EP4132352A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des volämischen status und des gefässtonus - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des volämischen status und des gefässtonus

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EP4132352A1
EP4132352A1 EP21719051.1A EP21719051A EP4132352A1 EP 4132352 A1 EP4132352 A1 EP 4132352A1 EP 21719051 A EP21719051 A EP 21719051A EP 4132352 A1 EP4132352 A1 EP 4132352A1
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EP
European Patent Office
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computer
ppg
determining
signal
components
Prior art date
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Pending
Application number
EP21719051.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter KREMEIER
Gerardo Tusman
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Loewenstein Medical Technology SA
Original Assignee
Loewenstein Medical Technology SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Loewenstein Medical Technology SA filed Critical Loewenstein Medical Technology SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • A61B5/6814—Head

Definitions

  • volemic status and the vascular tone of the hemodynamic system of a patient cannot be determined or can only be determined invasively.
  • the photoplethysmographic (PPG) signal of pulse oximetry provides non-invasive information about oxygen saturation and the pulse wave.
  • the PPG waveform represents the change in blood volume in the tissue being monitored (usually the fingers) during a heartbeat.
  • This pulse flow wave is strongly influenced and modulated by vascular interactions. For example, forward and reverse pulse pressure waves can be seen in the PPG signal.
  • Pulse oximeters for example, lack an output of the unfiltered raw signal and an output of measured values on a heartbeat-to-heartbeat basis (beat-to-beat basis) and a high temporal resolution.
  • the invention relates to a method for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system, the method comprising; Sensory detection of a photoplethysmography (PPG) signal from a living tissue, the PPG signal having an alternating AC component as the PPG amplitude and a DC component as the PPG baseline,
  • PPG photoplethysmography
  • the method can alternatively or additionally be designed so that the photoplethysmography (PPG) signal from one or more of the following photoplethysmographs, a pulse oximeter, a transmission optical sensor, a reflective photo-optical sensor, a pressure transducer, a tonometry device, a strain gauge, a Ultrasound device, an electrical impedance measuring device, a blood pressure monitor, an EKG device and a camera / detector system is recorded.
  • the method can be designed in such a way that the computer analyzes the photoplethysmography (PPG) signal using the first or second derivative (d2DVP / dt2) of the PPG.
  • the method can be designed in such a way that the computer analyzes the signal from photoplethysmography (PPG) using artificial neural networks, the extraction of periodic components using frequency analyzes or non-linear dynamic analyzes.
  • PPG photoplethysmography
  • the method can be designed in such a way that the determination of a pulse frequency from the AC component includes:
  • the computer identifying a plurality of signal peaks within the AC component
  • the method can be designed in such a way that the determination of a pulse strength metric from the AC component comprises:
  • the computer identifying a plurality of signal peaks within the AC component; and identifying, by the computer, an amplitude for each of the plurality of signal peaks.
  • the method can be designed in such a way that the determination of an average amplitude for at least part of the plurality of amplitudes by the computer.
  • the method can be designed in such a way that the computer analyzes the waveform of at least one AC component in order to identify at least one or more of a wave amplitude, as the wave distance from bottom to top, expressed on a scale of 0-100%, a forward systolic wave S, a backward diastolic wave D, a dichrotic notch which is determined by the analysis of the first derivative of PPG and separates the forward systolic wave S and the backward diastolic wave D.
  • the method can be designed in such a way that the computer predicts the vascular tone of the hemodynamic system from the waveform of at least one AC component, a normal vascular tone being characterized by a waveform with a certain amplitude, the dichrotic notch between -50% the wave amplitude lies.
  • the method can alternatively or additionally be designed so that the computer predicts the vascular tone of the hemodynamic system from the waveform of at least one AC component, wherein a vasoconstriction is characterized by a low waveform amplitude that relates to the normal PPG amplitude, the dichrotic notch is above 50% of the wave amplitude.
  • the method can be designed so that the computer predicts the vascular tone of the hemodynamic system from the waveform of at least one AC component, with a vasoconstriction being characterized by a low waveform amplitude without dichrotic notch or even with the systolic pulse wave (s) (n) is merged.
  • the method can alternatively or additionally be designed so that the computer predicts the vascular tone of the hemodynamic system from the waveform of at least one AC component, with normal vasodilation due to a high waveform amplitude with the dichrotic notch below 50% of the wave amplitude or even below Zero (negative dichrotic notch).
  • the method can be designed so that the computer predicts the volemia of the hemodynamic system from a shift in the DC component over time, with hypervolemia being predicted when a shift in the DC component occurs over a defined baseline over time .
  • the method can be designed such that the computer predicts the volemia of the hemodynamic system from a shift in the DC component over time, with hypovolemia being predicted when the DC component shifts below a defined baseline over time .
  • the method can be designed such that the computer is further configured to analyze AC components of the PPG signal waveform as a measure of the vascular tone, while a shift of the DC component over time is determined as a measure of volemia.
  • the method can alternatively or additionally be designed so that the computer uses a second PPG sensor in data communication with a living tissue, the second PPG sensor being arranged at a different location on the living tissue compared to the first sensor in order to receive data from the first Validate sensor.
  • the computer uses at least one other sensor 20 and such sensor data, for example an acceleration sensor 21, a tonometer, microscope, pressure or a temperature sensor, to validate data from the first sensor.
  • sensor data for example an acceleration sensor 21, a tonometer, microscope, pressure or a temperature sensor
  • a method wherein the computer uses at least one other sensor and such sensor data, for example electrocardiogram, non-invasive arterial blood pressure, non-invasive arterial pulse flow / pressure waveform, capnography, oxygraphy, in order to provide additional information for predicting the condition of the hemodynamic system.
  • the computer is further configured to receive standard hemodynamic parameters from other sensors for a global assessment of hemodynamics.
  • the method can be designed in such a way that the computer is further configured to check the predicted volemia by including hemodynamic parameters such as the non-invasive arterial blood pressure signal from other sensors 20, BO.
  • the method can be designed such that the computer is further configured to check the predicted vascular tone by including hemodynamic parameters from other sensors.
  • the method can be designed such that the computer is further configured to emit light and to;
  • the method may alternatively or additionally be configured such that the computer is further configured to carry out a PPG contour analysis which identifies the wave amplitude and dichrotic notch position;
  • the method can be designed such that the computer is further configured to determine whether there is a relationship between the AC and the DC component of the PPG signal.
  • the method can be designed such that the computer is further configured to determine blood oxygen saturation from the PPG signal.
  • the method may alternatively or additionally be configured such that the computer is further configured to calibrate the PPG signal by determining a plurality of PPG signals over time while the living tissue is arranged at heart level for a first period of time followed by a second period of time with the living tissue located above the cardiac level followed by a third period of time with the living tissue located below the cardiac level.
  • the method can be designed in such a way that the computer is further configured to generate the PPG signal by determining a plurality of PPG signals via the Time to calibrate while the living tissue is at cardiac level for a first period of time after a second period of time and / or a third period of time.
  • the method may alternatively or additionally be configured such that the computer is further configured to generate the PPG signal by determining a multiplicity of PPG signals over time, determining a multiplicity of AC components of the PPG signals and determining a multiplicity of DC components of the PPG signals while living tissue is located at heart level for a first period, followed by a second period when living tissue is located above heart level, followed by a third period when living Tissue is located below the cardiac level, wherein the computer stores values of PPG signals, including AC and DC components, from the first period, the second period and the third period, the clinical range of normal values as well as the highest and lowest possible limits of PPG signals, including AC and DC components, with respect to vascular tone and volemia for egg to identify a specific patient.
  • the method can be designed so that the computer values PPG signals from the first period as base values and values from the second period as the lower limit for vasodilation and / or hypovolemia and values from the third period as the upper limit for vasoconstriction and / or hypervolaemia stores for a particular patient.
  • the method can be designed in such a way that each time segment lasts as long as necessary to obtain a stable PPG signal.
  • the method can alternatively or additionally be configured such that the computer is further configured, starting with, to predict the volemia status and / or the vascular tone of the hemodynamic system for a particular patient after the calibration has been completed.
  • the method can be designed in such a way that the computer is further configured to apply a rule for alerting or not warning medical personnel based on the actual prediction of the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system, the medical Personnel are alerted when the volemic status and / or vascular tone increases or decreases by a predetermined relative or absolute amount.
  • the invention also relates to an apparatus.
  • Apparatus for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system comprising; a sensor for detecting a photoplethysmography (PPG) signal from a living tissue, the PPG signal having an alternating AC component as the PPG amplitude and a DC component as the PPG baseline, a computer which is set up and designed to carry out the following procedural steps:
  • PPG photoplethysmography
  • the device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system also comprises at least one sensor with at least one light emitter and at least one light detector, the sensor (light emitter) illuminating living tissue 0 with light of certain wavelengths and from the tissue 0 receives modulated light with the detector, including a computer which determines a photoplethysmography (PPG) signal or light absorption from the signal of the detector, the computer being set up and designed to carry out the following method steps:
  • PPG photoplethysmography
  • the computer of the device analyzes the photoplethysmography (PPG) signal using the first or second derivative (dDVP / dt) of the PPG.
  • the computer is also configured to emit light.
  • the computer is set up and designed to analyze the curve of the PPG wave for maxima, and in particular to identify two maxima which are separated by an indentation, the indentation representing the dicrotic notch.
  • the computer is set up and designed to determine the time delay (DT) between the maxima S and D and to determine a measure for the stiffness of the arteries from the time delay (DT) between the maxima S and D.
  • the computer is set up and designed to determine an amplitude of the first maximum S to and an amplitude of the second maximum D, the computer determining the ratio of the amplitude of the first maximum S to the amplitude of the second maximum D as the systemic vascular resistance.
  • the computer is set up and designed to determine a maximum percentage PPG amplitude which is equal to 00% and submaximal percentage PPG amplitudes in the range of below or above 0%.
  • the computer is set up and designed to determine a vasoconstriction if no dicrotic notch can be identified from the course of the PPG signal and / or to determine vasodilation if a dicrotic notch can be identified from the course of the PPG signal.
  • the computer is set up and designed for
  • the computer determining a plurality of DC components of the PPG signals; the computer determining a DC signal trend over time by comparing at least two DC components;
  • the computer is set up and designed for
  • the computer determining a plurality of AC components of the PPG signals; the computer determining an AC signal trend over time by comparing at least two AC components;
  • the computer is set up and trained to identify a normal PPG shape when the dicrotic notch is between 0% and% of the total maximum PPG amplitude.
  • the apparatus comprising: a computer for receiving a photoplethysmography (PPG) signal comprising an alternating AC component as a PPG amplitude and the DC component as a PPG baseline from a sensor in data communication with a living tissue; Determining, by the computer, a plurality of PPG signals from the living tissue over time;
  • PPG photoplethysmography
  • the computer determines a variety of AC components of the PPG signals.
  • the computer determines a variety of DC components of the PPG signals.
  • the computer determines a variety of AC waveforms from the AC components and identifies differences in AC Waveforms over time by comparing at least two AC waveforms;
  • the invention also relates to a device for determining the volemic status and the vascular tone of the hemodynamic system, the device comprising: a computer for receiving a photoplethysmography (PPG) signal which shows an alternating AC component as the PPG amplitude and the DC Comprises a component as a PPG baseline from a sensor in data communication with a living tissue;
  • PPG photoplethysmography
  • the computer determines a variety of AC components of the PPG signals.
  • the computer determines a variety of DC components of the PPG signals.
  • the computer determines a variety of AC waveforms from the AC components and identifies differences in AC Waveforms over time by comparing at least two AC waveforms;
  • the invention also relates to a system.
  • the system comprises at least one ventilator, a device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system and a computer.
  • the device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system and a ventilator can also be part of a system according to the invention or constitute this system.
  • the invention also relates to a computer program, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to execute the method.
  • the invention also relates to a computer readable medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method.
  • the technology according to the invention is related to Photo-Plethysmo-Graphy (PPG), as it is used in commercially available pulse oximeters, such as. B. in typical transmission pulse oximeters for fingers, is common.
  • PPG wave corresponds to the absorption of light by tissue on the finger according to the Beer-Lambert law.
  • the absorbed signal is based on two parts: a pulsatile component (AC), which represents the pulse pressure wave, and a non-pulsatile component (DC), which represents venous blood, nails, bones, skin, and soft tissue.
  • AC pulsatile component
  • DC non-pulsatile component
  • the main differences between the PPG technology required according to the invention and standard pulse oximeters are:
  • AC and DC data are available at least on a beat-by-beat basis
  • PPG represents the non-invasive FLOW pulse wave (similar to the PRESSURE pulse wave, which is obtained through an intra-arterial catheter).
  • the shape of the PPG - i.e. defined by the amplitude, width and the position of the dichrotic notch in the AC component - is related to the changes in arterial blood pressure caused by the change in vascular tone.
  • the PPG can detect arterial hypertension and hypotension caused by vasoconstriction / vasodilation with high sensitivity and specificity (97.8% and 98.4%, respectively).
  • the novelty of this approach is its unique ability to monitor vascular tone; a non-invasive diagnostic capability previously only available by invasive means in patients receiving advanced hemodynamic monitoring to calculate systemic vascular resistance.
  • Our PPG waveform analysis offers an unprecedented non-invasive way of deriving beat-to-beat information about the vascular tone at the bedside.
  • the DC component is influenced by two components:
  • any change in the DC component is caused by changes in the volume of venous blood on the finger (the dynamic path). According to our measurements on patients, these changes are associated with changes in the volume state. Therefore, the DC component should be used both in the operating room and in the intensive care unit to diagnose and monitor the volemia or preload dependency of a patient.
  • the combined monitoring of both the AC and DC components provides clinically relevant information about changes in vascular tone and volemic status.
  • various causes such as vasoconstriction, normal vascular tone, vasodilation, hypovolemia, normovolemia and hypervolemia and thus the physiopathological mechanisms of arterial blood hyper- and hypotension can be identified.
  • This type of monitoring is highly innovative as it is completely non-invasive and in real time.
  • the technology is based on the idea that the DC signal can be used to detect the preload dependency or fluid response in critically ill patients in the context of a DYNAMIC maneuver such as increasing PEEP, maneuvering to raise the legs, etc.
  • a computer can be understood to be any computing device which is used to interact with one of the measuring devices for measuring data from is intended for a living being.
  • a computer can be understood as a chip or control unit of a ventilator or a pulse oximeter that can be at least indirectly connected to a ventilator.
  • the computer can consist of a chip or the control unit of a ventilator or of at least one chip or the control unit of a pulse oximeter that can be at least indirectly connected to a ventilator.
  • a computer can be designed as a chip or control unit of a device for determining the volemic status and / or as a chip or control unit of a device for determining the vascular tone of the hemodynamic system.
  • waveforms are signal curves that are recorded by the device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system, in particular a photoplethysmography (PPG) signal or light absorption or an AC signal or a DC signal .
  • PPG photoplethysmography
  • a ventilator is to be understood as any device that supports a user or patient in natural breathing, takes over the ventilation of the user or living being (e.g. patient and / or newborn and / or premature baby) and / or is used for respiratory therapy and / or in some other way affects the breathing of the user or patient.
  • Ventilators can also be understood as diagnostic devices for ventilation. Diagnostic devices can generally be used to record medical and / or respiratory parameters of a living being. This also includes devices which can record and optionally process medical parameters of patients in combination with breathing or exclusively relating to breathing.
  • FIG. 1 shows the method according to the invention for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system and the device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system.
  • a photoplethysmography (PPG) signal 11 is generated and recorded by one or more of the following devices 1; a photoplethysmograph, a pulse oximeter, a transmission optical sensor, a reflective photo-optical sensor, a pressure transducer, a tonometry device, a strain gauge, an ultrasound device, an electrical impedance measuring device, a blood pressure monitor, an EKG device and a camera / detector system.
  • the aforementioned devices can be part of a medical ventilator or be connected to a medical ventilator.
  • the device for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system and a ventilator can also be part of a system according to the invention or constitute this system.
  • the device 1 for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system comprises a sensor 9 with a light emitter 2 and a light detector 3 modulated light with the detector 3.
  • a computer 7 determines a from the signal of the detector 3 Photoplethysmography (PPG) signal 11.
  • a light source 2 emits light onto a living tissue 10 (such as, for example, fingers, forehead or the like) and a detector S receives at least part of the light modulated by the tissue.
  • the modulated light can be or comprise transmitted and / or reflected and / or refracted light.
  • Various electronic components 4, 5, 6, which process the signal for the computer 7, can be connected downstream of the detector.
  • the computer is set up and designed to carry out the following steps: Determination of a plurality of PPG signals over time by the computer 7 from the living tissue;
  • the computer analyzes the photoplethysmography (PPG) signal using the first or second derivative (d2DVP / dt2) of the PPG.
  • the computer analyzes the signal of photoplethysmography (PPG) using artificial neural networks, the extraction of periodic components using frequency analysis or non-linear dynamic analysis.
  • PPG photoplethysmography
  • Determining a pulse rate from the AC component includes:
  • Determining a pulse strength metric from the AC component comprises: the computer 7 identifying a plurality of signal peaks within the AC component; and identifying an amplitude for each of the plurality of signal peaks by the computer 7.
  • the computer 7 is also configured to record hemodynamic standard parameters from other sensors 20, 30 for a global assessment of the hemodynamics.
  • the computer 7 is further configured to check the predicted volemia by including hemodynamic parameters such as the non-invasive arterial blood pressure signal from other sensors 20, 30.
  • the computer 7 is further configured to check the predicted vascular tone by including hemodynamic parameters from other sensors 20, 30.
  • the computer 7 is also configured to emit light.
  • the computer 7 is further configured to determine blood oxygen saturation from the PPG signal.
  • veins, capillaries, bones and other tissue components absorb incident light relatively constantly - as a measured value, it can be viewed as a pure direct current signal (DC) 13 over the duration of a single heartbeat.
  • DC direct current signal
  • arterial blood absorbs the light to different degrees - due to the pulsating change in volume within a heartbeat - which results in an alternating current signal (AC) 12 in addition to the DC signal that is also present.
  • AC alternating current signal
  • Figure 2a shows a cross-sectional diagram of an artery and vein during systole and diastole, illustrating the non-pulsating (DC) 13 and pulsating (AC) 12 sections of arteries and the relative lack of volume changes in veins and capillaries.
  • DC non-pulsating
  • AC pulsating
  • DC non-pulsating
  • AC pulsating
  • DC non-pulsating
  • AC pulsating
  • the device 1 for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system therefore comprises a sensor 9 with a light emitter 2 and a light detector 3.
  • the sensor illuminates (light emitter 2) living tissue 10 with light of specific wavelengths and receives it Light modulated by the tissue 10 with the detector 3.
  • a computer 7 determines a photoplethysmography (PPG) signal 11 or a light absorption from the signal from the detector 3.
  • PPG photoplethysmography
  • Various electronic components 4, 5, 6, which process the signal for the computer 7, can be connected downstream of the detector.
  • the computer is set up and designed to carry out the following steps; Determination of an AC component 12 from the PPG signal or the light absorption. Determination of a DC component 13 from the PPG signal or the light absorption.
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • FIG. 2b shows the PPG amplitude in% over time for the pulsating (AC) 12 component.
  • the curve of the PPG wave has two maxima which are separated by an indentation.
  • the indentation represents the dicrotic notch 14.
  • the first wave S is based on the systolic (forward) wave and the second wave is based on the diastolic (backward) wave.
  • the device 1 for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system therefore comprises a sensor 9 with a light emitter 2 and a light detector 3.
  • the sensor illuminates (light emitter 2) living tissue 10 with light of certain wavelengths and receives from it Tissue 10 modulated light with the detector 3.
  • a computer 7 determines a photoplethysmography (PPG) signal 11 from the signal of the detector 3.
  • a light source 2 emits light onto a living tissue 10 (such as fingers, forehead or the like) and a detector 3 receives at least part of the light modulated by the tissue.
  • the modulated light can be or comprise transmitted and / or reflected and / or refracted light.
  • Various electronic components 4, 5, 6, which process the signal for the computer 7, can be connected downstream of the detector.
  • the computer is set up and designed to carry out the following steps: determining a multiplicity of AC components 12 of the PPG signals determining a multiplicity of DC components 13 of the PPG signals.
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • the computer is also set up and designed to determine a percentage PPG amplitude from the AC component.
  • the computer is also set up and designed to analyze the curve of the PPG wave for maxima, in particular to identify two maxima which are separated by an indentation, the indentation representing the dicrotic notch 14.
  • the computer is set up and designed to identify a first maximum S based on the systolic (forward) wave and to identify a second maximum D based on the diastolic (backward) wave.
  • the computer is set up and designed to determine the time delay (DT) between the maxima S and D.
  • the time delay between maxima depends on the stiffness of the arteries.
  • the computer is set up and designed to determine a measure for the stiffness of the arteries from the time delay (DT) between the maxima S and D.
  • the computer is set up and designed to determine an amplitude of the first maximum S and an amplitude of the second maximum D.
  • the ratio of the amplitude of the first maximum S to the amplitude of the second maximum D is related to the systemic vascular resistance.
  • the computer is therefore set up and designed to determine a measure for the systemic vascular resistance from the ratio of the amplitude of the first maximum S to the amplitude of the second maximum D.
  • FIGS. 3a and 3b show the waveforms according to FIG. 2b with different dicrotic notches 14.
  • FIGS. 3a and 3b show the PPG amplitude in% over time for the pulsating (AC) 12 component.
  • the curve of the PPG wave has two maxima which are separated by an indentation 14.
  • the indentation represents the dicrotic notch 14.
  • the dicrotic notch 14 is below 50% of the maximum PPG amplitude.
  • Figure 3b the dicrotic notch 14 is over 50% of the maximum PPG amplitude.
  • the device 1 for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system here comprises a sensor 9 with a light emitter 2 and a light detector 3.
  • the sensor illuminates (light emitter 2) living tissue 10 with light of certain wavelengths and receives from it Tissue 10 modulated light with the detector 3.
  • a computer 7 determines a photoplethysmography (PPG) signal 11 from the signal of the detector 3.
  • PPG photoplethysmography
  • a light source 2 emits light onto a living tissue 10 (such as fingers, forehead or the like) and a detector 3 receives at least part of the light modulated by the tissue.
  • the modulated light can be or comprise transmitted and / or reflected and / or refracted light.
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • Determine a variety of AC components of the PPG signals Determining a plurality of DC components of the PPG signals, determining a plurality of AC waveforms from the AC components and identifying differences in the AC waveforms over time by comparing at least two AC waveforms;
  • the computer is also set up and designed to determine a percentage PPG amplitude.
  • the computer is also set up and designed to determine a maximum percentage PPG amplitude, which is equal to 100%, and to determine submaximal percentage PPG amplitudes.
  • the computer is also set up and designed to analyze the curve of the PPG wave for maxima and in particular to identify two maxima which are separated by an indentation 14, the indentation representing the dicrotic notch 14.
  • the computer is set up and designed to identify a first maximum S, based on the systolic (forward) wave, and to identify a second maximum D, based on the diastolic (backward) wave, and to assign a dicrotic notch 14 between the maxima identify.
  • the computer is also set up and designed to determine a maximum percentage PPG amplitude and submaximal percentage PPG amplitudes in the range of below or above 50%.
  • Figure 4 shows normal PPG waveforms (middle) and PPG waveforms typical of vasoconstriction (left half) or PPG waveforms typical of vasodilation (right half). It is noticeable that the dicrotic notch 14 only occurs in the normal PPG waveform and in the PPG waveform in the case of vasodilation. The dicrotic notch may not be detectable during vasoconstriction.
  • the device according to the invention for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system comprises a computer 7 for receiving a photoplethysmography (PPG) signal 11 that sends an alternating AC 12 component and a DC 13 component from a sensor 2, 3 , 9 in data communication with a living tissue 10 contains.
  • PPG photoplethysmography
  • the device is set up, for example, to determine a multiplicity of PPG signals over time by the computer 7 from the living tissue.
  • the device is set up, for example, for determining a multiplicity of AC components of the PPG signals by the computer 7 and for determining a multiplicity of DC components of the PPG signals by the computer 7.
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • the computer is also set up and designed to determine a percentage PPG amplitude or the course of a PPG signal.
  • the computer is also set up and designed to analyze the course of the PPG signal for maxima and in particular to identify two maxima which are separated by an indentation 14, the indentation representing the dicrotic notch 14.
  • the computer is, for example, set up and designed to identify a first maximum S based on the systolic (forward) wave and to identify a second maximum D based on the diastolic (backward) wave and a dicrotic notch 14 between the maxima to identify.
  • the computer is also set up and designed to determine a vasoconstriction if no dicrotic notch 14 can be identified from the course of the PPG signal.
  • the computer is also set up and designed to determine a vasodilation if a dicrotic notch 14 can be identified from the course of the PPG signal.
  • the device is set up, for example, to verify a vasoconstriction by determining the blood pressure, a vasoconstriction being identified if the course of the PPG signal does not have a dicrotic notch 14 and the blood pressure also rises.
  • the device is set up, for example, to verify vasodilation by determining the blood pressure, with vasodilation being identified when the course of the PPG signal has a dicrotic notch 14 and the blood pressure also falls.
  • the device is set up, for example, to classify the vascular tone on the basis of the photo-plethysmography waveform.
  • the classification is based on the amplitude of the photoplethysmography (PPG) (Fig. 4) and on the positioning of the dicrotic notch Fig. 3.
  • the device is designed to identify normal form of PPG and vasodilation and vasoconstriction:
  • the device is set up to identify a normal PPG shape when the dicrotic notch 14 is between 20 and 55%, preferably 30-50% of the total PPG amplitude.
  • Vasodilation increases the PPG amplitude as the tissue has more blood flow (more infrared light absorption). With slight vasodilation, the notch 14 reaches the baseline 15, although the backward wave is still evident. With pronounced vasodilation, notch 14 is absent, and with very pronounced vasodilation, the notch becomes negative (goes below baseline 15).
  • the vasoconstriction (Fig. 4 left) shows less PPG amplitude than normal, which means that blood flow is decreasing (less infrared light absorption).
  • the notch 14 rises to over 50% of the total PPG amplitude and / merges with the systolic pulse peak.
  • the device according to the invention for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system comprises a computer 7 for receiving a photoplethysmography (PPG) signal 11 that sends at least one DC 13 component from a sensor 2, 3, 9 in data communication a living tissue 10 contains.
  • PPG photoplethysmography
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • the device is set up, for example, to determine a DC 13 signal over time by the computer 7 from the living tissue.
  • the device is also set up to define the course of a DC 13 signal (over time) as the baseline 13b, with the baseline 13b essentially not changing the DC signal over time (for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds) having.
  • the device is also set up to determine a deviation from the baseline 13b from the course of a DC 13 signal (over time).
  • a fall in the DC signal below the baseline 13b is assessed as hypovolemia if the fall in the DC signal below the baseline 13b lasts for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds or longer.
  • a rise in the DC signal above the baseline 13b is assessed as hypervolaemia if the rise in the DC signal above the baseline 13b lasts for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds or longer.
  • An increase in the DC signal to a stored baseline 13b is assessed as a normovolemia if the increase in the DC signal to the baseline 13b occurs when hypovolemia has previously been identified that lasts for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds or lasted longer and then an increase in the DC signal was identified.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate the calibration 14 of the PPG measurement for the volemia determination.
  • the patient must first hold the hand or arm with the PPG sensor on one level with the heart while lying down so that the PPG basic signal 15 can be determined at an angle of 0 °.
  • the basic PPG signal 15 is stored in the device.
  • the hand is then raised at a 45 ° angle to simulate vasodilation and hypovolemia.
  • a determination of the PPG signal for vasodilation and hypovolemia 16 is carried out.
  • the PPG signal representing vasodilation and hypovolemia 16 is stored in the device.
  • the PPG basic signal 15 is then determined again.
  • the hand is then lowered by 45 °, as a result of which blood flows into the hand in order to simulate vasoconstriction and hypervolemia.
  • a determination of the PPG signal for vasoconstriction and hypervolaemia 17 is carried out.
  • the PPG signal representing vasoconstriction and hypervolemia 17 is stored in the device.
  • the PPG basic signal 15 is then determined again.
  • the device then monitors the volemia status and / or the vasoconstriction or vasodilation by determining 18 the PPG signal, in particular the DC component, over time.
  • the device according to the invention for determining the volemic status and / or the vascular tone of the hemodynamic system includes a computer 7 for receiving a photoplethysmography (PPG) signal, the at least one DC signal component from a sensor 2, 3, 9 in data communication with a living tissue 10 contains.
  • PPG photoplethysmography
  • the device is set up, for example, to determine a DC signal over time by the computer 7 from the living tissue.
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • the device is also set up to define the course of a DC signal (over time) as the basic signal 15, with the basic signal 15 essentially not changing the DC signal over time (for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds) having.
  • the device is also set up to determine a deviation from the basic signal 15 from the course of a DC signal (over time).
  • a fall in the DC signal below the basic signal 15 is assessed as hypovolemia if the fall in the DC signal below the basic signal 15 lasts for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds or longer.
  • a rise in the DC signal above the basic signal 15 is assessed as hypervolaemia if the rise in the DC signal above the basic signal 15 lasts for at least 10 seconds, preferably for at least 30 seconds or longer.
  • the comparison of the exemplary embodiments in FIGS. 5, 6 and 7 shows that the base line 13b can essentially correspond to the basic signal 15.
  • 8 shows a PPG measurement according to the invention for determining the volume and / or determining a vasoconstriction or vasodilation with the device according to the invention.
  • the calibration according to FIGS. 6, 7 defines a range of the AC signal which corresponds to the normal vascular tone 21.
  • the inventive device and the method are set up and designed for receiving a photoplethysmography (PPG) signal 11 by a computer 7, which has an alternating AC-12 component as the PPG amplitude and the DC-13 component as the PPG baseline a sensor 2, 3, 9 in data communication with a living tissue 10;
  • PPG photoplethysmography
  • the computer 7 is set up and designed to carry out the following method steps:
  • the calibration according to FIGS. 6, 7 defines a range of the DC signal which corresponds to a normal volemia 24.
  • the inventive device and the method are set up and designed for receiving a photoplethysmography (PPG) signal 11 by a computer 7, which has an alternating AC-12 component as the PPG amplitude and the DC-13 component as the PPG baseline a sensor 2, 3, 9 in data communication with a living tissue 10; Determining a plurality of PPG signals by the computer 7 from the living tissue;
  • PPG photoplethysmography
  • the inventive device and the method are set up and designed for receiving a photoplethysmography (PPG) signal 11 by a computer 7, which has an alternating AC-12 component as the PPG amplitude and the DC-13 component as the PPG baseline a sensor 2, 3, 9 in data communication with a living tissue 10;
  • PPG photoplethysmography

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals durch einen Computer, das eine alternierende AC-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-Komponente als PPG-Basislinie von einem Sensor in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe umfasst; Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer aus dem lebenden Gewebe; Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten durch den Computer und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen; Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes durch den Computer als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen Gleichstromsignaltrend im Zeitverlauf.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des volämischen Status und des Gefäßtonus
In der klinischen Praxis können der volämische Status und der Gefäßtonus des hämodynamischen Systems eines Patienten nicht oder lediglich invasiv bestimmt werden.
Das photoplethysmographische (PPG) Signal der Pulsoximetrie bietet nicht-invasive Informationen über die Sauerstoffsättigung und die Pulswelle. Die PPG-Wellenform repräsentiert die Änderung des Blutvolumens in dem überwachten Gewebe (üblicherweise der Finger) während eines Herzschlages. Diese Pulsflusswelle wird stark von Gefäßinteraktionen beeinflusst und moduliert. Im PPG-Signal sind beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsimpulsdruckwellen erkennbar.
Veränderungen der Kontur der PPG-Wellenform lassen daher Rückschlüsse auf den volämischen Status und den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems zu.
Gängige Pulsoximeter sind jedoch für die erfindungsgemäß geforderte Genauigkeit und hohe Auflösung nicht geeignet. Pulsoximetern fehlt beispielsweise eine Ausgabe des ungefilterten Rohsignals und eine Ausgabe von Messwerten auf eine Basis von Herzschlag zu Herzschlag (Schlag-zu-Schlag-Basis) und eine hohe zeitliche Auflösung.
Wünschenswert wäre eine Möglichkeit der kontinuierlichen und nicht invasiven Bestimmung des volämischen Status und des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems, wobei das Verfahren umfasst; sensorisches Erfassen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals von einem lebenden Gewebe, wobei das PPG-Signal eine alternierende AC-Komponente als PPG-Amplitude und eine DC-Komponente als PPG-Basislinie aufweist,
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen Gleichstromsignaltrend im Zeitverlauf.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass das Photoplethysmographie (PPG)-Signal von einem oder mehreren der folgenden Photoplethysmographen, einem Pulsoximeter, einem transmissionsoptischen Sensor, einem reflektierenden photo-optischen Sensor, einem Druckwandler, einer Tonometrievorrichtung, einem Dehnungsmessstreifen, einer Ultraschallvorrichtung, einer elektrischen Impedanzmessvorrichtung, einem Blutdruckmessgerät, einer EKG-Vorrichtung und einem Kamera/Detektorsystem aufgezeichnet wird. Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer das Photoplethysmographie (PPG)-Signal unter Verwendung der ersten oder zweiten Ableitung (d2DVP/dt2) des PPG analysiert.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer das Signal der Photoplethysmographie (PPG) unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze, die Extraktion periodischer Komponenten unter Verwendung von Frequenzanalysen oder nichtlinearen dynamischen Analysen analysiert.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass das Bestimmen einer Pulsfrequenz aus der AC-Komponente umfasst:
Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer;
Identifizieren eines Zeitereignisses für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer; und Bestimmen einer Vielzahl von Zeitdifferenzen durch den Computer, wobei jede Zeitdifferenz aus einem ersten Zeitereignis des ersten Spitzenwertes und einem zweiten Zeitereignis eines zweiten Spitzenwertes bestimmt wird.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass das Bestimmen einer Impulsfestigkeitsmetrik aus der AC-Komponente umfasst:
Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer; und Identifizieren einer Amplitude für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass das Bestimmen einer durchschnittlichen Amplitude für mindestens einen Teil der Vielzahl von Amplituden durch den Computer.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer die Wellenform mindestens einer AC-komponente analysiert, um mindestens eine oder mehrere einer Wellenamplitude zu identifizieren, als den Wellenabstand von unten nach oben, ausgedrückt in einer Skala von 0-100%, eine systolische Vorwärtswelle S, eine diastolische Rückwärtswelle D, eine dichrotische Kerbe , die durch die Analyse der ersten Ableitung von PPG bestimmt wird und die systolische Vorwärtswelle S und die diastolische Rückwärtswelle D trennt.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC- komponente vorhersagt, wobei ein normaler Gefäßtonus durch eine Wellenform mit einer bestimmten Amplitude gekennzeichnet ist, wobei die dichrotische Kerbe zwischen -50% der Wellenamplitude liegt.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC- komponente vorhersagt, wobei eine Vasokonstriktion durch eine niedrige Wellenformamplitude gekennzeichnet ist, die sich auf die normale PPG-Amplitude bezieht, wobei die dichrotische Kerbe oberhalb von 50% der Wellenamplitude liegt. Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC- komponente vorhersagt, wobei eine Vasokonstriktion durch eine geringe Wellenformamplitude ohne dichrotische Kerbe oder gekennzeichnet ist oder sogar mit der (den) systolischen Impulswelle(n) verschmolzen ist.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC- komponente vorhersagt, wobei eine normale Vasodilatation durch eine hohe Wellenformamplitude mit der dichrotischen Kerbe unterhalb von 50% der Wellenamplitude oder sogar unterhalb von Null (negative dichrotische Kerbe) gekennzeichnet ist.
Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, worin der Computer die Volämia des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC-Komponente im Laufe der Zeit voraussagt.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer die Volämia des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC-Komponente über die Zeit voraussagt, wobei Hypervolämie vorhergesagt wird, wenn eine Verschiebung der DC- Komponente über eine definierte Basislinie über die Zeit auftritt.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer die Volämia des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC-Komponente über die Zeit voraussagt, wobei Hypovolämie vorhergesagt wird, wenn eine Verschiebung der DC- Komponente unter eine definierte Basislinie über die Zeit eintritt.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um AC-komponenten der PPG-Signalwellenform als Maß für den Gefäßtonus zu analysieren, während eine Verschiebung der DC-Komponente über die Zeit als Maß für Volämia bestimmt wird.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer einen zweiten PPG-Sensor in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe verwendet, wobei der zweite PPG-Sensor im Vergleich zum ersten Sensor an anderer Stelle am lebenden Gewebe angeordnet ist, um Daten vom ersten Sensor zu validieren.
Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer mindestens einen anderen Sensor 20 und solche Sensordaten, zum Beispiel einen Beschleunigungssensor 21, ein Tonometer, Mikroskop, Druck odereinen Temperatursensorverwendet, um Daten von dem ersten Sensor zu validieren.
Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer mindestens einen anderen Sensor und solche Sensordaten verwendet, zum Beispiel Elektrokardiogramm, nicht-invasiver arterieller Blutdruck, nicht-invasiver arterieller Pulsfluss-/Druckwellenform, Kapnographie, Oxygrafie, um ergänzende Informationen für die Vorhersage des Zustands des hämodynamischen Systems bereitzustellen. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, worin der Computer ferner konfiguriert ist, um hämodynamische Standardparameter aus anderen Sensoren für eine globale Bewertung der Hämodynamik aufzunehmen.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um die vorhergesagte Volämie zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter, wie beispielsweise das nicht-invasive arterielle Blutdrucksignal von anderen Sensoren 20, BO, einbezogen werden.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um den vorhergesagten vaskulären Ton zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter aus anderen Sensoren einbezogen werden.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um Licht auszusenden und zum;
Erfassen einer Pulswelle durch Lichtabsorption/Reflexion;
A/D-Wandlung der analogen Signale in digitale Signale;
Vorverarbeitung, die das Rauschen von jedem der Ausgänge des A/D-Wandlungsschritts reduziert,
Erhöhung der Unabhängigkeit zwischen den Signalen;
Analysieren der AC- und DC-Komponente jeder Impulswelle;
Bestimmen des spezifischen hämodynamischen Zustands basierend auf den Ergebnissen der Analyse.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um eine PPG-Konturanalyse durchzuführen, die Wellenamplitude und dichrotische Kerbenposition identifiziert;
Erfassen von Änderungen in der DC-Komponente gegenüber der Basislinie;
Bestimmen einer spezifischen hämodynamischen Bedingung basierend auf den Ergebnissen der Analyse; und Berechnen der Amplitude und Kerbenposition sowie der Verschiebung der DC- Komponente von der Basislinie für jede Pulswellenform.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob eine Beziehung zwischen dem AC und der DC- Komponente des PPG-Signals besteht.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um eine Blutsauerstoffsättigung aus dem PPG-Signal zu bestimmen.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit zu kalibrieren, während das lebende Gewebe für einen ersten Zeitraum der Zeit auf Herzniveau angeordnet ist, gefolgt von einem zweiten Zeitraum der Zeit , wobei das lebende Gewebe oberhalb des Herzniveaus angeordnet ist, gefolgt von einem dritten Zeitraum der Zeit, wobei das lebende Gewebe unterhalb des Herzniveaus angeordnet ist.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen über die Zeit zu kalibrieren, während das lebende Gewebe für einen ersten Zeitraum der Zeit auf Herzniveau nach einem zweiten Zeitraum der Zeit und/oder einem dritten Zeitraum der Zeit angeordnet ist.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, um das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit, Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale und Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale zu kalibrieren, während das lebende Gewebe für eine erste Zeitspanne von auf Herzhöhe angeordnet ist, gefolgt von einer zweiten Zeitspanne bei der das lebende Gewebe oberhalb des Herzniveaus angeordnet ist, gefolgt von einer dritten Zeitspanne bei der das lebende Gewebe unterhalb des Herzniveaus angeordnet ist, worin der Computer Werte von PPG-Signalen, einschließlich AC- und DC-Komponenten, aus der ersten Zeitspanne , aus der zweiten Zeitspanne und der dritten Zeitspanne speichert, um den klinischen Bereich der Normalwerte sowie die höchst- und niedrigstmöglichen Grenzwerte der PPG-Signale, einschließlich AC- und DC- Komponenten, in Bezug auf Gefäßtonus und Volämie für einen bestimmten Patienten zu bestimmen.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer Werte von PPG-Signalen aus dem ersten Zeitraum als Basiswerte und Werte aus dem zweiten Zeitraum als Untergrenze für Vasodilatation und/oder Hypovolämie und Werte aus dem dritten Zeitraum als Obergrenze für Vasokonstriktion und/oder Hypervolämie für einen bestimmten Patienten speichert.
Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei die Zeiträume gleich lang sind.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass jeder Zeitabschnitt so lange dauert, wie erforderlich, um ein stabiles PPG-Signal zu erhalten.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, beginnend mit, um den Volämiestatus und/oder den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems für einen bestimmten Patienten vorherzusagen, nachdem die Kalibrierung abgeschlossen ist.
Das Verfahren kann alternativ oder ergänzend so ausgestaltet sein, dass der Computer ferner konfiguriert ist, eine Regel zum Alarmieren oder Nicht-Warnen von medizinischem Personal basierend auf der tatsächlichen Vorhersage des volämischen Status und/oder des vaskulären Tons des hämodynamischen Systems anzuwenden, wobei das medizinische Personal alarmiert wird, wenn der volämische Status und/oder der vaskuläre Ton um einen vorbestimmten relativen oder absoluten Betrag steigt oder sinkt.
Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei das Verfahren während mindestens eines obligatorischen Atemzyklus durchgeführt wird, wobei der Computer Teil eines medizinischen Beatmungsgeräts ist oder mit einem medizinischen Beatmungsgerät verbunden ist, um die durch dieses Gerät induzierte kardiopulmonale Interaktion zu bewerten.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung. Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems, wobei die Vorrichtung aufweist; einen Sensor zum Erfassen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals von einem lebenden Gewebe, wobei das PPG-Signal eine alternierende AC-Komponente als PPG-Amplitude und eine DC-Komponente als PPG-Basislinie aufweist, einen Computer der eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens-Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Die Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, umfasst auch zumindest einen Sensor, mit zumindest einem Lichtemitter und zumindest einem Lichtdetektor , wobei der Sensor (Lichtemitter ) lebendes Gewebe 0 mit Licht bestimmter Wellenlängen beleuchtet und von dem Gewebe 0 moduliertes Licht mit dem Detektor empfängt, wobei ein Computer umfasst ist, der aus dem Signal des Detektors ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal oder eine Licht-Absorption ermittelt, wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen oder der Licht-Absorption im Laufe der Zeit aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale oder der Licht-Absorption -Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale oder der Licht-Absorption -Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 0 durch Analyse der AC-Komponenten und/oder DC- Komponenten.
Wobei der Computer der Vorrichtung das Photoplethysmographie (PPG)-Signal unter Verwendung der ersten oder zweiten Ableitung (dDVP/dt) des PPG analysiert.
Wobei der Computer ferner konfiguriert ist, Licht auszusenden.
-zum Erfassen einer Pulswelle durch Lichtabsorption/Reflexion;
-zur A/D-Wandlung der analogen Signale in digitale Signale;
-zur Vorverarbeitung, die das Rauschen von jedem der Ausgänge des A/D-Wandlungsschritts reduziert,
-zur Erhöhung der Unabhängigkeit zwischen den Signalen;
-zum Analysieren der AC- und DC-Komponente jeder Impulswelle;
-zum Bestimmen des spezifischen hämodynamischen Zustands basierend auf den Ergebnissen der Analyse. Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist ein Verhältnis der AC-Komponente zur DC-Komponente zu bestimmen; V = AC/ DC und wobei dieses Verhältnis V die lokale Perfusion des Gewebes repräsentiert.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist die Kurve der PPG-Welle auf Maxima zu analysieren, und insbesondere zwei Maxima zu identifizieren, die durch eine Einbuchtung getrennt sind, wobei die Einbuchtung die dikrotische Kerbe darstellt.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist die Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen und ein Maß für die Steifheit der Arterien aus der Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist eine Amplitude des ersten Maximums S, zu und eine Amplitude des zweiten Maximums D zu bestimmen, wobei der Computer das Verhältnis der Amplitude des ersten Maximums S zu der Amplitude des zweiten Maximums D als systemischen Gefäßwiderstand bestimmt.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist zur Bestimmung einer maximalen prozentualen PPG-Amplitude die gleich 00% ist und von submaximalen prozentualen PPG- Amplituden im Bereich von unter oder über 0%.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist zur Bestimmung einer Vasokonstriktion, wenn aus dem Verlauf des PPG-Signals keine dikrotische Kerbe identifiziert werden kann und/oder zur Bestimmung einer Vasodilatation, wenn aus dem Verlauf des PPG-Signals eine dikrotische Kerbe identifiziert werden kann.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist zum
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer aus dem lebenden Gewebe; -Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer -Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen Volämiestatus entspricht und bilden eines Normbereiches für DC-Werte -Identifizieren von DC-Signalen, die den Normbereich für DC-Werte verlassen -Bestimmen einer Hypervolämie für DC-Signale, die den Normbereich für DC-Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen
-Bestimmen einer Hypovolämie für DC-Signale, die den Normbereich für DC-Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist zum
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer aus dem lebenden Gewebe; -Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer -Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Komponenten; und
-Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen vaskulären Tonus entspricht und bilden eines Normbereiches für AC-Werte
-Identifizieren von AC-Signalen, die den Normbereich für AC-Werte verlassen -Bestimmen einer Vasokonstriktion für AC-Signale, die den Normbereich für AC-Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen
-Bestimmen einer Vasodilatation für AC-Signale, die den Normbereich für AC-Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen.
Wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet ist eine normale PPG-Form zu identifizieren, wenn die dikrotische Kerbe zwischen 0% und %, der gesamten, maximalen PPG Amplitude beträgt.
Wobei die Vorrichtung umfasst: einen Computer zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals, das eine alternierende AC-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-Komponente als PPG-Basislinie von einem Sensor in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 0 umfasst; Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit durch den Computer aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-komponenten durch den Computer und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Laufe der Zeit durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 0 durch den Computer als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Computer zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals, das eine alternierende AC-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-Komponente als PPG-Basislinie von einem Sensor in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe umfasst;
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit durch den Computer aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-komponenten durch den Computer und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Laufe der Zeit durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes durch den Computer als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Die Erfindung betrifft auch ein System. Das System umfasst zumindest ein Beatmungsgerät, eine Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems und einen Computer. Die Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems und ein Beatmungsgerät können auch Teil eines erfindungsgemäßen Systems sein oder dieses System ausmachen.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, umfassend Anweisungen, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das Verfahren auszuführen.
Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Medium, umfassend Anweisungen, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, bewirken, dass der Computer das Verfahren ausführt.
Die erfindungsgemäße Technologie ist mit der Photo-Plethysmo-Graphie (PPG) verwandt, wie sie bei marktüblichen Pulsoximetern, wie z. B. bei typischen Transmissions-Pulsoximetern für Finger, üblich ist. Die PPG-Welle entspricht der Absorption von Licht durch Gewebe am Finger nach dem Beer-Lambert-Gesetz. Das absorbierte Signal basiert auf zwei Anteilen: einer pulsatilen Komponente (AC), die die Pulsdruckwelle repräsentiert, und einer nicht-pulsatilen Komponente (DC), die venöses Blut, Nagel, Knochen, Haut und Weichgewebe repräsentiert. Die Hauptunterschiede der erfindungsgemäß benötigten PPG-Technologie im Vergleich zu Standard-Pulsoximetern sind:
1. das Fehlen von Filtern die auf das Rohsignal angewandt werden
2. das Fehlen einer automatischen Nullstellung der Basislinie (das Signal kann üblicherweise während der Aufzeichnung schwanken)
3. Ausgaben von Messwerten auf eine Basis von Herzschlag zu Herzschlag (Schlag-zu-Schlag- Basis)
4. Sp02-Werte mit einer Dezimalstelle
5. ein gute Wellenformdefinition
6. eine hohe zeitliche Auflösung
7. AC- und DC-Daten sind mindestens auf Schlag-zu-Schlag-Basis verfügbar
Diese Hardware-Merkmale zusammen ermöglichen viele verschiedene Analysen der PPG- Rohkurven mit speziellen Softwarelösungen die von einem Computer ausgeführt werden.
PPG stellt die nicht-invasive FLOW-Pulswelle dar (ähnlich der PRESSURE-Pulswelle, die durch einen intraarteriellen Katheter gewonnen wird). Die Form des PPG - d.h. definiert durch Amplitude, Breite und die Position der dichrotischen Kerbe in der AC-Komponente - steht in Beziehung zu den Änderungen des arteriellen Blutdrucks, die durch die Veränderung des Gefäßtonus verursacht werden.
Das PPG kann arterielle Hypertonie und Hypotonie, die durch Vasokonstriktion/Vasodilatation verursacht werden, mit einer hohen Sensitivität und Spezifität (97,8 % bzw. 98,4 %) erkennen. Die Neuheit dieses Ansatzes ist seine einzigartige Fähigkeit, den Gefäßtonus zu überwachen; eine nicht-invasive diagnostische Fähigkeit, die bisher nur mit invasiven Mitteln bei Patienten verfügbar war, die ein fortschrittliches hämodynamisches Monitoring zur Berechnung des systemischen Gefäßwiderstands erhalten. Unsere PPG-Wellenform-Analyse bietet eine noch nie dagewesene nicht-invasive Möglichkeit zur Ableitung von Schlag-zu-Schlag-lnformationen über den Gefäßtonus am Krankenbett.
Die DC-Komponente wird durch zwei Komponenten beeinflusst:
1. einer FIXIERTEN Lichtabsorption durch das Gewebe und
2. einer DYNAMISCHEN Lichtabsorption durch das venöse Blut. Somit wird jede Änderung der DC-Komponente durch Änderungen des Volumens des venösen Blutes am Finger verursacht (der dynamische Weg). Nach unseren Messungen an Patienten sind diese Änderungen mit Änderungen des Volumenzustandes verbunden. Daher soll die DC- Komponente sowohl im Operationssaal als auch auf der Intensivstation zur Diagnose und Überwachung der Volämie oder Vorlastabhängigkeit eines Patienten eingesetzt werden.
Die kombinierte Überwachung sowohl der AC- als auch der DC-Komponente liefert klinisch relevante Informationen über Veränderungen des Gefäßtonus und des volämischen Zustands. Durch die Integration in ein Diagnose- und Überwachungsinstrument können verschiedene Ursachen wie Vasokonstriktion, normaler Gefäßtonus, Vasodilatation, Hypovolämie, Normovolämie und Hypervolämie und damit die physio-pathologischen Mechanismen der arteriellen Bluthyper- und -hypotonie erkannt werden. Diese Art der Überwachung ist höchst innovativ, da sie vollständig nicht-invasiv und in Echtzeit erfolgt.
Die vorgeschlagene Analyse der AC/DC-Komponenten kann automatisiert und online dargestellt werden, wodurch Ärzte diagnostische Informationen erhalten oder sogar potenzielle Behandlungen können. Diese Überwachungslösung wird eine "individualisierte, personalisierte Medizin" ermöglichen.
Die beschriebene Technologie, nämlich die Anwendung der PPG-Technologie zur Identifizierung von Informationen über den Gefäßtonus und den volämischen Zustand zur Verwendung in der medizinischen Beatmung beinhaltet
- Die Kombination der Analyse sowohl der AC- als auch der DC-Komponente in einem einzigen Überwachungsinstrument, um verschiedene hämodynamische Zustände zu erkennen und mögliche Lösungen vorzuschlagen (wie die Infusion von Flüssigkeiten oder die Verwendung von Vasokonstriktoren usw.)
- Ein spezielles Kalibrierungsmanöver, das auf dem Heben und Senken der Extremität, die den PPG-Sensor trägt, basiert und Gefäßreflexe auslöst,
- Die Technologie basiert auf der Idee, dass das DC-Signal verwendet werden kann, um die Vorlastabhängigkeit oder die Flüssigkeitsreaktion bei kritisch kranken Patienten im Zusammenhang mit einem DYNAMISCHEN Manöver wie Erhöhung des PEEP, Manöver zum Anheben der Beine usw. zu erkennen.
- Die hohe Korrelation zwischen der PPG-Amplitude und der des arteriellen Blutdrucks könnte nicht-invasive Systeme zur nicht-invasiven Messung des arteriellen Blutdrucks vorhersagen/verbessern/unterstützen.
- PPG kann auch im mittleren bis unteren Ösophagus mit Hilfe der reflektierten Oximetrie gewonnen werden. Die vorgeschlagene AC-Analyse könnte Änderungen der mesenterialen Perfusion auf nicht-invasive Weise erkennen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Als Computer kann, soweit nicht ausdrücklich anders beschrieben, jegliches Rechengerät verstanden werden, welches zur Interaktion mit einer der Messeinrichtung für Messdaten von einem Lebewesen gedacht ist. Insbesondere kann ein Computer als Chip oder Steuereinheit eines Beatmungsgerätes oder eines zumindest mittelbar mit einem Beatmungsgerät verbindbaren Pulsoximeters verstanden werden. In manchen Fällen kann der Computer arbeitsteilig aus einem Chip oder der Steuereinheit eines Beatmungsgerätes oder eines zumindest einem Chip oder der Steuereinheit eines zumindest mittelbar mit einem Beatmungsgerät verbindbaren Pulsoximeters bestehen.
Insbesondere kann ein Computer als Chip oder Steuereinheit einer Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder als Chip oder Steuereinheit einer Vorrichtung zum Bestimmen des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems ausgebildet sein. Wellenformen sind im Sinne der Erfindung Signalverläufe die von der Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aufgezeichnet werden, insbesondere ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal oder eine Licht-Absorption oder ein AC-Signal oder ein DC-Signal.
Unter einem Beatmungsgerät ist jedwedes Gerät zu verstehen, welches einen Anwender oder Patienten bei der natürlichen Atmung unterstützt, die Beatmung des Anwenders bzw. Lebewesens (z.B. Patient und/oder Neugeborener und/oder Frühgeborene) übernimmt und/oder zur Atemtherapie dient und/oder anderweitig die Atmung des Anwenders bzw. Patienten beeinflusst. Darunter fallen zum Beispiel, aber nicht ausschließend, CPAP- sowie BiPAP-Geräte, Narkose- bzw. Anästhesiegeräte, Atemtherapiegeräte, (klinische, außerklinische oder Notfall-) Beatmungsgeräte, Highflow-Therapiegeräte und Hustenmaschinen. Beatmungsgeräte können auch als Diagnosegeräte für die Beatmung verstanden werden. Diagnosegeräte können dabei allgemein zur Erfassung von medizinischen und/oder atmungsbezogenen Parametern eines Lebewesens dienen. Darunter fallen auch Geräte, welche medizinische Parameter von Patienten in Kombination mit der Atmung oder ausschließlich die Atmung betreffend, erfassen und optional verarbeiten können.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 8 beispielhaft näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems und die Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems.
Ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11 wird von einer oder mehreren der folgenden Vorrichtungen 1 generiert und aufgezeichnet; einem Photoplethysmographen, einem Pulsoximeter, einem transmissionsoptischen Sensor, einem reflektierenden photo-optischen Sensor, einem Druckwandler, einer Tonometrievorrichtung, einem Dehnungsmessstreifen, einer Ultraschallvorrichtung, einer elektrischen Impedanzmessvorrichtung, einem Blutdruckmessgerät, einer EKG-Vorrichtung und einem Kamera/Detektorsystem. Die vorgenannten Vorrichtungen können Teil eines medizinischen Beatmungsgeräts sein oder mit einem medizinischen Beatmungsgerät verbunden sein.
Die Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems und ein Beatmungsgerät können auch Teil eines erfindungsgemäßen Systems sein oder dieses System ausmachen.
Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, umfasst einen Sensor 9 mit einem Lichtemitter 2 und einem Lichtdetektor 3. Der Sensor beleuchtet (Lichtemitter 2 lebendes Gewebe 10 mit Licht bestimmter Wellenlängen und empfängt von dem Gewebe 10 moduliertes Licht mit dem Detektor 3. Ein Computer 7 ermittelt aus dem Signal des Detektors 3 ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11. Eine Lichtquelle 2 emittiert Licht auf ein lebendes Gewebe 10 (wie beispielsweise Finger, Stirn oder ähnliches) und ein Detektor S empfängt zumindest einen Teil des von dem Gewebe modulieren Lichtes. Das modulierte Licht kann transmittiertes und/oder reflektiertes und/oder gebrochenes Licht sein oder umfassen. Dem Detektor nachgeschaltet können unterschiedliche elektronische Bausteine 4,5,6 sein, die das Signal für den Computer 7 aufbereiten.
Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Schritte: -Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-komponenten durch den Computer 7 und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Laufe der Zeit durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
-Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtons des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 10 durch den Computer 7 als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Der Computer analysiert das Photoplethysmographie (PPG)-Signal unter Verwendung der ersten oder zweiten Ableitung (d2DVP/dt2) des PPG.
Der Computer analysiert das Signal der Photoplethysmographie (PPG) unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze, die Extraktion periodischer Komponenten unter Verwendung von Frequenzanalysen oder nichtlinearen dynamischen Analysen.
Das Bestimmen einer Pulsfrequenz aus der AC-Komponente umfasst:
-Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer 7;
-Identifizieren eines Zeitereignisses für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer 7; und Bestimmen einer Vielzahl von Zeitdifferenzen durch den Computer 7, wobei jede Zeitdifferenz aus einem ersten Zeitereignis des ersten Spitzenwertes und einem zweiten Zeitereignis eines zweiten Spitzenwertes bestimmt wird.
Das Bestimmen einer Impulsfestigkeitsmetrik aus der AC-Komponente umfasst: -Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer 7; und Identifizieren einer Amplitude für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer 7.
Der Computer 7 ist ferner konfiguriert, um hämodynamische Standardparameter aus anderen Sensoren 20, 30 für eine globale Bewertung der Hämodynamik aufzunehmen.
Der Computer 7 ist ferner konfiguriert, um die vorhergesagte Volämie zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter, wie beispielsweise das nicht-invasive arterielle Blutdrucksignal von anderen Sensoren 20, 30, einbezogen werden.
Der Computer 7 ist ferner konfiguriert, um den vorhergesagten vaskulären Ton zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter aus anderen Sensoren 20, 30 einbezogen werden. Der Computer 7 ist ferner konfiguriert, Licht auszusenden.
-zum Erfassen einer Pulswelle durch Lichtabsorption/Reflexion;
-zur A/D-Wandlung der analogen Signale in digitale Signale;
-zur Vorverarbeitung, die das Rauschen von jedem der Ausgänge des A/D-Wandlungsschritts reduziert,
-zur Erhöhung der Unabhängigkeit zwischen den Signalen;
-zum Analysieren der AC- und DC-Komponente jeder Impulswelle;
-zum Bestimmen des spezifischen hämodynamischen Zustands basierend auf den Ergebnissen der Analyse.
Der Computer 7 ist ferner konfiguriert, um eine Blutsauerstoffsättigung aus dem PPG-Signal zu bestimmen.
Fig. 2a zeigt die unterschiedliche Lichtabsorption der unterschiedlichen Gewebebestandteile. Die Möglichkeit der Pulsoximetrie, SpC>2 nur von arteriellem Blut zu detektieren, basiert auf dem Prinzip, dass die Menge von absorbiertem rotem und infraroten Licht mit jedem Herzschlag schwankt. Bei steigendem arteriellem Blutvolumen während der Systole, also der Anspannungs- bzw. Blutausströmungsphase des Herzens, nimmt das Blutvolumen und damit die Absorption zu und während der Diastole nimmt sie wieder ab.
Im Gegensatz dazu bleibt das Blutvolumen in den Venen und Kapillaren sowie in der Haut, dem Fett, den Knochen usw. relativ konstant. Gleichzeitig bedeutet das für die Absorption des Lichts, dass Venen, Kapillaren, Knochen und andere Gewebebestandteile einfallendes Licht relativ konstant absorbieren - als Messwert kann es über die Dauer eines einzelnen Herzschlages als ein reines Gleichstromsignal (DC) 13 angesehen werden. Arterielles Blut absorbiert hingegen - bedingt durch die pulsierende Volumenänderung innerhalb eines Herzschlages - das Licht unterschiedlich stark, wodurch sich zu dem ebenfalls vorhandenen DC-Signal zusätzlich ein Wechselstromsignal (AC) 12 ergibt. Fig. 2a zeigt ein Querschnittsdiagramm einer Arterie und einer Vene während der Systole und Diastole und veranschaulicht die nicht pulsierenden (DC) 13 und pulsierenden (AC) 12 Abschnitte von Arterien und das relative Fehlen von Volumenveränderungen in Venen und Kapillaren. Zu unterscheiden sind somit pulsierende (AC) und nicht pulsierende (DC) Blutgefäße, wobei nur die Arterie einen pulsierenden (AC) 12 Bestandteil aufweist. Pulsoximeter verwenden den Wechselspannungsanteil der Lichtabsorptionen, um das Modulationsverhältnis zwischen Rot und IR zu ermitteln und berechnen daraus sowohl Sauerstoffsättigung als auch Herzfrequenz. Dabei ist für die Berechnung der Herzfrequenz grundlegend nur die pulsierende Änderung der Messdaten zu betrachten.
Erfindungsgemäß umfasst dazu die Vorrichtung 1 zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, daher einen Sensor 9 mit einem Lichtemitter 2 und einem Lichtdetektor 3. Der Sensor beleuchtet (Lichtemitter 2) lebendes Gewebe 10 mit Licht bestimmter Wellenlängen und empfängt von dem Gewebe 10 moduliertes Licht mit dem Detektor 3. Ein Computer 7 ermittelt aus dem Signal des Detektors 3 ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11 oder eine Licht Absorption. Dem Detektor nachgeschaltet können unterschiedliche elektronische Bausteine 4,5,6 sein, die das Signal für den Computer 7 aufbereiten.
Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Schritte; -Bestimmen einer AC-Komponente 12 aus dem PPG-Signal oder der Licht Absorption -Bestimmen einer DC-Komponente 13 aus dem PPG-Signal oder der Licht Absorption. Der Computer ist auch eingerichtet und ausgebildet ein Verhältnis der AC-Komponente 12 zur DC-Komponente 13 zu bestimmen; V = AC / DC. Dieses Verhältnis V repräsentiert die lokale Perfusion des Gewebes. Werte von unter 1,5 deuten dabei auf eine schlechte Perfusion hin.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Fig. 2b zeigt für den pulsierenden (AC) 12 Bestandteil die PPG Amplitude in % im Zeitverlauf. Die Kurve der PPG-Welle weist zwei Maxima auf, die durch eine Einbuchtung getrennt sind. Die Einbuchtung stellt die dikrotische Kerbe 14 dar. Die erste Welle S basiert auf der systolischen (Vorwärts-)Welle und die zweite Welle basiert auf der diastolischen (Rückwärts- )Welle.
Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, umfasst daher einen Sensor 9 mit einem Lichtemitter 2 und einem Lichtdetektor 3. Der Sensor beleuchtet (Lichtemitter 2) lebendes Gewebe 10 mit Licht bestimmter Wellenlängen und empfängt von dem Gewebe 10 moduliertes Licht mit dem Detektor 3. Ein Computer 7 ermittelt aus dem Signal des Detektors 3 ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11. Eine Lichtquelle 2 emittiert Licht auf ein lebendes Gewebe 10 (wie beispielsweise Finger, Stirn oder ähnliches) und ein Detektor 3 empfängt zumindest einen Teil des von dem Gewebe modulieren Lichtes. Das modulierte Licht kann transmittiertes und/oder reflektiertes und/oder gebrochenes Licht sein oder umfassen. Dem Detektor nachgeschaltet können unterschiedliche elektronische Bausteine 4,5,6 sein, die das Signal für den Computer 7 aufbereiten.
Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Schritte: -Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten 12 der PPG-Signale -Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten 13 der PPG-Signale.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen; Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer prozentualen PPG-Amplitude aus dem AC-Anteil. Der Computer ist auch eingerichtet und ausgebildet die Kurve der PPG-Welle auf Maxima zu analysieren, insbesondere zwei Maxima zu identifizieren, die durch eine Einbuchtung getrennt sind, wobei die Einbuchtung die dikrotische Kerbe 14 darstellt. Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet ein erstes Maximum S, basierend auf der systolischen (Vorwärts-)Welle, zu identifizieren und ein zweites Maximum D, basierend auf der diastolischen (Rückwärts-)Welle, zu identifizieren.
Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet die Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen.
Die Zeitverzögerung zwischen den Maxima (DT) hängt von der Steifheit der Arterien ab. Das Verhältnis der Amplituden des B. Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet ein Maß für die Steifheit der Arterien aus der Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen.
Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet eine Amplitude des ersten Maximums S, zu und eine Amplitude des zweiten Maximums D zu bestimmen. Das Verhältnis der Amplitude des ersten Maximums S zu der Amplitude des zweiten Maximums D steht im Zusammenhang mit dem systemischen Gefäßwiderstand. Der Computer ist daher eingerichtet und ausgebildet, ein Maß für den systemischen Gefäßwiderstand aus dem Verhältnis der Amplitude des ersten Maximums S zu der Amplitude des zweiten Maximums D zu ermitteln.
Fig. 3a und 3b zeigen die Wellenformen gemäß der Fig. 2b mit unterschiedlichen dikrotischen Kerben 14. Fig. 3a und 3b zeigen für den pulsierenden (AC) 12 Bestandteil die PPG Amplitude in % im Zeitverlauf. Die Kurve der PPG-Welle weist zwei Maxima auf, die durch eine Einbuchtung 14 getrennt sind. Die Einbuchtung stellt die dikrotische Kerbe 14 dar. In Fig. 3a ist die dikrotische Kerbe 14 unter 50% der maximalen PPG Amplitude. In Fig. 3b ist die dikrotische Kerbe 14 über 50% der maximalen PPG Amplitude.
Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems, umfasst hier einen Sensor 9 mit einem Lichtemitter 2 und einem Lichtdetektor 3. Der Sensor beleuchtet (Lichtemitter 2) lebendes Gewebe 10 mit Licht bestimmter Wellenlängen und empfängt von dem Gewebe 10 moduliertes Licht mit dem Detektor 3. Ein Computer 7 ermittelt aus dem Signal des Detektors 3 ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11. Eine Lichtquelle 2 emittiert Licht auf ein lebendes Gewebe 10 (wie beispielsweise Finger, Stirn oder ähnliches) und ein Detektor 3 empfängt zumindest einen Teil des von dem Gewebe modulieren Lichtes. Das modulierte Licht kann transmittiertes und/oder reflektiertes und/oder gebrochenes Licht sein oder umfassen.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer prozentualen PPG-Amplitude. Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer maximalen prozentualen PPG-Amplitude, die gleich 100% ist und zur Bestimmung von submaximalen prozentualen PPG-Amplituden. Der Computer ist auch eingerichtet und ausgebildet die Kurve der PPG-Welle auf Maxima zu analysieren und insbesondere zwei Maxima zu identifizieren, die durch eine Einbuchtung 14 getrennt sind, wobei die Einbuchtung die dikrotische Kerbe 14 darstellt. Der Computer ist eingerichtet und ausgebildet ein erstes Maximum S, basierend auf der systolischen (Vorwärts-)Welle, zu identifizieren und ein zweites Maximum D, basierend auf der diastolischen (Rückwärts-)Welle, zu identifizieren und eine dikrotische Kerbe 14 zwischen den Maxima zu identifizieren. Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer maximalen prozentualen PPG-Amplitude und von submaximalen prozentualen PPG-Amplituden im Bereich von unter oder über 50%.
Fig. 4 zeigt normale PPG-Wellenformen (Mitte) und PPG-Wellenformen, die typisch sind für eine Vasokonstriktion (linke Hälfe) oder PPG-Wellenformen, die typisch sind für eine Vasodilatation (rechte Hälfe). Auffallend ist dabei, dass die dikrotische Kerbe 14 nur bei der normalen PPG-Wellenform und bei der PPG-Wellenform bei Vasodilatation vorkommt. Bei der Vasokonstriktion kann die dikrotische Kerbe nicht auffindbar sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems umfasst dafür einen Computer 7 zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11, das eine alternierende AC 12 Komponente und eine DC 13 Komponente von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 enthält.
Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet zum Bestimmen einer Vielzahl von PPG- Signalen im Laufe der Zeit durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe.
Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet zum Bestimmen einer Vielzahl von AC- Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7 und zum Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen; Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer prozentualen PPG-Amplitude oder des Verlaufs eines PPG-Signals. Der Computer ist auch eingerichtet und ausgebildet den Verlauf des PPG-Signals auf Maxima zu analysieren und insbesondere zwei Maxima zu identifizieren, die durch eine Einbuchtung 14 getrennt sind, wobei die Einbuchtung die dikrotische Kerbe 14 darstellt. Der Computer ist beispielsweise eingerichtet und ausgebildet ein erstes Maximum S, basierend auf der systolischen (Vorwärts-)Welle, zu identifizieren und ein zweites Maximum D, basierend auf der diastolischen (Rückwärts-)Welle, zu identifizieren und eine dikrotische Kerbe 14 zwischen den Maxima zu identifizieren. Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer Vasokonstriktion, wenn aus dem Verlauf des PPG-Signals keine dikrotische Kerbe 14 identifiziert werden kann. Der Computer ist zudem eingerichtet und ausgebildet zur Bestimmung einer Vasodilatation, wenn aus dem Verlauf des PPG-Signals eine dikrotische Kerbe 14 identifiziert werden kann. Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet eine Vasokonstriktion zu verifizieren, indem der Blutdruck bestimmt wird, wobei eine Vasokonstriktion identifiziert wird, wenn der Verlauf des PPG-Signals keine dikrotische Kerbe 14 aufweist und zudem der Blutdruck ansteigt.
Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet eine Vasodilatation zu verifizieren, indem der Blutdruck bestimmt wird, wobei eine Vasodilatation identifiziert wird, wenn der Verlauf des PPG-Signals eine dikrotische Kerbe 14 aufweist und zudem der Blutdruck absinkt.
Aus einer Zusammenschau von Fig. 3 und 4 ergibt sich; die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet zur Klassifizierung des Gefäßtonus anhand der der Photo-Plethysmographie- Wellenformform. Die Klassifizierung basiert auf der Amplitude der Photoplethysmographie (PPG) (Fig. 4) und auf der Positionierung der dikrotischen Kerbe Fig.3.
Die Vorrichtung ist eingerichtet eine normale PPG-Form und eine Vasodilatation und eine Vasokonstriktion zu identifizieren:
Die Vorrichtung ist eingerichtet eine normale PPG-Form zu identifizieren, wenn die dikrotische Kerbe 14 zwischen 20 und 55% bevorzugt 30 - 50% der gesamten PPG Amplitude beträgt. Vasodilatation erhöht die PPG-Amplitude da das Gewebe mehr Blutfluss (mehr Infrarotlichtabsorption) aufweist. Bei leichter Vasodilatation erreicht die Kerbe 14 die Grundlinie 15, obwohl die Rückwärtswelle immer noch offensichtlich ist. Bei ausgeprägter Vasodilatation fehlt die Kerbe 14 und bei sehr ausgeprägter Vasodilatation wird die Kerbe negativ (geht unter die Grundlinie 15).
Die Vasokonstriktion (Fig.4 links) zeigt weniger PPG Amplitude als normal, was bedeutet, dass der Blutfluss abnimmt (weniger Infrarot Lichtabsorption).
Die Kerbe 14 steigt an auf über 50% der gesamten PPG Amplitude und/ verschmilzt mit dem systolischen Pulsspitze.
Fig. 5 zeigt das Gleichstromsignal (DC) 13 im Zeitverlauf bei einer Veränderung des Blutvolumens. Zu erkennen ist in der oberen Abbildung, dass das DC-Signal nach einer Entnahme von 450 ml Blut abnimmt (Hypovolämie). In der unteren Abbildung ist zu erkennen, wie das Gleichstromsignal (DC) 13 im Zeitverlauf zunimmt, wenn (nach einer Blutentnahme) Flüssigkeit zugeführt wird (Normovoläme). Darauf basiert erfindungsgemäß die Erkennung des Volämiestatus. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems umfasst dafür einen Computer 7 zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11, das zumindest eine DC 13 Komponente von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 enthält.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet zum Bestimmen eines DC 13 Signals im Laufe der Zeit durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe.
Die Vorrichtung ist zudem eingerichtet den Verlauf eines DC 13 Signals (im Laufe der Zeit) als Basislinie 13b festzulegen, wobei die Basislinie 13b im Wesentlichen keine Veränderung des DC-Signals im Laufe der Zeit (für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden) aufweist.
Die Vorrichtung ist zudem eingerichtet aus dem Verlauf eines DC 13 Signals (im Laufe der Zeit) eine Abweichung von der Basislinie 13b zu bestimmen. Wobei ein Abfallen des DC-Signals unter die Basislinie 13b als eine Hypovolämie bewertet wird, wenn der Abfall des DC-Signals unter die Basislinie 13b für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden oder länger andauert.
Wobei ein Ansteigen des DC-Signals über die Basislinie 13b als eine Hypervolämie bewertet wird, wenn der Anstieg des DC-Signals über die Basislinie 13b für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden oder länger andauert.
Wobei ein Ansteigen des DC-Signals auf eine gespeicherte Basislinie 13b als eine Normovolämie bewertet wird, wenn der Anstieg des DC-Signals auf die Basislinie 13b dann erfolgt, wenn zuvor eine Hypovolämie identifiziert wurde, die zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden oder länger andauerte und anschließend ein Ansteigen des DC-Signals identifiziert wurde.
Fig. 6 und Fig. 7 veranschaulichen die Kalibrierung 14 der PPG-Messung für die Volämiebestimmung.
Dafür muss der Patient im Liegen die Hand oder den Arm mit dem PPG-Sensor zunächst auf einer Ebene mit dem Herzen halten, damit - bei einem Winkel von 0° - eine Bestimmung des PPG-Grundsignals 15 erfolgen kann. Das PPG-Grundsignal 15 wird in der Vorrichtung gespeichert. Dann wird die Hand in einem Winkel von 45° angehoben, um eine Vasodilatation und eine Hypovolämie zu simulieren. In dieser Lage wird eine Bestimmung des PPG-Signals für eine Vasodilatation und eine Hypovolämie 16 durchgeführt. Das PPG-Signal, das eine Vasodilatation und eine Hypovolämie 16 repräsentiert, wird in der Vorrichtung gespeichert.
Anschließend erfolgt eine erneute Bestimmung des PPG-Grundsignals 15. Daraufhin erfolgt ein Absenken der Hand um 45° nach unten, wodurch Blut in die Hand fließt, um eine Vasokonstriktion und eine Hypervolämie zu simulieren. In dieser Lage wird eine Bestimmung des PPG-Signals für eine Vasokonstriktion und eine Hypervolämie 17 durchgeführt. Das PPG- Signal, das eine Vasokonstriktion und eine Hypervolämie 17 repräsentiert, wird in der Vorrichtung gespeichert. Anschließend erfolgt eine erneute Bestimmung des PPG- Grundsignals 15. Anschließend überwacht die Vorrichtung den Volämiestatus und/oder die Vasokonstriktion oder Vasodilatation durch eine Bestimmung 18 des PPG-Signals, insbesondere des DC-Anteils, im Laufe der zeit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems umfasst dafür einen Computer 7 zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals, das zumindest eine DC- Signalkomponente von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 enthält. Die Vorrichtung ist beispielsweise eingerichtet zum Bestimmen eines DC- Signals im Laufe der Zeit durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Die Vorrichtung ist zudem eingerichtet den Verlauf eines DC-Signals (im Laufe der Zeit) als Grundsignal 15 festzulegen, wobei das Grundsignal 15 im Wesentlichen keine Veränderung des DC-Signals im Laufe der Zeit (für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden) aufweist.
Die Vorrichtung ist zudem eingerichtet aus dem Verlauf eines DC-Signals (im Laufe der Zeit) eine Abweichung von dem Grundsignal 15 zu bestimmen. Wobei ein Abfallen des DC-Signals unter das Grundsignals 15 als eine Hypovolämie bewertet wird, wenn der Abfall des DC-Signals unter das Grundsignal 15 für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden oder länger andauert.
Wobei ein Ansteigen des DC-Signals über das Grundsignal 15 als eine Hypervolämie bewertet wird, wenn der Anstieg des DC-Signals über das Grundsignal 15 für zumindest 10 Sekunden, bevorzugt für zumindest 30 Sekunden oder länger andauert. Aus dem Vergleich der Ausführungsbeispiele der Figuren 5, 6 und 7 ergibt sich, dass die Basislinie 13b dem Grundsignal 15 im Wesentlichen entsprechen kann. Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße PPG-Messung für die Volämiebestimmung und/oder die Bestimmung einer Vasokonstriktion oder Vasodilatation mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Für das AC-Signal 12 im oberen Teil der Fig. 8 ist durch die Kalibration gemäß Fig.6, 7 ein Bereich des AC-Signals definiert, der dem normalen Vaskulären Tonus 21 entspricht.
Weicht das AC-Signal nach oben ab, entspricht es einer Vasodilatation 22.
Weicht das AC-Signal nach unten ab, entspricht es einer Vasokonstriktion 23.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren sind eingerichtet und ausgebildet zum -Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11 durch einen Computer 7, das eine alternierende AC-12-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-13-Komponente als PPG- Basislinie von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 umfasst;
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Komponenten; und
-Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen vaskulären Tonus entspricht und bilden eines Normbereiches 21 für AC-Werte -Identifizieren von AC-Signalen, die den Normbereich 21 für AC-Werte verlassen -Bestimmen einer Vasokonstriktion 23 für AC-Signale, die den Normbereich 21 für AC-Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen
-Bestimmen einer Vasodilatation 22 für AC-Signale, die den Normbereich 21 für AC-Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen.
Der Computer 7 ist eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens- Schritte:
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC- Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
Für das DC-Signal 13 im unteren Teil der Fig. 8 ist durch die Kalibration gemäß Fig.6, 7 ein Bereich des DC-Signals definiert, der einer normalen Volämie 24 entspricht.
Weicht das DC-Signal nach oben ab, entspricht es einer Hypervolämie 25.
Weicht das DC-Signal nach unten ab, entspricht es einer Hypovolämie 26.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren sind eingerichtet und ausgebildet zum -Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11 durch einen Computer 7, das eine alternierende AC-12-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-13-Komponente als PPG- Basislinie von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 umfasst; -Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen Volämiestatus entspricht und bilden eines Normbereiches 24 für DC-Werte -Identifizieren von DC-Signalen, die den Normbereich 24 für DC-Werte verlassen -Bestimmen einer Hypervolämie 25 für DC-Signale, die den Normbereich 24 für DC-Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen
-Bestimmen einer Hypovolämie 26 für DC-Signale, die den Norm bereich 24 für DC-Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren sind eingerichtet und ausgebildet zum -Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11 durch einen Computer 7, das eine alternierende AC-12-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-13-Komponente als PPG- Basislinie von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 umfasst;
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten 13 der PPG-Signale durch den Computer 7 -Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten 12 durch den Computer 7 und
-Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
-Bestimmen des Volämiestatus 24,25,26 und/oder des Gefäßtonus 21,22,23 des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 10 durch den Computer 7 als Reaktion auf mindestens eine AC-wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems, wobei das Verfahren umfasst; sensorisches Erfassen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals von einem lebenden Gewebe, wobei das PPG-Signal eine alternierende AC-Komponente als PPG- Amplitude und eine DC-Komponente als PPG-Basislinie aufweist,
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst:
Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11 durch einen Computer 7, das eine alternierende AC-12-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-13- Komponente als PPG-Basislinie von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 umfasst;
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten 13 der PPG-Signale durch den Computer 7
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten 12 durch den Computer 7 und
Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 10 durch den Computer 7 als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
3. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer das Photoplethysmographie (PPG)-Signal unter Verwendung der ersten oder zweiten Ableitung (d2DVP/dt2) des PPG analysiert.
4. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer das Signal der Photoplethysmographie (PPG) unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze, die Extraktion periodischer Komponenten unter Verwendung von Frequenzanalysen oder nichtlinearen dynamischen Analysen analysiert.
5. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Bestimmen einer Pulsfrequenz aus der AC-Komponente umfasst:
Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer 7;
Identifizieren eines Zeitereignisses für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer 7; und Bestimmen einer Vielzahl von Zeitdifferenzen durch den Computer 7, wobei jede Zeitdifferenz aus einem ersten Zeitereignis des ersten Spitzenwertes und einem zweiten Zeitereignis eines zweiten Spitzenwertes bestimmt wird.
6. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Bestimmen umfasst:
Identifizieren einer Vielzahl von Signalspitzen innerhalb der AC-Komponente durch den Computer 7; und Identifizieren einer Amplitude für jede der Vielzahl von Signalspitzen durch den Computer 7.
7. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, ferner umfassend das Bestimmen einer durchschnittlichen Amplitude für mindestens einen Teil der Vielzahl von Amplituden durch den Computer 7.
8. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 die Wellenform mindestens einer AC-Komponente analysiert, um mindestens eine oder mehrere einer Wellenamplitude zu identifizieren, als den Wellenabstand von unten nach oben, ausgedrückt in einer Skala von 0-100%, eine systolische Vorwärtswelle S, eine diastolische Rückwärtswelle D, eine dichrotische Kerbe 14, die durch die Analyse der ersten Ableitung von PPG bestimmt wird und die systolische Vorwärtswelle S und die diastolische Rückwärtswelle D trennt.
9. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC-komponente vorhersagt, wobei ein normaler Gefäßtonus durch eine Wellenform mit einer bestimmten Amplitude gekennzeichnet ist, wobei die dichrotische Kerbe 14 zwischen 15-50% der Wellenamplitude liegt.
10. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC-komponente vorhersagt, wobei eine Vasokonstriktion durch eine niedrige Wellenformamplitude gekennzeichnet ist, die sich auf die normale PPG-Amplitude bezieht, wobei die dichrotische Kerbe 14 oberhalb von 50% der Wellenamplitude liegt.
11. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC-komponente vorhersagt, wobei eine Vasokonstriktion durch eine geringe Wellenformamplitude ohne dichrotische Kerbe 14 gekennzeichnet ist oder sogar mit der (den) systolischen Impulswelle(n) verschmolzen ist.
12. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems aus der Wellenform mindestens einer AC-komponente vorhersagt, wobei eine normale Vasodilatation durch eine hohe Wellenformamplitude mit der dichrotischen Kerbe 14 unterhalb von 15 % der Wellenamplitude oder sogar unterhalb von Null (negative dichrotische Kerbe) gekennzeichnet ist.
13. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, worin der Computer 7 die Volämie des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC- Komponente im Laufe der Zeit voraussagt.
14. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 die Volämie des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC- Komponente über die Zeit voraussagt, wobei Hypervolämie vorhergesagt wird, wenn eine Verschiebung der DC-Komponente über eine definierte Basislinie über die Zeit auftritt.
15. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 die Volämie des hämodynamischen Systems von einer Verschiebung der DC- Komponente über die Zeit voraussagt, wobei Hypovolämie vorhergesagt wird, wenn eine Verschiebung der DC-Komponente unter eine definierte Basislinie über die Zeit eintritt.
16. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um AC-komponenten der PPG-Signalwellenform als Maß für den Gefäßtonus zu analysieren, während eine Verschiebung der DC-Komponente (DC) über die Zeit als Maß für Volämie bestimmt wird.
17. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 einen zweiten PPG-Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 verwendet, wobei der zweite PPG-Sensor 2, 3, 9 im Vergleich zum ersten Sensor an anderer Stelle am lebenden Gewebe angeordnet ist, um Daten vom ersten Sensor 2, 3, 9 zu validieren.
18. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 a mindestens einen anderen Sensor 20 und solche Sensordaten, zum Beispiel einen Beschleunigungssensor 21, ein Tonometer, Mikroskop, Druck oder einen Temperatursensor verwendet, um Daten von dem ersten Sensor 2, 3, 9 zu validieren.
19. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 a mindestens einen anderen Sensor 30 und solche Sensordaten verwendet, zum Beispiel Elektrokardiogramm 31, nicht-invasiver arterieller Blutdruck 32, nicht-invasiver arterieller Pulsfluss-/Druckwellenform 33, Kapnographie 34, Oxygrafie 35, um ergänzende Informationen für die Vorhersage des Zustands des hämodynamischen Systems bereitzustellen.
20. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um die vorhergesagte Volämie zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter, wie beispielsweise das nicht-invasive arterielle Blutdrucksignal von anderen Sensoren 20, BO, einbezogen werden.
21. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um den vorhergesagten vaskulären Ton zu überprüfen, indem hämodynamische Parameter aus anderen Sensoren 20, 30 einbezogen werden.
22. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um eine PPG-Konturanalyse durchzuführen, die Wellenamplitude und dichrotische Kerbenposition 14 identifiziert;
Erfassen von Änderungen in der DC-Komponente gegenüber der Basislinie;
Bestimmen einer spezifischen hämodynamischen Bedingung basierend auf den Ergebnissen der Analyse; und Berechnen der Amplitude und Kerbenposition sowie der Verschiebung der DC- Komponente von der Basislinie für jede Pulswellenform.
23. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob eine Beziehung zwischen dem AC und der DC-Komponente des PPG-Signals besteht.
24. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um 14 das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG- Signalen im Laufe der Zeit zu kalibrieren, während das lebende Gewebe 10 für einen ersten Zeitraum der Zeit 15 auf Herzniveau angeordnet ist, gefolgt von einem zweiten Zeitraum der Zeit 16, wobei das lebende Gewebe oberhalb des Herzniveaus angeordnet ist, gefolgt von einem dritten Zeitraum der Zeit 17, wobei das lebende Gewebe unterhalb des Herzniveaus angeordnet ist.
25. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG- Signalen über die Zeit zu kalibrieren, während das lebende Gewebe 10 für einen ersten Zeitraum derzeit 15 auf Herzniveau nach einem zweiten Zeitraum derzeit 16 und/oder einem dritten Zeitraum der Zeit 17 angeordnet ist.
26. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, um das PPG-Signal durch Bestimmen einer Vielzahl von PPG- Signalen im Laufe der Zeit, Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG- Signale und Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale zu kalibrieren, während das lebende Gewebe für eine erste Zeitspanne von 15 auf Herzhöhe angeordnet ist, gefolgt von einer zweiten Zeitspanne 16 das lebende Gewebe oberhalb des Herzniveaus angeordnet ist, gefolgt von einer dritten Zeitspanne 17 das lebende Gewebe unterhalb des Herzniveaus angeordnet ist, worin der Computer Werte von PPG-Signalen, einschließlich AC- und DC-Komponenten, aus der ersten Zeitspanne 15, aus der zweiten Zeitspanne 16 und der dritten Zeitspanne speichert, um den klinischen Bereich der Normalwerte sowie die höchst- und niedrigstmöglichen Grenzwerte der PPG-Signale, einschließlich AC- und DC-Komponenten, in Bezug auf Gefäßtonus und Volämie für einen bestimmten Patienten 19 zu bestimmen.
27. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer Werte von PPG-Signalen aus dem ersten Zeitraum 15 als Basiswerte und Werte aus dem zweiten Zeitraum 16 als Untergrenze für Vasodilatation und/oder Hypovolämie und Werte aus dem dritten Zeitraum 17 als Obergrenze für Vasokonstriktion und/oder Hypervolämie für einen bestimmten Patienten 19 speichert.
28. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei die Zeiträume 15, 16, 17 gleich lang sind oder wobei jeder Zeitraum 15, 16, 17 so lange dauert, wie erforderlich, um ein stabiles PPG-Signal zu erhalten.
29. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, beginnend mit 18, um den Volämiestatus und/oder den Gefäßtonus des hämodynamischen Systems für einen bestimmten Patienten 19 vorherzusagen, nachdem die Kalibrierung 14 abgeschlossen ist.
30. Verfahren nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, eine Regel zum Alarmieren oder Nicht-Warnen von medizinischem Personal basierend auf der tatsächlichen Vorhersage des volämischen Status und/oder des vaskulären Tons des hämodynamischen Systems anzuwenden, wobei das medizinische Personal alarmiert wird, wenn der volämische Status und/oder der vaskuläre Ton um einen vorbestimmten relativen oder absoluten Betrag steigt oder sinkt.
31. Verfahren nach mindestens den vorstehenden Ansprüchen, wobei das Verfahren während mindestens eines obligatorischen Atemzyklus durchgeführt wird, wobei der ComputerTeil eines medizinischen Beatmungsgeräts ist oder mit einem medizinischen Beatmungsgerät verbunden ist, um die durch dieses Gerät induzierte kardiopulmonale Interaktion zu bewerten.
32. Vorrichtung 1 zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems, wobei die Vorrichtung aufweist; einen Sensor 9 zum Erfassen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals von einem lebenden Gewebe, wobei das PPG-Signal eine alternierende AC-Komponente als PPG- Amplitude und eine DC-Komponente als PPG-Basislinie aufweist, einen Computer7 der eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens-Schritte: Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-Komponenten und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes als Reaktion auf mindestens eine AC- Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf. BB. Vorrichtung 1 nach Anspruch 32, umfassend zumindest einen Sensor 9, mit zumindest einem Lichtemitter 2 und zumindest einem Lichtdetektor 3, wobei der Sensor lebendes Gewebe 10 mit Licht bestimmter Wellenlängen beleuchtet und von dem Gewebe 10 moduliertes Licht mit dem Detektor 3 empfängt, wobei ein Computer 7 umfasst ist, der aus dem Signal des Detektors 3 ein Photoplethysmographie (PPG)-Signal 11 oder eine Licht-Absorption ermittelt, wobei der Computer eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der folgenden Verfahrens-Schritte:
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen oder der Licht-Absorption im Laufe der Zeit aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale oder der Licht- Absorption
-Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale oder der Licht- Absorption
-Bestimmen des volämischen Status und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 10 durch Analyse der AC-Komponenten und/oder DC- Komponenten.
34. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer das Photoplethysmographie (PPG)-Signal unter Verwendung der ersten oder zweiten Ableitung (d2DVP/dt2) des PPG analysiert.
35. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 ferner konfiguriert ist, Licht auszusenden.
-zum Erfassen einer Pulswelle durch Lichtabsorption/Reflexion;
-zur A/D-Wandlung der analogen Signale in digitale Signale;
-zur Vorverarbeitung, die das Rauschen von jedem der Ausgänge des A/D- Wandlungsschritts reduziert,
-zur Erhöhung der Unabhängigkeit zwischen den Signalen;
-zum Analysieren der AC- und DC-Komponente jeder Impulswelle;
-zum Bestimmen des spezifischen hämodynamischen Zustands basierend auf den Ergebnissen der Analyse.
36. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist ein Verhältnis der AC-Komponente 12 zur DC-Komponente 13 zu bestimmen; V = AC / DC und wobei dieses Verhältnis V die lokale Perfusion des Gewebes repräsentiert.
37. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist die Kurve der PPG-Welle auf Maxima zu analysieren, und insbesondere zwei Maxima S und D zu identifizieren, die durch eine Einbuchtung getrennt sind, wobei die Einbuchtung die dikrotische Kerbe 14 darstellt.
38. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist die Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen und ein Maß für die Steifheit der Arterien aus der Zeitverzögerung (DT) zwischen den Maxima S und D zu bestimmen.
39. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist eine Amplitude des ersten Maximums S, zu und eine Amplitude des zweiten Maximums D zu bestimmen, wobei der Computer das Verhältnis der Amplitude des ersten Maximums S zu der Amplitude des zweiten Maximums D als systemischen Gefäßwiderstand bestimmt.
40. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist zur Bestimmung einer maximalen prozentualen PPG-Amplitude die gleich 100% ist und von submaximalen prozentualen PPG-Amplituden im Bereich von unter oder über 50%.
41. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist zur Bestimmung einer Vasokonstriktion, wenn aus dem Verlauf des PPG-Signals keine dikrotische Kerbe 14 identifiziert werden kann und/oder zur Bestimmung einer Vasodilatation, wenn aus dem Verlauf des PPG- Signals eine dikrotische Kerbe 14 identifiziert werden kann.
42. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist zum
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
-Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen Volämiestatus entspricht und bilden eines Normbereiches 24 für DC-Werte -Identifizieren von DC-Signalen, die den Normbereich 24 für DC-Werte verlassen -Bestimmen einer Hypervolämie 25 für DC-Signale, die den Normbereich 24 für DC- Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen
-Bestimmen einer Hypovolämie 26 für DC-Signale, die den Normbereich 24 für DC- Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen.
43. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist zum
-Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
-Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten 12 der PPG-Signale durch den Computer 7
-Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Komponenten; und
-Bestimmen eines AC-Signaltrends im Zeitverlauf, der einem normalen vaskulären Tonus entspricht und bilden eines Normbereiches 21 für AC-Werte -Identifizieren von AC-Signalen, die den Normbereich 21 für AC-Werte verlassen -Bestimmen einer Vasokonstriktion 23 für AC-Signale, die den Normbereich 21 für AC- Werte nach unten (in Richtung Null) verlassen
-Bestimmen einer Vasodilatation 22 für AC-Signale, die den Normbereich 21 für AC- Werte nach oben (in Richtung Eins) verlassen.
44. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer 7 eingerichtet und ausgebildet ist eine normale PPG-Form zu identifizieren, wenn die dikrotische Kerbe 14 zwischen 20% und 55%, der gesamten, maximalen PPG Amplitude beträgt.
45. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Computer? zum Empfangen eines Photoplethysmographie (PPG)-Signals 11, das eine alternierende AC-12-Komponente als PPG-Amplitude und die DC-13-Komponente als PPG-Basislinie von einem Sensor 2, 3, 9 in Datenkommunikation mit einem lebenden Gewebe 10 umfasst;
Bestimmen einer Vielzahl von PPG-Signalen im Laufe der Zeit durch den Computer 7 aus dem lebenden Gewebe;
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7
Bestimmen einer Vielzahl von DC-Komponenten der PPG-Signale durch den Computer 7
Bestimmen einer Vielzahl von AC-Wellenformen aus den AC-komponenten durch den Computer 7 und Identifizieren von Unterschieden der AC-Wellenformen im Laufe der Zeit durch Vergleichen von mindestens zwei AC-Wellenformen;
Bestimmen eines DC-Signaltrends im Zeitverlauf durch den Computer 7 durch Vergleichen von mindestens zwei DC-Komponenten; und
Bestimmen des Volämiestatus und/oder des Gefäßtonus des hämodynamischen Systems des lebenden Gewebes 10 durch den Computer 7 als Reaktion auf mindestens eine AC-Wellenformdifferenz und/oder einen DC-Signaltrend im Zeitverlauf.
46. System umfassend zumindest ein Beatmungsgerät und eine Vorrichtung zum Bestimmen des volämischen Status und/oder des vaskulären Tonus des hämodynamischen Systems mach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
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