EP3773189A1 - Bereitstellung eines parameters, der auf einen bewusstseinsverlust eines patienten unter narkose hinweist - Google Patents

Bereitstellung eines parameters, der auf einen bewusstseinsverlust eines patienten unter narkose hinweist

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EP3773189A1
EP3773189A1 EP19721581.7A EP19721581A EP3773189A1 EP 3773189 A1 EP3773189 A1 EP 3773189A1 EP 19721581 A EP19721581 A EP 19721581A EP 3773189 A1 EP3773189 A1 EP 3773189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spectral
frequency
cutoff frequency
eeg signal
absolute minimum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19721581.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Susanne Koch
Claudia SPIES
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Covidien LP
Original Assignee
Covidien LP
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Filing date
Publication date
Application filed by Covidien LP filed Critical Covidien LP
Publication of EP3773189A1 publication Critical patent/EP3773189A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4821—Determining level or depth of anaesthesia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
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    • A61B5/372—Analysis of electroencephalograms
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    • A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/384—Recording apparatus or displays specially adapted therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/30—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for providing a parameter indicative of a loss of consciousness of a patient under anesthesia.
  • EEG electroencephalogram
  • anesthesia for an anesthetist, it is advantageous in his daily work to be able to pinpoint the onset of loss of consciousness in the case of anesthesia (LOC), since (1) a too early intubation with subsequent pain perception of the patient can be avoided and (2) too late intubation due to the deep anesthetic stage with loss of protective reflexes the danger of complications such as aspiration can be avoided.
  • LOC anesthesia
  • the above-mentioned EEG index shows a decrease in the time of loss of consciousness (LOC). However, this is the exact time of loss of consciousness can not be determined.
  • the invention provides a method of providing a parameter indicative of a patient's loss of consciousness under anesthesia.
  • at least one EEG signal is detected at the head of the patient.
  • the spectral cutoff frequency in a current time window of the EEG signal is continuously determined.
  • the spectral cutoff frequency is defined as indicating the frequency for which it includes 95% of the total power in the power spectrum.
  • the amplitude square is plotted against the frequency. It reflects the respective proportion of the individual frequency ranges in the total power component of the raw signal.
  • the spectral cutoff frequency is therefore the frequency below which a certain proportion of the energy of the total spectrum lies. According to the invention, a proportion of 95% is considered.
  • the considered time window looks at the EEG signal in a time period that goes back a defined period of time from the current time, for example the EEG signal of the last minute or the last 30 seconds or the last 20 seconds. In this respect, it is a time window wandering with time.
  • the spectral cutoff frequency is determined via a spectral analysis. In particular, a discrete Fourier transformation is carried out, for example a fast Fourier transformation (FFT - "Fast Fourier Transformation").
  • FFT fast Fourier transformation
  • the course of the spectral cut-off frequency of the EEG signal is determined in a period which begins before application of the anesthetic and the onset of anesthesia-induced unconsciousness of the patient and ends after the onset of anesthesia-induced loss of consciousness.
  • the absolute minimum of the spectral cut-off frequency is determined in the considered time period, with a negative peak of the spectral cut-off frequency in the absolute minimum, and information on when the absolute minimum has been reached, provided as a parameter for the indication of a patient's loss of consciousness or issued.
  • the mentioned period is not necessarily predefined in its length. For example, it may be provided that the period ends as soon as the existence of an absolute minimum has been determined.
  • the invention is based on the surprising and verified by a study finding that the time LOC of the loss of consciousness is accompanied by a brief drop in the spectral cutoff frequency. It has been recognized that the spectral cutoff decreases momentarily at the moment of loss of consciousness, with a subsequent reentry. In this case, a significant negative peak of the spectral cutoff frequency is formed, which is evaluated and its absolute minimum is determined. The values of the spectral cut-off frequency drop off before the absolute minimum and rise again behind the absolute minimum. This allows the absolute minimum to be determined unambiguously.
  • the short-term drop in the spectral cut-off frequency at the time of loss of consciousness and its reentry is typically over a period of approximately 1 to 3 minutes, more particularly over a period of approximately 2 minutes.
  • a parameter By determining the timing of the negative peak, i. H. of the absolute minimum of the spectral cut-off frequency in the considered time period, a parameter can thus be provided which indicates, indi- cally, a loss of consciousness of the patient during the anesthesia and can be taken into account by the anaesthesiologist, possibly together with further parameters. This allows for improved anesthesia management.
  • the absolute minimum is determined and the time of its presence is communicated as a parameter. Local minima may also occur, especially during the fall of the signal, however have significantly higher minimum values than the absolute minimum indicating the negative peak of the spectral cutoff frequency.
  • the negative peak which contains the absolute minimum, is formed significantly stronger in terms of both its width and its depth than any local minima and therefore easily detectable.
  • a frontal EEG signal is preferably recorded, that is to say a frontal discharge, wherein the EEG signal is measured at at least two electrodes which are arranged at different locations on the forehead of the patient. It can be provided that several frontal EEG signals are recorded, which are averaged before a determination of the spectral cutoff frequency. For example, in the typical 10-20 system, signals are derived from electrodes positioned at positions F7, F8, Fp1, Fp2, and Fpz.
  • It can be a bipolar derivative (difference between two active electrodes) or a unipolar derivative (difference of several active electrodes against a common reference).
  • An embodiment of the invention provides that the spectral cutoff frequency is continuously determined such that it is redetermined at least every 30 seconds, in particular at least every 10 seconds, in particular at least every 2 seconds. It is obvious that the more frequently the spectral cutoff frequency is determined, the more accurate the time of the minimum of the spectral cutoff frequency can be determined.
  • a further embodiment of the invention provides that the information as to when the absolute minimum has been reached is provided as soon as it has been determined. Once the presence of an absolute minimum can be determined safely, the time at which the absolute minimum has been reached is output as a parameter. Since this information is important to the anesthesiologist as an indication of the loss of consciousness, the information will be provided as soon as possible.
  • An alternative evaluation method provides that the information about the time at which the minimum has been reached is provided if, for a defined number of measured values, the measured value of the spectral cutoff frequency is higher than the previous measured value.
  • the number of measured values which is determined as an indication that the spectral cutoff frequency increases again and thus the absolute minimum has been reached, naturally depends on how often the spectral cutoff frequency is determined.
  • a further embodiment provides that the spectral cutoff frequency at the EEG signal is determined after it has been filtered by a bandpass filter.
  • the bandpass filter is designed, for example, such that it only passes signals in the frequency range from 0.5 to 40 Hz.
  • an embodiment of the invention provides that the spectral cut-off frequency is determined by means of a spectral analysis, wherein in each case a running time window of the EEG signal is evaluated.
  • the spectral analysis is done for example by an FFT algorithm.
  • FFT algorithm a discrete cosine transformation
  • discrete wavelet transformation a discrete wavelet transformation
  • signal decomposition via a bandpass filter bank a discrete wavelet transformation
  • the method according to the invention is automated, in particular carried out by a computer program.
  • the computer program contains program code for carrying out the method according to claim 1, when the computer program is executed on a computer.
  • the invention relates to a device for providing a parameter indicative of a loss of consciousness of a patient under anesthesia.
  • the device comprises:
  • Means adapted to detect at least one EEG signal at the patient's head Means adapted to continuously determine the spectral cutoff frequency in a current time window of the EEG signal, the spectral cutoff frequency indicating the frequency for which it includes 95% of the total power in the power spectrum,
  • Means adapted to determine the course of the spectral cut-off frequency of the EEG signal in a period beginning before the administration of an anesthetic drug and ending after the onset of anesthesia-induced unconsciousness
  • Means adapted to determine the absolute minimum of the spectral cut-off frequency in the time period, wherein in the absolute minimum there is a negative peak of the spectral cut-off frequency
  • Means adapted to provide information as to when the absolute minimum has been reached as a parameter for indicative indication of loss of consciousness of the patient.
  • Said means may be implemented by a microprocessor in conjunction with program code executed by the microprocessor.
  • the invention relates to an EEG narcosis monitor having a device according to claim 12.
  • the device according to the invention is thus integrated into an EEG narcosis monitor, wherein it is provided and designed to analyze and display EEG data in real time.
  • FIG. 1 shows exemplary EEG signals in the awake state and after anesthesia-induced unconsciousness, both as a time-dependent signal and in the power spectrum;
  • Figure 2 shows an example of the time course of the spectral cutoff frequency in one
  • FIG. 3 is a flowchart of the method according to the invention.
  • FIG. 4 shows by way of example a device for carrying out the method of FIG. 3;
  • FIG. 1 Positioning points for EEG electrodes according to the 10-20 system.
  • FIG. 1 shows an EEG signal for explaining the background of the invention in the upper illustration ("output signal"), as occurs in a patient in the awake state.
  • the signal is shown both as a time signal (left) and after a spectral analysis as a power spectrum (right).
  • the power (the amplitude square) in db is plotted against the frequency in Hz.
  • the power spectrum reflects the respective proportion of the individual frequency ranges in the total power component of the raw signal.
  • SEF spectral corner frequency
  • This is defined as the frequency below which a share of 95% of the energy of the total spectrum lies.
  • the median frequency F50 is also shown, but in this case it does not matter.
  • the lower representation (“anesthesia”) of Figure 1 shows an EEG signal under anesthesia. It can be seen that the spectral cut-off frequency SEF is shifted to the left compared with the value in the patient being awake.
  • the spectral cut-off frequency thus provides information about how awake a patient is. Since higher frequencies are contained in the EEG signal during wakefulness, high values of the spectral neck frequency result. In sleep state or under anesthesia slow frequencies dominate in the EEG, so that lower values of the spectral cutoff frequency are present.
  • the EEG electrodes were placed on the patient who was still awake before the anesthesiologist administered the first drugs. For this purpose, the forehead and temples were thoroughly disinfected and freed from skin fats. This measure improved the conductivity of the skin and therefore ensured a more trouble-free derivation of the EEG signals.
  • the prefabricated EEG adhesive electrodes made by Masimo 4248RD SEDLine Sensor, Single Patient Use, Non-Sterile) were then placed on the prepared skin areas on the forehead, with the EEG electrodes in each case at the positions F7, F8, FP1 and FP2 corresponding to the 10 / 20 system systems, with Fpz as reference electrode. The corresponding positions are shown in FIG.
  • the impedance of the individual electrodes was less than 5 kQ during the derivation, the sampling rate was 250 Hz.
  • a bandpass filter is preset to 0.5 - 40 Hz.
  • EEG-based brain function monitor the "SEDLine Monitor” from Masimo Corporation, Irvine, California
  • the derivation and recording of a continuous 4-channel EEG was started.
  • the Patients were still awake at this point, so the initial baseline values were in line with baseline activity.
  • Event Markers were entered manually during the EEG recording in the EEG.
  • the anesthetist In the course of the drug administration was initiated by the anesthetist. This time was noted as an event marker "Start anesthesia”. All patients received the drug propofol intravenously for anesthesia induction.
  • SEDLine Monitor The following data were recorded by the SEDLine Monitor: the spectral cut-off frequency (SEF), the anesthesia index (PSI), the artifact level and the electromyographic activity.
  • SEF spectral cut-off frequency
  • PSI anesthesia index
  • electromyographic activity The following data were recorded by the SEDLine Monitor: the spectral cut-off frequency (SEF), the anesthesia index (PSI), the artifact level and the electromyographic activity.
  • the power spectrum for determining the spectral cutoff frequency was thus determined in time windows of the EEG signal of 20 seconds, with an update every 2 seconds.
  • the calculation was carried out by means of digital, computer-assisted EEG signal processing.
  • the basis for this is the spectral analysis of the RohEEG by means of Fast Fourier Transformation, by means of which power components can be calculated for the currently analyzed time window.
  • FIG. 2 shows the mean values of the spectral cutoff frequency ("SEK") determined in the study as a function of time.
  • SEK spectral cutoff frequency
  • the mean of the spectral cut-off frequency in Hz is shown over the time of the loss of consciousness in the period of 200 seconds before the loss of consciousness until 280 seconds after the loss of consciousness.
  • Loss of Consciousness (LOC) is characterized as "00" on the timeline.
  • LOC Loss of Consciousness
  • the correlations determined are evaluated electronically or computer-based and used to determine the course of the spectral cut-off frequency of the EEG signal and in this the absolute minimum of the spectral cut-off frequency as a parameter for the occurrence of anesthesia-induced unconsciousness.
  • the associated program can be integrated as a software tool into an EEG-based brain function monitor or electroencephalograph.
  • FIG. 3 shows the method for determining a parameter which indicates a loss of consciousness of a patient under anesthesia.
  • step 301 at least one frontal EEG signal is detected on a patient.
  • EEG signals are recorded via electrodes at positions F7, F8, FP1 and FP2 according to the 10/20 system, with Fpz as the reference electrode and averaged over these signals.
  • the spectral cutoff frequency is continuously determined in a current time window of the EEG signal.
  • the determination is carried out continuously, for example, in the sense that the spectral frequency is currently determined every 2 seconds or every 5 seconds.
  • the current time window has, for example, a length of 20 seconds, the values mentioned being to be understood as examples only.
  • step 303 the course of the spectral cut-off frequency of the EEG signal is evaluated. This occurs in a period of time that begins before the administration of an anesthetic drug (eg, propofol) and ends after the onset of anesthesia-induced unconsciousness. The period may be fixed or not fixed with regard to its duration. In the second case, the period ends, for example, as soon as the minimum of the spectral cutoff frequency could be determined.
  • step 304 the absolute minimum of the spectral cutoff frequency in the considered period is determined. It can be done, for example, by evaluating whether the spectral cutoff frequency has fallen below a value of 10 hertz, in particular below a value of 9 hertz, and is rising again.
  • the measured value of the spectral cutoff frequency is higher than the preceding measured value.
  • a negative peak of the spectral cutoff frequency is evaluated, the absolute minimum of the spectral cutoff frequency lying in the negative peak of the negative peak. Further methods of data analysis and curve discussion can be used to determine the absolute minimum of the spectral cutoff frequency with the greatest possible accuracy.
  • this information is provided as a parameter for indicating indefinitely a patient's loss of consciousness, such as acoustically and / or on the display of an EEG monitor.
  • a physician or anesthetist can use this information to adapt an intubation to be made precisely to the individual state of consciousness of the patient and thus to perform the intubation neither too early nor too late. This leads to a higher safety for patients during the induction of anesthesia.
  • an EEG-based brain function monitor or, in general, a computer can be used.
  • the method steps for determining and evaluating the spectral cutoff frequency and for determining the absolute minimum of the spectral cutoff frequency are carried out by a program code which is executed in a processor.
  • the program code is stored in a memory of the processor or is loaded into it before execution.
  • the processor executing the program code may be the main processor of the EEG monitor or a separate processor.
  • FIG. 4 shows an example of a possible implementation of such an EEG-based brain function monitor 1.
  • the EEG monitor 1 comprises a microprocessor 2, a memory 3, a control device 4, an output unit 5 and an interface 7 for connecting EEG cables. Via the interface 7, EEG cables with EEG electrodes 61, 62 can be connected to the EEG monitor 1.
  • EEG cables are shown which receive an EEG signal, whereby further EEG cables may be provided for receiving a multi-channel EEG signal.
  • the EEG signal is supplied to the microprocessor 2.
  • the program code is stored in the memory 3 or a program code can be loaded into the memory 3 which, when executed in the microprocessor 2, carries out the method explained with reference to FIG.
  • the sequence can be controlled via the control device 4 and this can be set up to receive corresponding input commands.
  • the control device 4 may be a main processor of the EEG monitor 1 or contain such.
  • the functionality of the microprocessor 2 can be taken over by the control unit 4. In this case, further functionalities of the EEG monitor 1 can be realized via the control device 4 and / or other modules, not shown.
  • the microprocessor 2 determines when executing the loaded program code, the absolute minimum of the spectral cutoff frequency and the time at which this absolute minimum is present.
  • the corresponding information is transmitted to the output unit 5 and outputted thereto. This can be done for example via a monitor 51 and / or an acoustic unit 52.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen (301) mindestens eines EEG-Signals am Kopf des Patienten; fortlaufendes Bestimmen (302) der spektralen Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals; Bestimmen (303) des Verlaufs der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals in einem Zeitraum, der vor der Gabe eines narkoseinduzierenden Medikaments beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet; Bestimmen (304) des absoluten Minimums der spektralen Eckfrequenz in dem Zeitraum, wobei im absoluten Minimum ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz vorliegt, und Bereitstellen (305) einer Information, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlusts des Patienten.

Description

BEREITSTELLUNG EINES PARAMETERS, DER AUF EINEN BEWUSSTSEINSVERLUST EINES PATIENTEN UNTER NARKOSE HINWEIST
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist.
Die Ableitung der Hirnaktivität mittels Oberflächenelektroden als Elektroenzephalogramm (EEG) ist seit den 30er Jahren des 21. Jahrhunderts bekannt. Die regelmäßige Überwachung der Narkosetiefe mittels frontaler EEG Ableitung ist seit den 90er Jahren des 21 . Jahrhunderts bekannt, wobei die EEG Datenanalyse sich auf die Berechnung eines Index beschränkt, der mittels eines hinterlegten Algorithmus berechnet wird und dem Anästhesisten eine einfache Einschätzung der Narkosetiefe liefern soll, siehe Sebel PS, Lang E, Rampil IJ, White PF, Cork R, Joplin M, Smith NT, Glass PSA, Manberg P: „A Multicenter Study of Bispectral Electroencephalogram Analysis for Monitoring Anesthetic Effect“, Anesth Analg 1997; 84 (4): 891 - 899.
Für einen Anästhesisten ist es in seiner täglichen Arbeit von Vorteil, das Eintreten des Bewusstseinsverlusts bei der Narkose („loss of consciousness“ - LOC) punktgenau bestimmen zu können, da dadurch (1 ) eine zu frühe Intubation mit nachfolgender Schmerzwahrnehmung des Patienten vermieden werden kann und (2) eine zu späte Intubation, die durch das tiefe Narkosestadium mit Verlust der Schutzreflexe die Gefahr von Komplikationen wie einer Aspiration in sich birgt, vermieden werden kann. Der oben genannte EEG Index zeigt über den Zeitpunkt des Bewusstseinsverlusts (LOC) einen Abfall. Damit ist der genaue Zeitpunkt des Bewusstseinsverlusts jedoch nicht zu bestimmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die automatisiert Informationen bereitstellen, die es einem Anästhesisten erlauben, bei einem Patienten die genaue Bestimmung des Eintretens des Bewusstseinsverlusts bei der Narkose genauer zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach stellt die Erfindung in einem ersten Erfindungsaspekt ein Verfahren zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist, zur Verfügung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein EEG-Signal am Kopf des Patienten erfasst. Weiter wird fortlaufend die spektrale Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals bestimmt. Die spektrale Eckfrequenz ist dabei dahingehend definiert, dass sie die Frequenz angibt, für die gilt, dass sie im Leistungsspektrum 95% der Gesamtleistung mit einschließt. Im Leistungsspektrum wird das Amplitudenquadrat gegen die Frequenz aufgetragen. Es gibt den jeweiligen Anteil der einzelnen Frequenzbereiche am Gesamtleistungsanteil des Rohsignals wieder. Die spektrale Eckfrequenz ist also diejenige Frequenz, unterhalb der ein bestimmter Anteil der Energie des Gesamtspektrums liegt. Gemäß der Erfindung wird dabei ein Anteil von 95% betrachtet.
Das betrachtete Zeitfenster betrachtet das EEG-Signal in einem Zeitraum, der von der aktuellen Zeit eine definierte Zeitspanne zurückreicht, beispielsweise das EEG-Signal der letzten Minute oder der letzten 30 Sekunden oder der letzten 20 Sekunden. Insofern handelt es sich um ein mit der Zeit wanderndes Zeitfenster. Die spektrale Eckfrequenz wird dabei über eine Spektralanalyse ermittelt. Insbesondere wird eine diskrete Fourier- Transformation vorgenommen, beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT -„Fast Fourier Transformation“). Das betrachtete Zeitfenster gibt dabei das Zeitfenster an, das der Spektralanalyse zugrunde gelegt wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird des Weiteren der Verlauf der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals in einem Zeitraum bestimmt, der vor Applikation des Narkosemittels und dem Eintreten einer narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit des Patienten beginnt und nach dem Eintreten des narkoseinduzierten Bewusstseinverlusts endet. Es wird das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz in dem betrachteten Zeitraum bestimmt, wobei im absoluten Minimum ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz vorliegt, und eine Information, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlusts des Patienten bereitgestellt bzw. ausgegeben.
Dabei wird darauf hingewiesen, dass der genannte Zeitraum in seiner Länge nicht notwendigerweise vordefiniert ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Zeitraum endet, sobald das Vorliegen eines absoluten Minimums bestimmt worden ist.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden und durch eine Studie abgesicherten Erkenntnis, dass der Zeitpunkt LOC des Bewusstseinsverlusts mit einem kurzzeitigen Abfall der spektralen Eckfrequenz einhergeht. Es wurde erkannt, dass die spektrale Eckfrequenz genau am Zeitpunkt des Bewusstseinsverlusts kurzzeitig abfällt, mit einem nachfolgenden Wiedereinstieg. Dabei ist ein signifikanter negativer Peak der spektrale Eckfrequenz ausgebildet, der ausgewertet und dessen absolutes Minimum bestimmt wird. Die Werte der spektralen Eckfrequenz fallen vor dem absoluten Minimum ab und steigen hinter dem absoluten Minimum wieder an. Hierdurch kann das absolute Minimum eindeutig bestimmt werden. Der kurzzeitige Abfall der spektralen Eckfrequenz am Zeitpunkt des Bewusstseinsverlusts und deren Wiedereinstieg erfolgt typischerweise über einen Zeitraum von näherungsweise 1 bis 3 Minuten, insbesondere über einen Zeitraum von näherungsweise 2 Minuten.
Durch Bestimmung des Zeitpunkts des negativen Peaks, d. h. des absoluten Minimums der spektralen Eckfrequenz in dem betrachteten Zeitraum kann somit ein Parameter bereitgestellt werden, der indiziell einen Bewusstseinsverlust des Patienten bei der Narkose anzeigt und durch den Anästhesisten gegebenenfalls zusammen mit weiteren Parametern berücksichtigt werden kann. Hierdurch wird ein verbessertes Anästhesie- Management ermöglicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass in dem betrachteten Zeitraum das absolute Minimum bestimmt und der Zeitpunkt dessen Vorliegens als Parameter mitgeteilt wird. Es können auch lokale Minima auftreten, insbesondere während des Abfalls des Signals, die jedoch signifikant höhere Minimalwerte aufweisen als das absolute Minimum, das den negativen Peak der spektrale Eckfrequenz angibt. Der negative Peak, der das absolute Minimum enthält, ist sowohl hinsichtlich seiner Breite als auch seiner Tiefe signifikant stärker ausgebildet als eventuelle lokale Minima und daher gut detektierbar.
Gemäß der Erfindung wird bevorzugt ein frontales EEG-Signal aufgenommen, also eine frontale Ableitung vorgenommen, wobei das EEG-Signal an mindestens zwei Elektroden gemessen wird, die an unterschiedlichen Orten an der Stirn des Patienten angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass mehrere frontale EEG-Signale aufgenommen werden, die vor einer Bestimmung der spektralen Eckfrequenz gemittelt werden. Im typischerweise eingesetzten 10-20-System ist beispielsweise vorgesehen, dass Signale von Elektroden abgeleitet werden, die an den Positionen F7, F8, Fp1 , Fp2 und Fpz positioniert sind.
Es kann eine bipolare Ableitung (Differenz zweier aktiver Elektroden) oder eine unipolare Ableitung (Differenz mehrerer aktiver Elektroden gegen eine gemeinsame Referenz) erfolgen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die spektrale Eckfrequenz dahingehend fortlaufend bestimmt wird, dass sie mindestens alle 30 Sekunden, insbesondere mindestens alle 10 Sekunden, insbesondere mindestens alle 2 Sekunden neu bestimmt wird. Dabei ist offensichtlich, dass, je häufiger die spektrale Eckfrequenz bestimmt wird, desto genauer der Zeitpunkt des Minimums der spektralen Eckfrequenz bestimmt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, sobald dieses bestimmt worden ist. Sobald das Vorliegen eines absoluten Minimums sicher bestimmt werden kann, wird der Zeitpunkt, zu dem das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter ausgegeben. Da diese Information für den Anästhesisten als Indiz für den Eintritt des Bewusstseinsverlusts wichtig ist, wird die Information so schnell wie möglich bereitgestellt.
Für die Analyse, ob ein absolutes Minimum der spektralen Eckfrequenz vorliegt, können an sich bekannte Verfahren der Daten- und Kurvenanalyse eingesetzt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, wenn die spektrale Eckfrequenz unter einen Wert von 10 Hertz, insbesondere unter einen Wert von 9 Hertz gefallen ist und wieder ansteigt. So hat sich herausgestellt, dass lokale Minima im Verlauf der spektralen Eckfrequenz typischerweise oberhalb dieser Frequenzen liegen, sodass ein Abfall im Verlauf der spektrale Eckfrequenz unter einen Wert von 10 Hertz oder 9 Hertz (oder sogar bis auf 8 Hertz) das Vorliegen des absoluten Minimums indiziert.
Eine alternative Auswertmethode sieht vor, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, wenn für eine definierte Anzahl von Messwerten gilt, dass der gemessene Wert der spektralen Eckfrequenz höher ist als der vorangegangene Messwert. Die Anzahl der Messwerte, die als Indiz dafür festgelegt wird, dass die spektrale Eckfrequenz wieder ansteigt und somit das absolute Minimum erreicht worden ist, hängt dabei naturgemäß davon ab, wie häufig die spektrale Eckfrequenz bestimmt wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die spektrale Eckfrequenz an dem EEG- Signal bestimmt wird, nachdem dieses durch einen Bandpass-Filter gefiltert worden ist. Der Bandpass-Filter ist beispielsweise derart ausgebildet, dass er nur Signale des Frequenzbereichs von 0,5 - 40 Hz passieren lässt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die spektrale Eckfrequenz mittels einer Spektralanalyse ermittelt wird, wobei jeweils ein mitlaufendes Zeitfenster des EEG- Signals ausgewertet wird. Die spektrale Analyse erfolgt beispielsweise durch einen FFT- Algorithmus. Jedoch bestehen auch andere Möglichkeiten der spektralen Zerlegung des EEG-Signals, die alternativ eingesetzt werden können, beispielsweise die diskrete Cosinus-Transformation, eine diskrete Wavelet-Transformation oder eine Signalzerlegung über eine Bandpass-Filterbank.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird automatisiert, insbesondere durch ein Computerprogramm ausgeführt. Das Computerprogramm enthält Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 , wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlusts eines Patienten unter Narkose hinweist. Die Vorrichtung umfasst:
Mittel, die dazu eingerichtet sind, mindestens ein EEG-Signal am Kopf des Patienten zu erfassen, Mittel, die dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals fortlaufend zu bestimmen, wobei die spektrale Eckfrequenz die Frequenz angibt, für die gilt, dass sie im Leistungsspektrum 95% der Gesamtleistung mit einschließt,
Mittel, die dazu eingerichtet sind, den Verlauf der spektralen Eckfrequenz des EEG- Signals in einem Zeitraum zu bestimmen, der vor der Gabe eines narkoseinduzierenden Medikaments beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet,
Mittel, die dazu eingerichtet sind, das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz in dem Zeitraum zu bestimmen, wobei im absoluten Minimum ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz vorliegt, und
Mittel, die dazu eingerichtet sind, eine Information bereitzustellen, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlusts des Patienten.
Die genannten Mittel können durch einen Mikroprozessor in Verbindung mit Programmcode, den der Mikroprozessor ausführt, realisiert sein.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Erfindungsaspekt einen EEG Narkosemonitor mit einer Vorrichtung nach Anspruch 12. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit integriert in einen EEG Narkosemonitor, wobei dieser dazu vorgesehen und ausgebildet ist, EEG Daten in Echtzeit zu analysieren und darzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 beispielhaft EEG-Signale im Wachzustand und nach einer narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit jeweils sowohl als zeitabhängiges Signal und im Leistungsspektrum;
Figur 2 beispielhaft den zeitlichen Verlauf der spektralen Eckfrequenz in einem
Zeitraum, der vor dem Eintreten einer narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit eines Patienten beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet;
Figur 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 4 beispielhaft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Figur 3; und
Figur 5 Positionierungspunkte für EEG-Elektroden gemäß dem 10-20 System.
Anhand der Figuren 1 und 2 wird zunächst der gemäß der vorliegenden Erfindung erstmals erkannte Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Verlauf der spektralen Eckfrequenz und dem Eintritt des Bewusstseinsverlusts bei der Narkose erläutert, der anhand einer Studie belegt worden ist.
Die Figur 1 zeigt dabei zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung in der oberen Darstellung („Ausgangssignal“) ein EEG-Signal, wie es bei einem Patienten im Wachzustand auftritt. Das Signal ist sowohl als Zeitsignal (links) als auch nach einer Spektralanalyse als Leistungsspektrum (rechts) dargestellt. Im Leistungsspektrum ist die Power (das Amplitudenquadrat) in db gegen die Frequenz in Hz aufgetragen. Das Leistungsspektrum gibt den jeweiligen Anteil der einzelnen Frequenzbereiche am Gesamtleistungsanteil des Rohsignals wieder. Ebenfalls dargestellt ist die spektrale Eckfrequenz SEF. Diese ist definiert als Frequenz, unterhalb der ein Anteil von 95% der Energie des Gesamtspektrums liegt. Auch die Medianfrequenz F50 ist dargestellt, auf die es vorliegend jedoch nicht ankommt.
Die untere Darstellung („Anästhesie“) der Figur 1 zeigt ein EEG-Signal unter Narkose. Es ist erkennbar, dass die spektrale Eckfrequenz SEF gegenüber dem Wert beim wachen Patienten nach links verschoben ist.
Die spektrale Eckfrequenz (SEF) gibt somit Auskunft darüber, wie wach ein Patient ist. Da im Wachzustand höhere Frequenzen im EEG-Signal enthalten sind, ergeben sich hohe Werte der spektrale Neckfrequenz. Im Schlafzustand bzw. unter Narkose dominieren langsame Frequenzen im EEG, so dass niedrigere Werte der spektrale Eckfrequenz vorliegen.
Es werden nun die Vorgänge bei Einleitung einer Narkose betrachtet. Bei der Einleitung einer Narkose ist der Patient initial wach. Es liegen hohe SEF Werte von ca. 17-20Hz vor. Der Patient geht in der Narkose über in eine tiefe Bewusstlosigkeit. Purdon PL, Pierce ET, Mukamel EA, Prerau MJ, Walsh JL, Wong KFK, Salazar-Gomez AF, Harrell PG, Sampson AL, Cimenser A, Ching S, Kopell NJ, Tavares-SToeckel C, Habeeb K, Merhar R, Brown E.: “Electroencephalogram signatures of loss and recovery of consciousness from propofol”, PNAS 2013; 1 10 (12): E1 142-1 151 , haben gezeigt, dass es bei einer tiefen Bewusstlosigkeit induziert durch GABA aktivierende Anästhetika zu einer frontalen alpha-Band Aktivierung kommt. Dadurch zeigen sich auch intraoperativ unter tiefer Bewusstlosigkeit relativ höhere SEF Werte von 12-17Hz.
Vorliegend konnte in einer prospektiven Observationsstudie gezeigt werden, dass es genau am Zeitpunkt des narkoseinduzierten Bewusstseinsverlusts zu einem sehr kurzzeitigen Abfall der SEF Werte kommt, verbunden mit einem nachfolgenden Wiederanstieg. Das Minimum des hierbei entstehenden negativen Peaks gibt dabei den Zeitpunkt des narkoseinduzierten Bewusstseinsverlusts an.
Die Studie wurde an einer Patientengruppe von insgesamt 37 älteren Patienten durchgeführt, wobei die Narkoseeinleitung mit einem der meist gebrauchten Anästhetika, nämlich Propofol erfolgte. Es ist davon auszugehen, dass bei jüngeren Erwachsenen ein noch signifikanterer Abfall der spektrale Eckfrequenz zum Zeitpunkt des narkoseinduzierten Bewusstseinsverlusts vorliegt.
Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt: a) EEG Ableitung:
Bei der perioperativen EEG-Bestimmung wurden die EEG-Elektroden am noch wachen Patienten vor Gabe der ersten Medikamente durch den Anästhesisten angebracht. Dazu wurde die Stirn sowie die Schläfen gründlich desinfiziert und von Hautfetten befreit. Diese Maßnahme verbesserte die Leitfähigkeit der Haut und gewährleistete daher eine störungsfreiere Ableitung der EEG-Signale. Auf die vorbereiteten Hautareale wurden dann die vorgefertigten EEG Klebeelektroden der Firma Masimo (4248RD SEDLine Sensor, Single Patient Use, Non-Sterile) auf der Stirn angebracht, wobei die EEG Elektroden jeweils an den Positionen F7, F8, FP1 und FP2 entsprechend dem 10/20 System anlagen, mit Fpz als Referenzelektrode. Die entsprechenden Positionen sind in der Figur 5 dargestellt. Die Impedanz der einzelnen Elektroden lag bei der Ableitung unter 5 kQ, die Abtastrate lag bei 250Hz. Ein Bandpass-Filter ist auf 0,5 - 40 Hz voreingestellt.
Nach dem Verbinden der Klebeelektroden mit einem EEG-basierten Gehirnfunktions- Monitor (dem„SEDLine-Monitor“ der Firma Masimo Corporation, Irvine, California) wurde mit der Ableitung und Aufzeichnung eines kontinuierlichen 4-Kanal EEG begonnen. Die Patienten waren zu diesem Zeitpunkt noch wach, sodass die ersten Werte der Ableitung einer Baseline-Aktivität entsprachen. Um definierte Zeitpunkte während der EEG Ableitung zu bestimmen, wurden manuell „Event Marker“ während der EEG Aufzeichnung im EEG eingetragen. Im Verlauf wurde durch den Anästhesisten die Medikamentengabe eingeleitet. Dieser Zeitpunkt wurde als Eventmarker „Start Anästhesie“ vermerkt. Alle Patienten erhielten das Medikament Propofol intravenös zur Narkoseeinleitung. Der Bewusstseinszustand der Patienten wurde anhand des Augenlidreflexes kontinuierlich überprüft, bei fehlendem Augenlidreflex wurde von einem Bewusstseinsverlust ausgegangen, und der Event Marker „loss of consciousness“ gesetzt. Dies Vorgehen ermöglicht eine sekundengenaue Auswertung der Daten. b) EEG Auswertung
Vom SEDLine Monitor wurden folgende Daten aufgezeichnet: die spektrale Eckfrequenz (SEF), der Narkoseindex (PSI), das Artefaktlevel sowie die elektromyografische Aktivität. Diese EEG-Daten wurden manuell aus dem SEDLine Monitor exportiert und in numerischem Format am Computer in Excel-Tabellen dargestellt.
Durch die Aufzeichnungsrate der SEDLine von 30 Werten pro Minute lagen alle gemessenen Werte jeweils alle zwei Sekunden vor. Für jeden Patienten wurde zunächst überprüft, ob die untersuchen Zeitpunkte „Baseline“, „Start Anästhesie“ und „loss of consciousness“ vollständig aufgezeichnet wurden und frei von Artefakten waren. Zu diesem Zweck wurden sowohl die vom Gerät berechneten Artefaktlevel als auch die ebenfalls aufgezeichneten EMG-Artefakte inspiziert. Verwendbare Datensätze wurden für„loss of consciousness“ in Zeitfenster von jeweils 20 Sekunden unterteilt. In jedem Zeitfenster, welche von 200 Sekunden vor„loss of consciousness“ bis 200 Sekunden nach „loss of consciousness“ reichten, wurde die artefaktfreie spektrale Eckfrequenz jedes Patienten für die rechte und linke Hemisphäre gemittelt.
Das Leistungsspektrum zur Bestimmung der spektrale Eckfrequenz wurde somit in Zeitfenstern des EEG-Signals von 20 Sekunden bestimmt, wobei eine Aktualisierung alle 2 Sekunden erfolgte. Die Berechnung erfolgte mittels digitaler, computergestützter EEG- Signalverarbeitung. Grundlage hierfür ist die Spektralanalyse des RohEEG mittels Fast- Fourier-Transformation, durch die für das jeweils aktuell zu analysierende Zeitfenster Leistungsanteile berechnet werden können. Um zunächst festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen der Betrachtung der rechten beziehungsweise linken Hemisphäre gibt, wurde anhand der Werte vor Medikamentengabe (-200 Sekunden), zum Zeitpunkt des Bewußtseinsverlusts„loss of consciousness“ (0 Sekunden) und nach erfolgter Einleitung (+200 Sekunden) von allen Patienten mit dominanter rechter Hand (n = 36) ein 2-seitiger t-Test für abhängige Stichproben durchgeführt. Da es zu keinem der Zeitpunkte einen signifikanten Unterschied gab (vor Medikamentengabe p=0,26, bei loss of consciousness p=0,940, nach erfolgter Einleitung p=0,44), wurde im weiteren Verlauf mit dem jeweiligen Durchschnittswert von rechter und linker Hirnhälfte gearbeitet.
Alle Variablen wurden auf ihre Normalverteilung überprüft. Dazu wurden jeweils das Histogramm und das Q-Q-Diagramm visuell untersucht und die Daten mithilfe des Lilliefors-T ests, dem Shapiro-Wilks-Test und den Werten für Schiefe und Kurtosis analysiert.
Um den Ablauf der Einleitung, Operation und Ausleitung darzustellen, wurden die Zeitangaben der Eventmarker der EEG-Ableitung ausgewertet und mithilfe deskriptiver Statistiken auf Mittelwerte und Standardabweichungen untersucht.
Der Verlauf der spektralen Eckfrequenz wurde für die Bestimmung des Eintritts der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit im Rahmen einer einfaktoriellen oneway-ANOVA (ANOVA =„analysis of variance“) und dem dazugehörigen Post-Hoc-Test untersucht.
Um die spektrale Eckfrequenz im Zeitraum von 200 Sekunden vor dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit bis 200 Sekunden nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit auf einen möglichen Einfluss des Zeitpunkts der Intubation zu untersuchen, wurde der Intubationsbeginn mit der Korrelation nach Pearson mit den Zeitpunkten 20 Sekunden nach „loss of consciousness“ bis 200 Sekunden nach„loss of consciousness“ korreliert. Um den Verlauf ohne den möglichen Einfluss der Intubation darzustellen, wurde die Studienpopulation in zwei Gruppen geteilt. Patienten, bei denen innerhalb von 200 Sekunden nach„loss of consciousness“ mit der Intubation begonnen wurde, stellten eine Gruppe, Patienten mit Intubationsbeginn nach mehr als 200 Sekunden die andere Gruppe dar. Diese wurden dann mit dem Levene- Test auf Varianzengleichheit geprüft und dann durch einen T-Tests für unabhängige Stichproben auf signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen untersucht. Durch die Darstellung von lediglich solchen Fällen, bei denen die Intubation erst nach dem betrachteten Zeitraum erfolgte, konnte so die Intubation als möglicher Störfaktor eliminiert werden.
Die Figur 2 zeigt die bei der Studie ermittelten Mittelwerte der spektrale Eckfrequenz („SEK“) in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei ist der Mittelwert der spektralen Eckfrequenz in Hz über den Zeitpunkt des Bewußtseinsverlusts im Zeitraum von 200 Sekunden vor dem Bewusstseinsverlust bis 280 Sekunden nach dem Bewusstseinsverlust dargestellt. Der Bewusstseinsverlust (LOC) ist dabei als„00“ auf der Zeitachse gekennzeichnet. Die folgende Tabelle gibt die Zahlenwerte des Diagramms der Figur 2 einschließlich der jeweiligen Standardabweichung an:
Es ist ein deutlicher negativer Peak zu erkennen, der sein Minimum zum Zeitpunkt des Bewusstseinsverlust (Zeitpunkt„00“) aufweist. Der Mittelwert der spektralen Frequenz sinkt dabei von Werten von ca. 12-14 Hz auf etwa 8 Hz und steigt anschließend auf ca. 12-13 Hz an. Die Breite des negativen Peaks liegt bei etwa 2 Minuten. Durch Bestimmung des Minimums des negativen Peaks kann der Eintritt des Bewusstseinsverlusts mit einer Genauigkeit von 20 Sekunden oder sogar darunter bestimmt werden.
Die ermittelten Zusammenhänge werden erfindungsgemäß elektronisch bzw. computerbasiert ausgewertet und dazu verwendet, den Verlauf der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals und in diesem das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz als Parameter für den Eintritt der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit zu bestimmen. Das zugehörige Programm kann dabei als Softwaretool in einen EEG- basierten Gehirnfunktions-Monitor bzw. Elektroenzephalograph integriert werden.
Die Figur 3 zeigt das Verfahren zur Bestimmung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist. Gemäß Schritt 301 wird mindestens ein frontales EEG-Signal an einem Patienten erfasst. Beispielsweise werden vier EEG-Signale über Elektroden an den Positionen F7, F8, FP1 und FP2 entsprechend dem 10/20 System, mit Fpz als Referenzelektrode aufgenommen und es wird über diese Signale gemittelt.
Gemäß Schritt 302 wird fortlaufend die spektrale Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals bestimmt. Die Bestimmung erfolgt fortlaufend beispielsweise in dem Sinne, dass die spektrale Frequenz alle 2 Sekunden oder alle 5 Sekunden aktuell bestimmt wird. Das aktuelle Zeitfenster weist beispielsweise eine Länge von 20 Sekunden auf, wobei die genannten Werte nur beispielhaft zu verstehen sind.
In Schritt 303 wird der Verlauf der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals ausgewertet. Dies erfolgt in einem Zeitraum, der vor der Gabe eines narkoseinduzierenden Medikaments (z.B. Propofol) beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet. Der Zeitraum kann dabei im Hinblick auf seine Zeitdauer festgelegt oder nicht festgelegt sein. Im zweiten Fall endet der Zeitraum beispielsweise, sobald das Minimum der spektrale Eckfrequenz bestimmt werden konnte. In Schritt 304 wird das absolute Minimum der spektrale Eckfrequenz in dem betrachteten Zeitraum bestimmt. Es kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ausgewertet wird, ob die spektrale Eckfrequenz unter einen Wert von 10 Hertz, insbesondere unter einen Wert von 9 Hertz gefallen ist und wieder ansteigt. Alternativ oder ergänzend kann zusätzlich ausgewertet werden, ob für eine definierte Anzahl von Messwerten gilt, dass der gemessene Wert der spektralen Eckfrequenz höher ist als der vorangegangene Messwert. Es wird also ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz ausgewertet, wobei das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz in der negativen Spitze des negativen Peaks liegt. Weitere Verfahren der Datenanalyse und Kurvendiskussion können eingesetzt werden, um das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz mit größtmöglicher Genauigkeit zu bestimmen.
Sobald das absolute Minimum der spektralen Frequenz bestimmt worden ist, wird diese Information als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlust des Patienten bereitgestellt, beispielsweise akustisch und/oder auf der Anzeige eines EEG- Monitors.
Gemäß Schritt 306 kann ein Arzt bzw. Anästhesist diese Information nutzen, eine vorzunehmende Intubation genau an den individuellen Bewusstseinszustand des Patienten anzupassen und somit die Intubation weder zu früh noch zu spät durchzuführen. Dies führt zu einer höheren Sicherheit für Patienten während der Narkoseeinleitung.
Zur Durchführung des Verfahrens kann ein EEG-basierter Gehirnfunktions-Monitor oder allgemein ein Computer eingesetzt werden. Die Verfahrensschritte zur Bestimmung und Auswertung der spektrale Eckfrequenz sowie zur Bestimmung des absoluten Minimums der spektralen Eckfrequenz werden dabei durch einen Programmcode ausgeführt, der in einem Prozessor ausgeführt wird. Der Programmcode ist in einem Speicher des Prozessors gespeichert bzw. wird vor der Ausführung in diesen geladen. Bei dem Prozessor, der den Programmcode ausführt, kann es sich um den Hauptprozessor des EEG-Monitors handeln oder um einen gesonderten Prozessor.
Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine mögliche Implementierung eines solchen EEG- basierten Gehirnfunktions-Monitors 1 . Der EEG-Monitor 1 umfasst einen Mikroprozessor 2, einen Speicher 3, eine Steuereinrichtung 4, eine Ausgabeeinheit 5 und eine Schnittstelle 7 zum Anschluss von EEG-Kabeln. Über die Schnittstelle 7 können EEG-Kabel mit EEG-Elektroden 61 , 62 an den EEG- Monitor 1 angeschlossen werden. Es sind beispielhaft zwei EEG-Kabel dargestellt, die ein EEG-Signal aufnehmen, wobei weitere EEG-Kabel zur Aufnahme eines mehrkanaligen EEG-Signals vorgesehen sein können.
Das EEG-Signal wird dem Mikroprozessor 2 zugeführt. Im Speicher 3 ist der Programmcode gespeichert oder es kann ein Programmcode in den Speicher 3 geladen werden, der bei Ausführung im Mikroprozessor 2 das in Bezug auf die Figur 3 erläuterte Verfahren ausführt. Über die Steuereinrichtung 4 kann der Ablauf gesteuert werden und diese dazu eingerichtet sein, entsprechende Eingabebefehle zu erhalten. Die Steuereinrichtung 4 kann dabei ein Hauptprozessor des EEG-Monitors 1 sein oder einen solchen enthalten. Alternativ kann die Funktionalität des Mikroprozessors 2 durch die Steuereinheit 4 übernommen werden. Über die Steuereinrichtung 4 und/oder weitere, nicht dargestellte Module können dabei weitere Funktionalitäten des EEG-Monitors 1 realisiert werden.
Der Mikroprozessor 2 bestimmt somit bei Ausführung des geladenen Programmcodes das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz sowie den Zeitpunkt, zu dem dieses absolute Minimum vorliegt. Die entsprechende Information wird an die Ausgabeeinheit 5 übertragen und an dieser ausgegeben. Dies kann beispielsweise über einen Monitor 51 und/oder eine akustische Einheit 52 erfolgen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Soweit Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Erfassen (301 ) mindestens eines EEG-Signals am Kopf des Patienten, fortlaufendes Bestimmen (302) der spektralen Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals, wobei die spektrale Eckfrequenz die Frequenz angibt, für die gilt, dass sie im Leistungsspektrum 95% der Gesamtleistung mit einschließt,
Bestimmen (303) des Verlaufs der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals in einem Zeitraum, der vor der Gabe eines narkoseinduzierenden Medikaments beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet, Bestimmen (304) des absoluten Minimums der spektralen Eckfrequenz in dem Zeitraum, wobei im absoluten Minimum ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz vorliegt, und
Bereitstellen (305) einer Information, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlusts des Patienten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein frontales EEG-Signal aufgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere frontale EEG- Signale aufgenommen werden, die vor einer Bestimmung der spektralen Eckfrequenz gemittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im 10-20-System Signale von Elektroden abgeleitet werden, die an den Positionen F7, F8, Fp1 , Fp2 und Fpz positioniert sind.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Eckfrequenz dahingehend fortlaufend bestimmt wird, als sie mindestens alle 30 Sekunden, insbesondere mindestens alle 10 Sekunden, insbesondere mindestens alle 2 Sekunden neu bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, sobald dieses bestimmt worden ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, wenn die spektrale Eckfrequenz unter einen Wert von 10 Hertz, insbesondere unter einen Wert von 9 Hertz gefallen ist und wieder ansteigt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Information, zu welchem Zeitpunkt das Minimum erreicht worden ist, bereitgestellt wird, wenn für eine definierte Anzahl von Messwerten gilt, dass der gemessene Wert der spektralen Eckfrequenz höher ist als der vorangegangene Messwert.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Eckfrequenz an dem EEG-Signal, bestimmt wird, nachdem dieses durch einen Bandpass-Filter gefiltert worden ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Eckfrequenz mittels einer Spektralanalyse ermittelt wird, wobei jeweils ein mitlaufendes Zeitfenster des EEG-Signals ausgewertet wird.
1 1 . Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 , wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
12. Vorrichtung zur Bereitstellung eines Parameters, der auf einen Bewusstseinsverlust eines Patienten unter Narkose hinweist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung aufweist:
- Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, mindestens ein EEG-Signal am Kopf des Patienten zu erfassen,
- Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals fortlaufend zu bestimmen, wobei die spektrale Eckfrequenz die Frequenz angibt, für die gilt, dass sie im Leistungsspektrum 95% der Gesamtleistung mit einschließt,
- Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, den Verlauf der spektralen Eckfrequenz des EEG-Signals in einem Zeitraum zu bestimmen, der vor der Gabe eines narkoseinduzierenden Medikaments beginnt und nach dem Eintreten der narkoseinduzierten Bewusstlosigkeit endet,
- Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, das absolute Minimum der spektralen Eckfrequenz in dem Zeitraum zu bestimmen, wobei im absoluten Minimum ein negativer Peak der spektralen Eckfrequenz vorliegt, und
Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, eine Information bereitzustellen, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, als Parameter zur indiziellen Anzeige eines Bewusstseinsverlusts des Patienten.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz in einem aktuellen Zeitfenster des EEG-Signals fortlaufend zu bestimmen, dazu ausgebildet sind, die spektrale Eckfrequenz mindestens alle 30 Sekunden, insbesondere mindestens alle 10 Sekunden, insbesondere mindestens alle 2 Sekunden neu zu bestimmen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, eine Information bereitzustellen, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, dazu ausgebildet sind, die Information bereitzustellen, sobald das absolute Minimum bestimmt worden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, eine Information bereitzustellen, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, dazu ausgebildet sind, die Information bereitzustellen, wenn die spektrale Eckfrequenz unter einen Wert von 10 Hertz, insbesondere unter einen Wert von 9 Hertz gefallen ist und wieder ansteigt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, eine Information bereitzustellen, zu welchem Zeitpunkt das absolute Minimum erreicht worden ist, dazu ausgebildet sind, die Information bereitzustellen, wenn für eine definierte Anzahl von Messwerten gilt, dass der gemessene Wert der spektralen Eckfrequenz höher ist als der vorangegangene Messwert.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz fortlaufend zu bestimmen, Mittel aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine Spektralanalyse durchzuführen, wobei jeweils ein mitlaufendes Zeitfenster des EEG-Signals ausgewertet wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz fortlaufend zu bestimmen, dazu eingerichtet sind, die spektrale Eckfrequenz an dem EEG-Signal zu bestimmen, nachdem dieses durch einen Bandpass-Filter gefiltert worden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, mindestens ein EEG-Signal am Kopf des
Patienten zu erfassen, dazu eingerichtet sind, mindestens ein frontales EEG-Signal aufzunehmen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (2), die dazu eingerichtet sind, mindestens ein EEG-Signal am Kopf des Patienten zu erfassen, dazu eingerichtet sind, mehrere frontale EEG-Signale aufzunehmen, die vor einer Bestimmung der spektralen Eckfrequenz gemittelt werden.
21. EEG Narkosemonitor (1 ) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 12.
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