ES2221419T3

ES2221419T3 - Dispositivo para determinar la profundidad del sueño.

Info

Publication number: ES2221419T3
Application number: ES99940036T
Authority: ES
Inventors: Wilfried Prof. Dr. Dimpfel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: JP2002521081A; EP1098593B1; EP0974304A1; CA2338545A1; ATE266355T1; WO2000004827A1; DE59909481D1; EP1098593A1; DE29918193U1; US6157857A; AU5412699A; DE19981346D2

Abstract

Dispositivo para determinar la profundidad del sueño, con - un dispositivo de transformación (4) al que se proporciona una señal de salida (EEG(t)) de un aparato medidor del EEG (1) y que transforma la señal del EEG proporcionada en un dominio de frecuencias que comprende los dominios de frecuencias a, b y c, y - un dispositivo de tratamiento (5) al que se proporciona la señal del EEG transformada en el dominio de frecuencias (EEG(f)) procedente del dispositivo de transformación (4) y que calcula los valores A, B y C representativos para el dominio de frecuencias de 4, 75 hasta 6, 75 Hz, el dominio de frecuencias b de 12, 75 hasta 18, 5 Hz y el dominio de frecuencias c de 18, 75 hasta 35, 0 Hz, o como mínimo dos de los dominios de frecuencia, y determina a partir de ello un índice de la profundidad del sueño SF.

Description

Dispositivo para determinar la profundidad del sueño.

La presente invención se refiere a un dispositivo para determinar la profundidad del sueño, en especial durante la narcosis en caso de una intervención terapéutica/quirúrgica.

La determinación de la profundidad del sueño tanto en un sueño fisiológico como también en uno inducido mediante medicamentos, lo llevan a cabo por regla general de manera visual expertos experimentados que evalúan el EEG de un paciente y asignan valores a cada una de las secciones de tiempo de 20 a 30 segundos de duración que reproducen esa profundidad del sueño. La evaluación se basa en los trabajos de Rechtschaffen & Kales del año 1969 que es en la actualidad la única norma reconocida de modo general para evaluar y determinar la profundidad del sueño del ser humano basándose en un EEG.

Es evidente que este procedimiento no resulta adecuado para ser empleado a gran escala o durante una intervención terapéutica/quirúrgica para la cual se provoque en el paciente un sueño inducido por medicamentos (narcosis). Por este motivo se han llevado a cabo numerosos intentos para determinar la profundidad del sueño basándose en la señal del EEG. En especial, se han transformado las señales del EEG (Fast-Fourier-Transformation) y se ha sometido la representación de la señal del EEG a una valoración en el dominio de frecuencias. Se ha dedicado una atención particular a las frecuencias, a las que en general se ha designado como ondas \Delta y que se encontraban en el dominio de aproximadamente 0 a 3,5 Hz. Estas porciones de la señal del EEG, de longitud de onda muy larga, se relacionaron con el estado de conciencia "sueño" y se desarrollaron métodos que, basándose en estas frecuencias, debían permitir una determinación de la profundidad del sueño. A continuación, se verificaron los resultados comparando la profundidad del sueño determinada automáticamente con la calculada visualmente por los expertos según el método acreditado de Rechtschaffen & Kales. Sin embargo, los métodos empleados hasta la fecha no dieron ningún resultado fiable o sólo utilizable de manera limitada, de tal manera que hasta la fecha no es posible realizar una determinación automática fiable de la profundidad del sueño.

Debido a los esfuerzos anteriormente citados para determinar de un modo automatizado y con validez general el estado de conciencia, se hicieron intentos para evaluar en particular el sueño inducido mediante medicamentos. Para ello, se analizaron en parte dominios de frecuencia individuales que se encontraban también por fuera del dominio de las ondas \Delta. También en este caso el éxito fue sólo moderado y, además, se limitaba al medicamento empleado en concreto, de tal manera que los resultados no se podían transferir a otros medicamentos. También la validación de los resultados mediante una valoración visual basada en Rechtschaffen & Kales mostró déficits, de tal manera que apenas puede hablarse de una valoración fiable del sueño humano.

El conocimiento de la profundidad del sueño tiene interés no sólo para los estudios científicos o médicos y sus aplicaciones. La interrupción del sueño inducido por medicamentos durante una intervención terapéutica/quirúrgica constituye una carga para el paciente apenas imaginable para la persona no afectada. Esto tiene tanta mayor vigencia en cuanto que además de desaparecer el sueño inducido por medicamentos tampoco se consigue la insensibilidad al dolor inducida por medicamentos y, al mismo tiempo, se induce con éxito la paralización de la actividad muscular prevista de manera regular con la narcosis. En última instancia, esto significa para el paciente que se procederá a una intervención terapéutica/quirúrgica sin que el paciente duerma y esté insensible al dolor, pero también sin que esté en condiciones de llamar la atención sobre su estado. Un reconocimiento fiable del sueño que se realice de modo totalmente automático y durante una intervención terapéutica/quirúrgica, y con la correspondiente narcosis, puede resultar aquí de utilidad.

Pero independientemente del caso de fallo de la narcosis descrito anteriormente, y por lo general raro, existe un interés fundamental en un procedimiento fiable para determinar de manera cualificada y cuantitativa el estado de conciencia del sueño, de tal manera que la invención tiene como objetivo básico crear un dispositivo con el que se pueda determinar la profundidad del sueño de una manera fiable y totalmente automática basándose en la señal del EEG.

Del documento US-A-5 699 808 se conoce un dispositivo para determinar la profundidad del sueño, con un dispositivo de transformación al que se proporciona una señal de salida de un aparato medidor del EEG y que transforma la señal del EEG proporcionada en un dominio de frecuencias que comprende los dominios de frecuencia a, b y c, y un dispositivo de tratamiento al que se proporciona la señal transformada en el dominio de frecuencias y que calcula valores representativos para, como mínimo, dos dominios de frecuencia y determina a partir de ello un índice de la profundidad del sueño. Como dominios de frecuencia se citan los dominios a de 3,5 hasta 7,5 Hz, b de 7,7 hasta 12,5 Hz y c de 12,5-25 Hz.

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1. De las restantes reivindicaciones resultan configuraciones ventajosas.

La invención se basa en el reconocimiento de que de tres dominios característicos de la señal del EEG representada en el dominio de frecuencias deben extraerse, como mínimo, dos para determinar un índice de profundidad del sueño S_{F}. Es decisivo que la señal del EEG se analice en relación a estos dominios y que teniendo en cuenta como mínimo dos dominios, pero preferentemente los tres, se determine el índice de profundidad del sueño S_{F}.

Se describirá con más detalle a continuación un ejemplo de realización del procedimiento según la invención tomando como referencia las figuras, en las que se muestra:

Fig. 1 esquemáticamente la construcción de un ejemplo de realización del dispositivo según la invención;

Fig. 2 esquemáticamente el curso de la señal del EEG en el dominio de frecuencias, así como los dominios que deben tomarse en cuenta según la invención.

En la Fig. 1 se representa esquemáticamente un ejemplo de realización del dispositivo según la invención. Un ejemplo de realización comprende un aparato medidor del EEG 1, del que en la Fig. 1 se representan sólo los electrodos C_{3} y C_{4} así como el electrodo C_{Z}. Un aparato medidor del EEG estándar comprende normalmente 15-25 electrodos además del electrodo C_{Z}. Las señales de salida de los electrodos se llevan a un dispositivo amplificador 2 que amplifica y trata las señales de los electrodos tanto que con ellas se puede dirigir un registrador (no representado) que escribe el EEG 3. En el dispositivo amplificador 2 hay dispuestos preferentemente filtros antiparásitos (no representados) que en las señales de los electrodos suministradas suprimen las porciones en los dominios de 0 a 4,5 Hz y de 7 a 12,25 Hz. En el dispositivo según la invención se deriva una señal de EEG, preferentemente la de los electrodos C_{3} y/o C_{4}, desde el aparato medidor del EEG 1 y se conduce hasta un dispositivo de transformación 4 para llevar a cabo una transformación de Fourier (Fast Fourier Transformation, FFT). La conexión entre el aparato medidor del EEG 1 y el dispositivo de transformación 4 puede fabricarse de distintas maneras, preferentemente a través de una conexión óptica, por ejemplo una fibra de vidrio, de tal manera que incluso en caso de mayores trechos de transmisión se excluya de forma segura una perturbación de la señal del EEG transmitida.

La señal de salida del dispositivo de transformación 4 transmite la señal del EEG sometida a la transformación de Fourier a un dispositivo de tratamiento 5, que continúa tratando ahora la señal del EEG presente en el dominio de frecuencias, la EEG(f). Para ello se analizan con exactitud tres dominios de frecuencia de la señal del EEG transformada. Los dominios de frecuencia se representan en la Fig. 2, alcanzando el dominio de frecuencias a de 4,75 hasta 6,75 Hz, el dominio de frecuencias b de 12,75 hasta 18,5 Hz y el dominio de frecuencias c de 18,75 hasta 35,0 Hz. El dispositivo de tratamiento 5 determina, para cada uno de los dominios de frecuencia, un valor representativo A, B y C y a partir de ahí calcula el índice que caracteriza a la profundidad del sueño

S_{F} = \frac{A+B}{C}

El índice S_{F} de la profundidad del sueño refleja de manera fiable la profundidad del sueño del paciente, tal como pudo demostrarse en un estudio de validación frente a los estados de sueño calculados según Rechtschaffen &
Kales.

Los valores A, B y C representativos de los tres dominios de frecuencia a, b y c pueden obtenerse de diferentes modos. Lo esencial es que como mínimo dos de los dominios de frecuencia a, b y c, pero preferentemente los tres, se tengan en cuenta total o parcialmente en la determinación de los valores representativos. Un procedimiento para determinar valores representativos consiste en la integración de la señal del EEG transformada desde la frecuencia inicial hasta la frecuencia final del correspondiente dominio o una sección dentro del dominio.

En la Fig. 2 las superficies rayadas reproducen los valores representativos A, B y C que se calculan con la integración de la señal de EEG transformada en los dominios de frecuencia a, b y c. Pero como valor representativo resulta adecuado fundamentalmente también un valor medio de la señal del EEG transformada, que se determina mediante los dominios de frecuencia individuales a, b y c. Otra forma del cálculo se basa en la distribución de potencias h(f) de la señal, preferentemente de la señal filtrada, según el modo siguiente:

S = \frac{\int h (f) \cdot f df}{\int h (f) \cdot df}

Se puede emplear además cualquier otro procedimiento matemático con planteamientos similares.

Tal como se muestra en la Fig. 1, el ejemplo de realización del dispositivo según la invención aquí descrito comprende un monitor 6 para representar el índice de profundidad del sueño S_{F}. Junto a una representación sobre un monitor, la señal S_{F} se puede utilizar para otros fines, por ejemplo para una alarma. La señal S_{F} también se puede suministrar a un registrador del EEG (no representado), de tal manera que en el EEG3 también puede reproducirse el índice de profundidad del sueño S_{F}.

Hay que tener en cuenta que el dispositivo según la invención da un índice que hasta la fecha no se había determinado en esta forma y que se designa como índice de la profundidad del sueño S_{F}. Este índice se diferencia de los valores calculados hasta la fecha y permite determinar el sueño fisiológico y el inducido por medicamentos, independientemente del medicamento utilizado.

El dispositivo de transformación y el dispositivo de tratamiento están reunidos preferentemente en un ordenador personal, que también puede disponer de la capacidad de cálculo que es necesaria para la transformación de la señal del EEG en el dominio de frecuencias y/o el tratamiento de la señal del EEG transformada, es decir, la determinación del índice de profundidad del sueño S_{F}.

Claims

1. Dispositivo para determinar la profundidad del sueño, con

-: un dispositivo de transformación (4) al que se proporciona una señal de salida (EEG(t)) de un aparato medidor del EEG (1) y que transforma la señal del EEG proporcionada en un dominio de frecuencias que comprende los dominios de frecuencias a, b y c, y

-: un dispositivo de tratamiento (5) al que se proporciona la señal del EEG transformada en el dominio de frecuencias (EEG(f)) procedente del dispositivo de transformación (4) y que calcula los valores A, B y C representativos para el dominio de frecuencias de 4,75 hasta 6,75 Hz, el dominio de frecuencias b de 12,75 hasta 18,5 Hz y el dominio de frecuencias c de 18,75 hasta 35,0 Hz, o como mínimo dos de los dominios de frecuencia, y determina a partir de ello un índice de la profundidad del sueño S_{F}.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de tratamiento (5) determina el índice de profundidad del sueño S_{F} como el cociente entre la suma de los valores representativos A y B y el valor representativo C

(S_{F} = \frac{A+B}{C}).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de tratamiento (5) calcula los valores representativos A, B y C mediante integración de la señal del EEG en el dominio de frecuencias.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de tratamiento (5) calcula los valores representativos A, B y C mediante el promediado de la señal del EEG en el dominio de frecuencias.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de tratamiento (5) calcula los valores representativos A, B y C basándose en la distribución de potencias h(f) de la señal según el modo

S = \frac{\int h (f) \cdot f df}{\int h (f) \cdot df}.

6. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el dispositivo de transformación (4) transforma la señal del EEG suministrada (EEG(t)) mediante una transformación de Fourier rápida (FFT) en el dominio de frecuencias.

7. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado como mínimo por un dispositivo antiparasitario que en las señales de los electrodos del aparato de medición del EEG (1) suprime las porciones en el dominio de 0 a 4,5 Hz y de 7 a 12,25 Hz.