung, Flow etc.) angewandt werden, ohne das eine Änderung der Hardware nötig ist. Es kann lediglich erforderlich sein, eine andere Elektrodeneinheit zu benutzen.
Da die Daten in der Signalaufzeichnungseinheit auf eine austauschbare Speichereinheit (austauschbares Speichermedium) abgelegt werden, wird eine einfache und schnelle Datenübertragung zwischen Signalaufzeichnungseinheit und Signal- verarbeitungs/Signalauswerteeinheit (PC) ermöglicht. Wei- terhin ermöglicht diese Austauschbarkeit eine Erhöhung der Datenaufzeichnungszeit ohne Datenübertragung an die Signal- verarbeitungs/Signalauswerteeinheit durch den Einsatz mehrerer Speichereinheiten (Speichermedien) . So ist es beispielsweise möglich, einem Patienten mehrere Speichereinheiten (Speichermedien) zur Verfügung zu stellen, so dass eine Datenerfassung über mehrere Tage erfolgen kann, ohne dass ein Erscheinen in Klinik oder Praxis nötig ist. Es ist weiterhin möglich, nur die Speichereinheiten (Speichermedien) zwischen Praxis oder Klinik und Patient zu tauschen, wodurch eine kontinuierliche Aufzeichnung der Daten über einen sehr langen Zeitraum möglich ist.
Die Anwendung der Signalaufzeichnungseinheit ist sehr einfach und im wesentlichen bedienungsfrei. Es ist lediglich ein Verbinden der Einheit mit der Elektrodeneinheit erfor- derlich, falls dies nicht schon in der Praxis oder Klinik erfolgt ist. Nur bei mehrtägigen Aufzeichnungen ist ein regelmäßiger Wechsel der Stromversorgung (Akkus) und bei entsprechend hoher Abtastrate ein Wechsel der Speichereinheit erforderlich, was sehr einfache Vorgänge sind.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet somit folgende Vorteile: Flexible, austauschbare Auswerte- und Analysealgorithmen, problemloses Upgrade der Software, flexibler Einsatz der Signalaufzeichnungseinheit für ver- schiedene Signale,
Aufzeichnung und Speicherung der Rohdaten, schnelle und einfache Datenübertragung zwischen Signalaufzeichnungseinheit und Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit, autonom arbeitende Signalaufzeichnungseinheit, ambulante Anwendung, einfache Anwendung, große AufZeichnungskapazität,
Möglichkeit von mehrtägigen Aufzeichnungen.
Die eigentliche Auswertung kann in der Signalverarbeitung/Signalauswerteeinheit auf verschiedenartige Weise erfolgen, insbesondere in bekannter Weise auf der Basis neuronaler Netze oder einer Clusteranlayse . Diesbezüglich wird auf die in der vorstehend genannten WO 98/22019 beschriebe- nen Auswerteverfahren verwiesen. Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet die Möglichkeit, bei der Entwicklung neuer Auswerteverfahren von bekannten Verfahren auf diese neuen Verfahren überzugehen, ohne umfangreiche hardwaremäßige Änderungen an der Einrichtung vornehmen zu müssen. In diesen Fällen ist im wesentlichen lediglich die für die Signalverarbeitung/Signalauswerteeinheit (PC) bestimmte Software zu ändern.
Die Speichereinheit (das Speichermedium) ist vorzugsweise eine Multimediakarte. Diese hat den Vorteil einer besonders einfachen Handhabbarkeit. Die Signalaufzeichnungseinheit ist so ausgebildet, dass die Multimediakarte zur Signal- speicherung in einfacher Weise in diese eingesteckt werden kann. Eine Übertragung der auf der Multimediakarte gespei- cherten Daten auf die Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit ist durch Herausnehmen der Multimediakarte aus der Signalaufzeichnungseinheit und Einstecken derselben in die Signalverarbeitung/ Signalauswerteeinheit möglich. Generell besitzt die Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit ein Lesegerät, eine Schnittstelle oder ein Laufwerk zum .Einlesen der Speichereinheit.
Die Signalaufzeichnungseinheit ist vorzugsweise besonders einfach ausgebildet und besitzt eine Filterstufe, eine A/D- Wandlerstufe, einen Mikrocontoroller und eine Stromversorgung. Mit dieser Einheit findet daher lediglich eine Filterung und A/D-Wandlung des von der Elektrodeneinheit zuge- führten Signals statt, d.h. das gefilterte und A/D- gewandelte Rohsignal wird auf der Speichereinheit gespeichert. Ein Verstärker kann wahlweise vorhanden sein. Die Stromversorgung wird vorzugsweise von Akkumulatoren gebildet, damit die Einheit unabhängig vom Netz operieren kann.
Um die Signalaufzeichnungseinheit möglichst einfach auszubilden, weist diese vorzugsweise allenfalls eine Event- Taste als Zugriffsmöglichkeit für den Benutzer auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Benutzer die Einrich- tung nicht manipulieren kann und nur Zugriffsmöglichkeiten für Fachpersonal bestehen.
Was die Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit anbetrifft, so handelt es sich hierbei vorzugsweise um einen herkömmlichen PC, der die entsprechende Software zur Erstellung der Schlafprofile aufweist. Die Signalverarbeitung/Auswertung wird beispielsweise nach folgendem Schema durchgeführt : Artefakt-Erkennung, Merkmalsextraktion, Vorverarbeitung, Klassifikation.
Bei einer speziellen Ausführungsform sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass die Signalaufzeichnungseinheit über die Speichereinheit von der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit aus vorprogrammierbar ist. Auf diese Weise kann die Funktionsweise der Elektrodeneinheit (aktiven Elektrode) durch Fachpersonal gesteuert (programmiert) werden. Der eigentliche Datenerfassungs/Meßvorgang läuft dann auf automatische Weise ab, so dass der Patient nicht in den Ablauf eingreifen muß. Wichtig ist hierbei, dass auf diese Weise Umprogrammierungen von entsprechenden Parametern vorgenommen werden können. So können beispielsweise die Abtastrate, die Start/Endzeit, Patientendaten, die Art der Aufzeichnung (EEG, EKG etc.), die Uhrzeit, die Software des MikroControllers (Änderung, Update etc.) der Signalaufzeichnungseinheit eingegeben oder verändert werden.
Was die Elektrodeneinheit der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung anbetrifft, so können beliebige Elektrodensysteme Verwendung finden. Beispielsweise können die Elektroden auf einem Elektrodenträger angeordnet sein, oder es können sogenannte direkte Elektroden Verwendung finden. In den Elektrodenträger kann ein Vorverstärker integriert sein. Ein solcher kann bei Direktelektroden im Elektrodenkabel integriert sein. Als Minimum sieht die Erfindung eine einkanalige Aufzeichnung mit drei Elektroden und mittig angeordneter Referenzelektrode vor. Als Applizierbereich der Elektroden wird der Zentralbereich des menschlichen Kopfes bevorzugt; auch der Stirnbereich ist möglich. Eine bevorzugte Lösung ist ein Elektrodenband mit drei bis sechs Elektroden. In dieses Stirnband sind Druckknöpfe für den Kontakt mit den Einwegklebeelektroden und gegebenenfalls ein Vorverstärker integriert. Hierbei sind drei Elek- troden im Stirnbereich vorgesehen, während die zusätzlichen drei Elektroden im Ohrbereich und im Bereich zwischen Ohr und Auge vorgesehen sein können. Die entsprechenden Elektroden können beliebig miteinander kombiniert werden.
Eine weitere Lösung sieht die Anordnung von Vorschaltkäst- chen in Verbindung mit drei bis acht Einzelelektroden vor. Im Vorschaltkästchen können bei Bedarf ein Vorverstärker, eine Adapterschaltung für einen Flowsensor oder eine Adapterschaltung für ein Pulsoximeter angeordnet sein. Die Druckknöpfe für den Kontakt mit den Einwegklebeelektroden befinden sich an vorkonfektionierten Kabeln.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kabel vorzusehen, die sich an einer Seite in Einzel-Drähte aufsplitten, an deren Ende sich die Druckknöpfe für den Kontakt mit den
Einwegklebeelektroden befinden. Ein Vorverstärker wird gegebenenfalls in das Kabel integriert.
Es können auch Elektrodenpositionen aus dem Zehn-Zwanzig- System benutzt werden.
Weiterhin ist eine Messung des EMG' s (Elektromyogramms) an den Beinen mit Hilfe einer bipolaren oder unipolaren Ableitung möglich. Hierbei werden die Elektroden auf den Muskel- bauch geklebt. Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbei- spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Blockdarstellung des Auf baus einer Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Elektrodenanordnung der in Figur 1 dargestellten Einrichtung; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm der Signalverarbeitung/
Auswertung der Einrichtung der Figur 1.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Einrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen in der Form eines Blockdiagramms. Die Einrichtung setzt sich aus vier Einheiten zusammen, nämlich einer Elektrodeneinheit 1, einer Signalaufzeichnungseinheit 4, einer austauschbaren Speicherein- heit 13 und einer Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit 15. Bei dieser Ausführungsform ist die austauschbare Speichereinheit 13 als Multimediakarte und die Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit 15 als Personalcomputer ausgebildet. Ferner weist die Einrichtung ein Lesegerät 14 auf, mittels dem die gespeicherten Daten auf der Speichereinheit 13 in die Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit 15 einlesbar sind.
Die schematisch dargestellte Elektrodeneinheit (aktive Elektrode) 1 besitzt bei dieser Ausführungsform 3 Elektro- den 2, die im Stirnbereich eines Patienten anbringbar sind, sowie einen Verstärker 3. Der Verstärker 3 kann beispielsweise in den Elektrodenträger, wenn ein solcher vorgesehen ist, oder in die Elektrodenkabel integriert sein. Er kann auch als Vorverstärker ausgebildet sein.
Die verstärkten Signale der Elektrodeneinheit 1 gelangen über ein geeignetes elektrisches Kabel zur Aufzeichnungs- einheit 4, die einen MikroController 7 zum Ansteuern der jeweiligen Stufen der AufZeichnungseinheit besitzt. Das verstärkte Signal von der Elektrodeneinheit 1 gelangt als erstes an eine Filterstufe 5 (Tiefpassfilter) und wird dort gefiltert. Es gelangt dann zu einer ADU-Stufe 6 (Kombination aus A/D-Wandler und Tiefpassfilter) und wird dort erneut gefiltert und A/D-gewandelt. Es wird dann als digitales Signal dem MikroController 7 zugeführt. Vom MikroController 7 gelangt es zur Speichereinheit 13 (Multimediakarte) und wird dort gespeichert. Der Patient hat die Möglichkeit über eine Event-Taste 8 den MikroController 7 anzusteuern. Die Stromversorgung des MikroControllers 7 bewirkt eine Akkupackung 9 mit nachgeschalteter Spannungsüberwachung 10. Ferner besitzt die Signalaufzeichnungseinheit 4 einen Pie- zosignalgeber 11 und eine RTC-Stufe 12 (Uhrzeit) , die dem MikroController 7 zugeordnet sind.
Die das gespeicherte Signal enthaltende Speichereinheit 13 (Multimediakarte) ist aus der Signalaufzeichnungseinheit 4 herausnehmbar und in ein Lesegerät 14 einsteckbar, mit dem die gespeicherten Daten in die Signalverarbeitungs/ Signal- auswerteeinheit 15, bei der es sich um einen handelsüblichen Personalcomputer handelt, einlesbar sind. Mit der Ein- heit 15 wird die Signalverarbeitung und Signalauswertung zum Erhalt der gewünschten Schlafprofile durchgeführt.
Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Elektrodeneinheit. Diese besitzt ein Stirnband 17, in das die drei Elektroden 2 integriert sind. Vom Stirnband 17 führt ein elektrisches Kabel 16 zur Signalaufzeichnungseinheit 4. Der in Figur 1 gezeigte Verstärker 3 kann in das Stirnband 17 oder das Kabel 16 integriert sein.
Schließlich zeigt Figur 3 ein Ablaufdiagramm für die Signalverarbeitung/Signalauswertung. Das in einer ersten Stufe verstärkte und in einer zweiten Stufe gefilterte Signal wird in der ADU-Stufe A/D-gewandelt und als digitales Si- gnal auf der Speichereinheit gespeichert. Es wird dann auf die eigentliche Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit 15 übertragen, die mit der geeigneten Software eine Merkmalsberechnung, Normierung, KNN-Bearbeitung und Plausibili- tätsprüfung/Nachbearbeitung durchführt. Es wird ein ent- sprechendes Klassifikationsergebnis geliefert. Es versteht sich, dass die Signalverarbeitungs/Signalauswerteeinheit 15 mit einer geeigneten Anzeigeeinheit versehen sein kann, um eine optische Darstellung der ermittelten Schlafprofile zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ermittlung von Schlafprofilen mit
einer Elektrodeneinheit (1);
einer Signalaufzeichnungseinheit (4) ;
einer aus der SignalaufZeichnungseinheit (4) her- ausnehmbaren austauschbaren Speichereinheit (13) ; und
einer von der Signalaufzeichnungseinheit (4) getrennten Signalverarbeitungs/ Signalauswerteein- heit (15), in die die Speichereinheit (13) einlesbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (13) eine Multi e- diakarte ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufzeichnungseinheit (4) eine Filterstufe (5), eine A/D-Wandlerstufe (6), einen Mikrocontroller (7) und eine Stromversorgung (9) aufweist.
4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufzeichnungseinheit (4) eine Event-Taste (8) besitzt.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverar- beitungs/Signalauswerteeinheit (15) ein Personalcomputer ist.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (1) mindestens drei Elektroden (2) aufweist .
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (1) einen Elektrodenträger (17) besitzt.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorverstärker (3) in die Elektrodeneinheit (1) integriert ist.
9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverar- beitungs/Signalauswerteeinheit (15) ein Lesegerät (14), eine Schnittstelle oder ein Laufwerk zum Einlesen der Speichereinheit (13) aufweist.
10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufzeichnungseinheit (4) über die Speichereinheit (13) von der Signalverarbeitungs/ Signalauswerteeinheit (15) aus steuerbar bzw. vorprogrammierbar ist.
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