NL9001341A - Werkwijze voor het bepalen van anesthesie-diepte. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bepalen van anesthesie-diepte.

Aanvraagster noemt als uitvinder: Ir. P.J.M. Cluitmans

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de anesthesie-diepte van een patiënt, omvattende de volgende stappen: het herhaald toedienen van zintuigprikkels aan de patiënt; het telkens, gedurende een meetinterval volgend op elke prikkel, niet-invasief registreren van de elektrische activiteit van de hersenen van de patiënt; het uit een aantal meetintervallen berekenen van een representatie van de responsie van een sensorische zenuwbaan op een enkele prikkel; het bepalen van de latentietijden en amplitudes van maxima en minima in de representatie, welke een maat zijn voor de anesthesie-diepte.

Een dergelijke werkwijze is uit de praktijk bekend.

De moderne anesthesie-techniek maakt vaak gebruik van combinaties van verschillend werkende stoffen. Hierdoor kunnen de vier aspecten van anesthesie, te weten bewusteloosheid, onderdrukking van het verwerken van pijnprikkels (analgesie), vermindering van autonome reflexen, en onderdrukking van spierfuncties (relaxatie), min of meer onafhankelijk van elkaar worden geregeld. De oorspronkelijke manier van bepalen van de anesthesie-diepte op basis van klinische waarnemingen en metingen kan hierbij echter niet meer worden gebruikt. Om toch een betrouwbare indicatie van de anesthesie-diepte te verschaffen, teneinde ondermeer het bijkomen van de patiënt tijdens de operatie te voorkomen, wordt gezocht naar nieuwe technieken voor het bepalen van de anesthesie-diepte.

Een dergelijke techniek is de in de aanhef genoemde werkwijze. Bij een dergelijke werkwijze wordt de elektrische responsie van een sensorische zenuwbaan ten gevolge van een zintuigprikkel gemeten. Deze responsie wordt gekenmerkt door een karakteristieke opeenvolging van maxima en minima. Groepen van deze maxima en minima worden in componenten ingedeeld aan de hand van hun neurologische generatoren. De hersenstam-componenten worden bijvoorbeeld gegenereerd in de hersenstam en de midden-latentie-componenten in de middenhersenen en de primaire hersenschors. Naarmate de anesthesie-diepte toeneemt, neemt de latentietijd van de componenten, dat wil zeggen de tijd tussen het aanbieden van de zintuigprikkel en het optreden van een bepaald minimum of maximum in de elektrische responsie, toe, terwijl in het algemeen de amplitude van het minimum of maximum afneemt. Hierdoor kunnen de latentietijd en de amplitude van de responsie als maat voor de anesthesie-diepte worden gebruikt.

Hierbij doet zich echter het probleem voor, dat de amplitude van de responsie vele malen kleiner is dan de amplitude van de door de hersenen gegenereerde spontane activiteit. Aangezien deze spontane activiteit voor wat de meting van de responsie betreft als ruis kan worden beschouwd, heeft het gewenste signaal ten opzichte van het gemeten signaal, het elektro-encefalogram (EEG), een zeer slechte signaal/-ruis-verhouding. Bij de bekende werkwijze wordt de signaal/ruis-verhou-ding verbeterd door een groot aantal, bijvoorbeeld 1000, gemeten responsies te middelen. Hierdoor wordt in principe de ruis uitgemiddeld, zodat een "gemiddelde responsie" ontstaat, die representatief is voor de responsie op een enkele prikkel en die een goede signaal/ruis-verhouding heeft. Van deze "gemiddelde responsie" kan nu de latentietijd en de amplitude van bepaalde componenten in de responsie met voldoende nauwkeurigheid worden bepaald.

Teneinde een betrouwbaar resultaat te verkrijgen worden de meet-intervallen volgens de bekende werkwijze zodanig gekozen, dat er geen of slechts minimale interferentie optreedt tussen de opeenvolgende responsies, dat wil zeggen er wordt pas een prikkel aangeboden op het moment, dat de responsie van de voorgaande prikkel nagenoeg is uitgedempt. Hierbij doet zich echter het probleem voor, dat de totale benodigde meettijd lang is. Bij het aanbieden van bijvoorbeeld tien prikkels per seconde is voor het middelen van duizend meetintervallen een meettijd van honderd seconden, dat wil zeggen bijna twee minuten nodig. Deze meettijd is voor de meeste toepassingen te lang.

De uitvinding beoogt dit bezwaar te ondervangen en een werkwijze te verschaffen, waarmee de anesthesie-diepte in een aanzienlijk kortere tijd nauwkeurig kan worden bepaald. De werkwijze volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat de meetintervallen zodanig worden gekozen, dat zij elkaar gedeeltelijk overlappen.

Door het gedeeltelijk overlappen van de meetintervallen kan de gemiddelde frequentie waarmee de prikkels worden aangeboden veel hoger zijn, bijvoorbeeld honderd prikkels per seconde. De totale meettijd bedraagt daardoor, bij het aantal van duizend meetintervallen, slechts tien seconden.

Bij overlappende meetintervallen kan interferentie optreden tussen twee of meer opeenvolgende responsies. Het nadelige effect van inter fererende responsies op de meetresultaten kan worden verminderd door de tijdsduur tussen twee opeenvolgende prikkels willekeurig te variëren, dat wil zeggen voor die tijdsduur een stochastische variabele te kiezen. De interferentie kan dan echter nog steeds een ontoelaatbare vervorming van de uit de meetintervallen bepaalde signaalvorm opleveren. Volgens de uitvinding wordt bij overlappende meetintervallen de interferentie tussen opeenvolgende responsies uitgemiddeld indien de (stochastische) tijdsduur tussen twee opeenvolgende prikkels zodanig wordt gekozen, dat deze een negatief-exponentiële verdeling heeft.

Een verder probleem dat kan optreden bij overlappende meetintervallen is het feit dat de zenuwbaan, waarvan de responsie wordt gemeten, zich gaat gedragen als een niet-lineair systeem. Bij het uit de stand van de techniek bekende middelen van de in de meetintervallen geregistreerde signalen wordt ervan uitgegaan, dat de zenuwbaan een lineair systeem vormt. Dit betekent dat het uit de stand van de techniek bekende middelingsproces vanwege de niet-lineariteiten een onnauwkeurig resultaat kan opleveren. Volgens de uitvinding wordt dit probleem vermeden door de representatieve responsie uit te rekenen aan de hand van een niet-lineair model van de zenuwbaan. De werkwijze volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat de berekende representatie de eerste-orde-kern is.

Voor het opwekken van de te meten responsies kunnen verschillende zintuigen worden geprikkeld. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur het gehoor geprikkeld, aangezien dit op een eenvoudige wijze kan gebeuren zonder nadelige gevolgen voor de patiënt.

De werkwijze volgens de uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij ter illustratie: figuur 1 een elektro-encefalogram weergeeft met de toegediende zintuigprikkels en de bijbehorende meetintervallen, en figuur 2 enkele vormen van een berekende representatie voor verschillende niveaus van anesthesie-diepte weergeeft.

Voor het toedienen van zintuigprikkels wordt gebruik gemaakt van oortelefoons die klikkende geluiden produceren. De tijdstippen waarop de klikken optreden worden willekeurig gekozen en wel zodanig, dat de tijdsduur tussen twee opeenvolgende klikken een stochastische variabele met een negatief-exponentiële verdeling is. Hierdoor wordt het aantal klikken dat binnen een vast tijdsinterval optreedt een stochastische grootheid met een Poisson-verdeling. Een serie tijdsintervallen met een negatief-exponentiële verdeling kan worden verkregen door middel van een algorithme zoals is beschreven in "The Art of Computer Programming", deel 2, door D.E. Knuth (Addison Wesley, 1969). Gemiddeld worden ongeveer honderd klikken per seconde aangeboden. Op elke klik volgt een meetinterval met een lengte van circa 80 msec. Dit is schematisch weergegeven in figuur 1, waarin op de horizontale as de tijd in milliseconden en op de verticale as de signaalamplitudes in microvolts zijn weergegeven. De aanvangstijdstippen van elk van de weergegeven meetinterval-len S1-S11 vallen hier samen met de tijdstippen van optreden van de klikken C1-C11. E is het, continu geregistreerde, elektro-encefalogram, waarvan steeds, in elk van de elkaar overlappende intervallen S1-S11, een gedeelte afzonderlijk wordt verwerkt.

Het elektro-encefalogram wordt opgenomen met behulp van elektroden, waarvan één bij één van de oren van de patiënt is aangebracht, één boven op de schedel en één als referentie-elektrode op het voorhoofd.

Het opgenomen signaal wordt gedigitaliseerd en elektronisch opgeslagen. Vervolgens wordt de eerste-orde-kem bepaald met behulp van de uitdrukking:

1 1 N

hi(T) = - . - . Σ y±(t) . {x(t-T)-o} σ N o met: h-ι (T) de eerste-orde-kern op het tijdstip T o de gemiddelde prikkelfrequentie N het aantal meetintervallen y±(t) het gemeten signaal in meetinterval i x(t) het aan de oortelefoon toegevoerde signaal.

Figuur 2, waarin wederom langs de horizontale as de tijd in ms en langs de verticale as de signaalamplitudes in μν zijn uitgezet, toont enkele aldus berekende eerste-orde-kemen voor verschillende niveaus van anesthesie-diepte. Duidelijk is met name bij de laagfrequent-component te zien hoe zowel de amplitudes als de tijdstippen van optreden van bepaalde maxima en minima veranderen met een veranderende anesthesie-diepte.

De berekening van de eerste-orde-kem kan tijdens het opnemen van het elektro-encefalogram worden uitgevoerd, dat wil zeggen dat de waarden van yi(t) voor een bepaald meetinterval in de berekening worden verwerkt zodra zij beschikbaar zijn. Hierdoor wordt een verdere snelheidswinst verkregen, aangezien de eerste-orde-kern nu vrijwel direct na het laatste meetinterval bekend zal zijn. Het opslaan van de meetgege vens en het uitvoeren van de berekening van de eerste-orde-kem kan door middel van "time-sharing" op een enkele processor, eventueel geassisteerd door een mathematische co-processor, plaatsvinden. Uiteraard kunnen ook twee zelfstandige processoren worden gebruikt.

Van de eerste-orde-kern, die voor lineaire systemen identiek is aan de impulsresponsie, worden de latentietijd en amplitude bepaald op de tijdstippen van optreden van minimale en maximale amplitudes. De latentietijden en amplitudes kunnen worden vergeleken met vóór de narcose gemeten latentietijden en amplitudes, waarbij de toename van de latentietijd en de afname van de amplitude een maat is voor de anesthe-sie-diepte. De amplitude van de eerste-orde-kern neemt minder af met een toenemende anesthesie-diepte dan de amplitude van de, in de stand van de techniek toegepaste, impulsresponsie. Daardoor heeft de eerste-orde-kern voor een grotere anesthesie-diepte een betere signaal/ruis-verhouding dan de impulsresponsie.

Een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding omvat een pulsgenerator voor het opwekken van pulsen, die door middel van een transducent als zintuigprikkels aan de patiënt worden toegediend. Zo kunnen bijvoorbeeld aan een oortelefoon pulsen met een korte duur worden toegevoerd, die door de oortelefoon in klikken worden omgezet. Hierbij is de pulsgenerator bij voorkeur zo uitgevoerd, dat het aantal binnen een bepaalde tijdsinterval optredende pulsen bij voorkeur een stochastische variabele met een Poisson-verdeling is. Een dergelijke pulsgenerator kan een programmeerbare pulsgenerator zijn, danwel één waarin het algorithme voor het opwekken van pulsen met de gewenste verdeling vast is aangebracht.

Een dergelijke inrichting omvat verder versterkers voor het versterken van de, met behulp van elektroden opgenomen, EEG-signalen, en analoog-digitaal-omzetters voor het digitaliseren van die signalen. Verder zijn opslagmiddelen, zoals een RAM-geheugen of een magnetische schijf, verschaft voor het opslaan van het gedigitaliseerde signaal, alsmede een verwerkingseenheid. De verwerkingseenheid, die een computer voor algemene toepassingen kan zijn, berekent uit de signaalwaarden binnen een groot aantal, met de prikkels gesynchroniseerde, meetinter-vallen een representatie van de responsie van een sensorische zenuwbaan op een enkele prikkel. Hierbij zullen de meetintervallen elkaar gedeeltelijk overlappen, zodat de verwerkingseenheid sommige signaalwaarden meermalen in de berekening zal betrekken. Bij voorkeur is de verwerkingseenheid zodanig geprogrammeerd, dat de berekende representatie de eerste-orde-kern is. De inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding omvat verder uitvoermiddelen, zoals een beeldscherm, voor het weergeven van de berekende representatie. Eventueel kan de inrichting middelen omvatten voor het direct uit de representatie berekenen van de latentietijd en de amplitude, waarbij dan uitvoermiddelen aanwezig zijn voor het weergeven van de berekende waarden.

Claims (6)

1. Werkwijze voor het bepalen van de anesthesie-diepte van een patiënt, omvattende de volgende stappen: het herhaald toedienen van zintuigprikkels aan de patiënt; het telkens, gedurende een meetinterval volgend op elke prikkel, niet-invasief registreren van de elektrische activiteit van de hersenen van de patiënt; het uit een aantal meetintervallen berekenen van een representatie van de responsie van een sensorische zenuwbaan op een enkele prikkel; het bepalen van de latentietijden en amplitudes van maxima en minima in de representatie, welke een maat zijn voor de anesthesie-diepte, met het kenmerk, dat de meetintervallen zodanig worden gekozen dat zij elkaar gedeeltelijk overlappen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de tijdsduur tussen twee opeenvolgende prikkels een stochastische variabele is, met het kenmerk, dat deze stochastische variabele een negatief-exponentiële verdeling heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de berekende representatie de eerste-orde-kem is.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de zintuigprikkels auditieve prikkels zijn.

5. Inrichting voor het uitvoeren van een werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende: middelen voor het opwekken van willekeurig in de tijd verdeelde zintuigprikkels; middelen voor het, gedurende een aantal meetintervallen, niet-invasief registreren van de elektrische activiteit van de hersenen van de patiënt; middelen voor het omzetten van de geregistreerde elektrische activiteit in digitale waarden; middelen voor het berekenen van de representatie van de responsie van een sensorische zenuwbaan op een enkele prikkel; middelen voor het weergeven van de representatie, met het kenmerk, dat de genoemde middelen voor het opwekken van de zintuigprikkels zodanig zijn ingericht, dat de tijdsduur tussen twee opeenvolgende prikkels een negatief-exponentiële verdeling heeft, en dat de genoemde middelen voor het registreren de meetintervallen zodanig rangschikken dat deze elkaar gedeeltelijk overlappen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de genoemde middelen voor het berekenen van de representatie zijn ingericht voor het berekenen van de eerste-orde-kem.