-
ERFINDUNGSGEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Einschätzung
der Reaktivität des zentralen Nervensystems eines Patienten
durch den Einsatz von externer Stimulation beim Patienten. Die Stimulation kann
bei/in einem physiologischen Signal, besonders einem EEG-Signal,
beobachtet werden. Im Folgenden wird die Reaktivität, die
in/bei einem physiologischen Signal beobachtet werden kann, als
physiologische Signalreaktivität bezeichnet.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Neuromonitoring
stellt ein Untergebiet der klinischen Patientenüberwachung
dar, welche sich mit der Messung von verschiedenen Aspekten der Hirnfunktion
sowie mit den dabei auftretenden Veränderungen befasst,
welche von neurologischen Krankheiten, Unfällen beziehungsweise
Medikamenten verursacht werden, die gängigerweise verwendet werden,
um in einem Operationsraum eine Betäubung herbeizuführen
oder aufrechtzuerhalten bzw. um die Sedierung von Patienten zu gewährleisten, die
sich in einem kritischen Zustand oder in der Notaufnahme befinden.
-
Die
Elektroenzephalographie (EEG) stellt ein etabliertes Verfahren zur
Einschätzung der Hirnaktivität dar. Wenn Messungselektroden
auf die Haut der Schädeloberfläche aufgesetzt
werden, können die schwachen Biopoten tialsignale, die im
Hirnkortex generiert werden, aufgezeichnet und analysiert werden. Das
EEG ist seit Jahren in großem Umfang in der Grundlagenerforschung
der Nervensysteme des Hirns sowie in der klinischen Diagnose von
verschiedenen Krankheiten und Störungen des zentralen Nervensystems
eingesetzt worden.
-
Während
spontane Variationen beim Schlaf-Wach-Zyklus physiologische und
schnell reversible Veränderungen des EEG verursachen, kann durch
die verschiedenen Störungen der Selbstregulation des inneren
Systems die Umgebung gestört werden, in der das Hirn arbeitet,
und so werden auch die Funktion des Hirns und das daraus resultierende EEG
gestört. Das EEG-Signal stellt ein sehr empfindliches Maß für
neuronale Störungen dar, welche sich im EEG-Signal entweder
als Veränderungen der Membranpotentiale oder als Veränderung
der synaptischen Übertragung widerspiegeln können.
Eine Veränderung der synaptischen Übertragung
tritt immer dann auf, wenn im Hirn ein Ungleichgewicht zwischen
dem Energieverbrauch und der Energiezufuhr auftritt. Dies bedeutet,
dass das EEG-Signal als Frühwarnsystem für eine
sich entwickelnde Hirnverletzung dient.
-
Im
Allgemeinen ist bei einem bewusstlosen Patienten (ohne Sedierung)
der Grund in 30 bis 40 Prozent der Fälle intrakranialer
Natur, wobei in 60 bis 70 Prozent der Fälle die Bewusstlosigkeit
auf hypoxisch-ischaemische, metabolische oder toxische Gründe
zurückzuführen ist. Diese Art von allgemeiner
Bewusstlosigkeit wird zurzeit mithilfe der Glasgow Coma Scale (GCS) überwacht.
Bei dieser wird die Bewusstlosigkeit oder das Beibewusstsein des Patienten
unter Verwendung von drei Parametern definiert: die beste Augenöffnungs-Reaktion,
die beste motorische Reaktion und die beste Reaktion auf Sprache.
Die endgültige Punktzahl stellt die Summe der Punktzahlen
der drei Kategorien dar. In der untenstehenden Tabelle 1 wird die
Glasgow Coma Scale illustriert. Obwohl die Glasgow Coma Scale subjektiv
ist und unter den Beurteilern Unterschiede auftreten können,
stellt sie das am meisten verwendete Punktesystem zur Beurteilung
von Patienten dar, die zum Beispiel traumatische Hirnverletzungen
erlitten haben.
-
Diagnostisch
ist das EEG nur selten spezifisch, da viele systemische Störungen
des Hirns ähnliche EEG-Manifestationen zeigen. Allerdings
kann ein EEG-Signal von kritischem Nutzen sein, da es zum Beispiel
zwischen großen Kategorien von psychogenischen, epileptischen,
metabolisch-toxischen, enzephalitischen und fokalen Leiden unterscheiden kann.
-
Bei
einer gesunden schlafenden Testperson reagiert das EEG gemäß den
Schlafphasen auf verschiedene Reize. Bei einem komatösen
Patient ist der Test der Reaktivität des EEG-Signals auf
externe Stimulation ein wichtiges Einschätzungswerkzeug
für einen Kliniker, da der Test wichtige Informationen
in Bezug auf den Zustand und die Folgen bei dem Patienten liefert.
Die EEG-Reaktivität kann potentiell behandelbare Leiden
aufzeigen und auch Informationen zum Grad der auf Medikamente zurückzuführenden
Sedierung geben. Während aus dem rohen EEG-Signal als solches
einige Schlussfolgerungen zur Wahrscheinlichkeit für eine
Genesung gezogen werden können, ist gezeigt worden, dass
die Reaktivität des EEG-Signals auf eine Stimulation, d.
h. eine erkennbare Veränderung beim EEG-Signal nach einem
Reiz im Vergleich zu der Situation vor dem Reiz, ein genauerer Indikator
für einen günstigen Verlauf ist, entspr. G.
B. Young, et al: An Electroencephalographic Classification for Coma,
Can. J. Neurol. Sci. 1997; 24: 320–325. Daher
stellt die Überprüfung der EEG-Reaktivität
einen wesentlichen Bestandteil der EEG-Untersuchung eines komatösen
Patienten dar. Außerdem liefert die Überprüfung
der EEG-Reaktivität Informationen zum Zustand eines Patienten,
bei dem sich die GCS oder ein anderes Überwachungs-Punktesystem
nicht anwenden lässt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn
dem Patienten neuromuskuläre Hemmstoffe verabreicht worden
sind, durch welche der Patient nicht in der Lage ist zu reagieren,
so dass das die Überwachungs-Punktesysteme nicht angewendet
werden können.
-
Zurzeit
wird die EEG-Reaktivität von einem EEG-Spezialisten bewertet,
der in der Interpretation von EEG-Wellenformen ausgebildet ist.
In der Praxis können Intensivstations-Ärzte oder
-Krankenpfleger, die für intensivmedizinrelevante Einschätzungen qualifiziert
sind, die EEG-Wellenformen normalerweise nicht interpretieren, und
daher muss zur Überprüfung der EEG-Reaktivität
ein konsultierender EEG-Spezialist herangezogen werden. Bei der Überprüfung
können verschiedene Typen von Reizen, wie akustische (Schreien
des Namens des Patienten, Betätigung einer Hupe) und somatosensorische (Kneifen,
Drücken, Schütteln) Reize angewendet werden. Der
EEG-Spezialist notiert den Zeitpunkt der Stimulation und vergleicht
das aufgezeichnete EEG-Signal vor und nach dem notierten Zeitpunkt. Oft
zeigt das EEG-Signal nur eine Reaktivität auf einige der
gegebenen Reize; in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass eine
Reaktivität vorhanden ist.
-
Die Überprüfung
der EEG-Reaktivität beruht zurzeit hauptsächlich
auf einer manuellen Stimulation, die von einem Arzt oder einer Krankenpflegekraft durchgeführt
wird, und zwar trotz der Tatsache, dass die Intensität
oft einer Variabilität zwischen den Stimulatoren unterworfen
ist. Die Stimulation wird typischerweise manuell durch die Berührung
des Patienten herbeigeführt, d. h. die Stimulation wird
durch das somatosensorische System des Patienten erkannt. Selbst
wenn die Stimulation von derselben Person wiederholt wird, kann
ihre Intensität variieren. Ein Vergleich der EEG-Reaktivität
zwischen verschiedenen Stimulationen ist in diesem Fall schwierig,
da ein intensiverer Reiz im Vergleich zu einem weniger starken Reiz
zu einer stärkeren Reaktion beim EEG-Signal führen
kann. Eine standardisierte Stimulationsintensität würde
die Bewertung der Veränderungen bei der Reaktivität
eines Patienten über einen längeren Zeitraum ermöglichen.
-
Eine
standardisierte Stimulationsintensität kann mit Hilfe einer
automatischen Stimulationsvorrichtung, wie beispielsweise einem
NMT(Neuro Muscular Transmission)-Modul erzielt werden, das verwendet
wird, um die Muskelreaktion zu bewerten, indem ein peripherer Nerv
gereizt wird. Allerdings erfordert die Verwendung einer automatischen
Stimulationsvorrichtung, die ein Standardstimulationsmuster erzeugen
kann, welches demjenigen der manuell vom Pflegepersonal durchgeführten
Stimulation ähnelt, normalerweise einen für diese
Zwecke spezialisierten Aktuator. Dies stellt besonders im Falle
von Intensivstationen und Operationsräumen einen Nachteil
dar, da diese normalerweise mit medizinischen Gerätschaften
vollgestellt sind. Professionelle Gesundheitspfleger sind daher
abgeneigt, wenn es um die Integration neuer Geräte in solche
Pflegestandorte geht. Dieser Nachteil kann bis zu einem gewissen
Grad abgeschwächt werden, indem eine Sensoranordnung verwendet wird,
bei der alle Elektroden und Sensoren mit einem einzigen Anschluss
verbunden werden können, wodurch die Anzahl von Kabeln
oder Schläuchen, die zwischen dem Patienten und den Überwachungsvorrichtungen
verlaufen, reduziert werden kann. Solch eine Sensoranordnung wird
in
US-Patentantrag
2005/0085741 A1 vorgestellt. Die Sensoranordnung umfasst
separate NMT-Elektroden, um die Gesichtsnerven des Patienten zu
stimulieren, und die NMT-Reaktion wird durch Aufzeichnungselektroden
oder einen mechanischen Sensor gemessen, der im Gesichtsbereich
des Patienten lokalisiert ist.
-
Ein
weiterer Nachteil, der bei manueller Stimulation auftritt, besteht
darin, dass die Notierung der Zeit der Stimulation beim EEG-Signal
nicht immer genau ist. Ein genauer Vermerk des Stimulationszeitpunkts
beim EEG-Signal würde weiter entwickelte Signalanalyseverfahren
möglich machen, beispielsweise die Mittelwertbestimmung
der Reaktionen auf mehrere Reize.
-
Folglich
wird die Überprüfung der EEG-Reaktivität
durch das Fehlen von kompakten und automatischen Stimulationsvorrichtungen
verkompliziert, die konstante Stimulationsmuster liefern können,
die der manuell vom Pflegepersonal durchgeführten Stimulation
entspricht oder diese simuliert und eine genaue Notierung jedes
Reizes in Bezug auf die EEG-Wellenform ermöglicht.
-
Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Nachteile
zu mildern oder zu beheben.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen neuartigen Mechanismus
zur Einschätzung der physiologischen Signalreaktivität,
insbesondere der EEG-Reaktivität einer Testperson, zu liefern.
Die vorliegende Erfindung zielt ferner darauf ab, eine automatische
Messanordnung zu liefern, die sich auf einfache Weise an Gesundheitspflegestandpunkten
mit begrenztem oder gar keinem Raum für zusätzliche Gerätschaften
integrieren lässt, wodurch eine verlässliche Einschätzung
von Veränderungen in der physiologischen Signalreaktivität
der Testperson möglich wird, und zwar sogar während
eines langen Zeitraums, und wodurch ein Patienten auf natürliche Weise,
also ebenso wie durch einen Arzt oder eine Krankenpflegekraft, einem
Reiz ausgesetzt werden kann.
-
Bei
einer standardmäßigen Patientenüberwachungsvorrichtung
werden ein oder mehrere physiologische Signale, wie ein EEG-Signal,
ein EKG(Elektrokardiogramm)-Signal und/oder ein nicht-invasives
Blutdruck(NIBP)-Signal, bei einem Patienten über Messungssonden
gemessen, die für jedes physiologische Signal spezifisch
sind. In diesem Kontext sind mit einer Messungssonde Sensorelemente
gemeint, die am Patienten befestigt werden, während die
Patientenüberwachungsvorrichtung sich auf die eigentliche
Messungsvorrichtung bezieht, welche dem Benutzer die Messungsergebnisse
anzeigt. Die Messungssonde bezieht sich daher auf Elemente, welche
das gemessene Biosignal an die Patientenüberwachungsvorrichtung
liefern. Die Messungssonde kann einen Satz von Elektroden, wie beispielsweise
EEG- oder EKG-Elektroden, oder eine Armmanschette wie eine NIBP-Armmanschette,
umfassen.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine standardmäßige
Patientenüberwachungsvorrichtung mit einer integrierten
Stimulationsfunktion ergänzt, bei welcher die vorhandene(n)
Messungssonde(n) der Vorrichtung für die Ausgabe von Reizen
an den Patienten verwendet werden.
-
In
einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die Reize über
eine Armmanschette der NIBP-Sonde ausgegeben, während in
einigen anderen Ausführungsformen Funktionen des TENS(Transcutaneous
Electrical Nerve Stimulation)-Typs zur Verfügung gestellt
werden, die normalerweise für die Muskelmassage oder zur
Schmerzlinderung verwendet werden und die mit der Messung der physiologischen
Signalreaktivität kombiniert werden, wobei keine Hardwareergänzung
notwendig ist.
-
Die
Reize werden an eine NIBP-Sonde ausgegeben, wenn keine NIBP-Messung
vor sich geht, oder es kann das Aufpumpen der Manschette während
einer Blutdruckmessung als Reiz für die Reaktivitätsmessung
eingesetzt werden. Allerdings können elektrische Reize,
die denen ähneln, die von einem NMT-Modul erzeugt werden,
ebenfalls durch Elektroden ausgegeben werden, die an der Haut des
Patienten anliegen. Diese Elektroden können beispielsweise
die EEG- oder EKG-Elektroden der Patientenüberwachungsvorrichtung
sein.
-
So
besteht ein Aspekt der Erfindung in der Lieferung eines Verfahrens
zur Messung der physiologischen Signalreaktivität bei einer
Testperson. Das Verfahren umfasst den Empfang von physiologischen
Signaldaten von einer Testperson durch mindestens eine Messungssonde,
die an einer Testperson angebracht ist, sowie die Ausgabe eines
Reizes an eine Testperson durch eine erste Messungssonde, wobei
die erste Messungssonde eine der mindestens einen Messungssonde
ist. Das Verfahren umfasst ferner die Bestimmung, ob die Reaktivität,
die von einem Reiz hervorgerufen wird, in den physiologischen Signaldaten
vorhanden ist, welche durch eine zweite Messungssonde empfangen
werden, wobei die zweite Messungssonde eine der mindestens einen
Messungssonde darstellt.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Lieferung eines Geräts
zur Messung der physiologischen Signalreaktivität einer
Testperson. Das Gerät umfasst ein Messungsmodul, das so
konfiguriert ist, dass es physiologische Signaldaten von einer Testperson
empfängt, und mindestens eine Messungssonde, die sich an
einer Testperson anbringen lässt, wobei die mindestens
eine Messungssonde so konfiguriert ist, dass sie die physiologischen
Signaldaten erzeugt. Das Gerät umfasst ferner ein Stimulationsmodul,
das so konfiguriert ist, dass es die Testperson mittels einer ersten
Messungssonde stimuliert, wobei die erste Messungssonde eine der
mindestens einen Messungssonde ist, und ein Reaktivitätsbestimmungsmodul,
das so konfiguriert ist, dass es bestimmen kann, ob die Reaktivität,
die vom Reiz hervorgerufen wird, in den physiologischen Signaldaten
vorhanden ist, welche über eine zweite Messungssonde empfangen
werden, wobei die zweite Messungssonde eine der mindestens einen
Messungssonde ist.
-
Die
Patientenüberwachungsvorrichtung kann den Patienten zu
gewünschten Zeitpunkten stimulieren, indem die NIBP-Armmanschette
unter Druck gesetzt wird oder Reizstrom an die EEG/EKG-Elektroden
geliefert wird, die an einer Testperson befestigt sind. Die Erfindung
liefert so einen automatischen Stimulationsmechanismus zur Messung
der physiologischen Signalreaktivität ohne zusätzliche
Sonden oder zusätzlichen Aufwand seitens des Gesundheitspflegepersonals.
Ferner ermöglicht die Erfindung die Generierung von Reizen, die
denen der vom Pflegepersonal durchgeführten manuellen Stimulation ähnlich
sind. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung
Reize, die vom Patienten ähnlich wie das typische Anfassen/Schütteln
durch einen Arzt oder eine Krankenpflegekraft empfunden werden.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Lieferung von Computerprogrammprodukten,
mit deren Hilfe bekannte Patientenüberwachungsvorrichtungen
aufgerüstet werden können, wodurch deren Anwendungsmöglichkeiten
so erweitert werden können, dass sie die Einschätzung
von physiologischer Signalreaktivität umfassen. Das Programmprodukt
umfasst einen ersten Programmcodeabschnitt, der so konfiguriert
ist, dass er einen Reiz an eine Testperson durch eine erste Messungssonde
auslöst, welche an einer Testperson befestigt und so konfiguriert
ist, dass sie physiologische Signaldaten an eine Überwachungsvorrichtung
liefert, und einen zweiten Programmcodeabschnitt, der so konfiguriert ist,
dass er bestimmt, ob eine durch den Reiz ausgelöste Reaktivität
in den physiologischen Signaldaten vorhanden ist, welche von der
Testperson über eine zweite Messungssonde empfangen werden.
-
Die
Stärke der Stimulation kann für jeden Patienten
individuell eingestellt werden. Durch die schrittweise Erhöhung
der Stärke der Stimulation und die Aufzeichnung der entsprechenden
physiologischen Reaktivität kann für jeden Patienten
eine geeignete Stimulationsstärke ermittelt werden, die
einen gewünschten Reaktivitätsgrad liefert.
-
Wenn
die Messungssonde nicht bewegt und die Stärke der Stimulation
konstant gehalten wird, kann die Entwicklung des Status eines Patienten durch
die Aufzeichnung der Veränderungen der Reaktivität
infolge eines konstanten Reizes überwacht werden. Dies
ermöglicht die Bewertung des Effekts von sedativen Medikamenten,
die dem Patienten verabreicht wurden, und die gewonnenen Informationen können
zur Ermittlung der optimalen Dosis verwendet werden.
-
Ein
Merkmal des EEG-Signals, beispielsweise eine gute Signalqualität
oder ein gewünschter Aktivierungsgrad des zentralen Nervensystems,
kann eine automatische Bestimmung der Stimulation und der Reaktivität
auslösen. Eine Veränderung eines weiteren physiologischen
Signals, wie beispielsweise einem EKG, kann ebenfalls die Bestimmung
des Reizes und der Reaktivität auslösen.
-
Die
Reaktivität des zentralen Nervensystems der Testperson
kann auch in Bezug auf ein anderes physiologisches Signal als das
EEG bestimmt werden, wie beispielsweise EKG.
-
Die
Erfindung ermöglicht so die Generierung eines standardisierten,
wiederholbaren und individuell abgestimmten Reizes, der an eine
Testperson zur Bewertung der physiologischen Signalreaktivität
und in Abwesenheit einer professionellen Krankenpflegekraft ausgegeben
wird. Daher verbessert sie die Patientenüberwachung in
einer Notaufnahme-Umgebung.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf
die folgende detaillierte Beschreibung und die dazugehörigen
Zeichnungen deutlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Im
Folgenden werden die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die in 1 bis 6 gezeigten
Beispiele in den angehängten Zeichnungen beschrieben, wobei
gilt:
-
1 illustriert
eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die NIBP-Messung
einer standardmäßigen Patientenüberwachungsvorrichtung
verwendet wird;
-
2 illustriert
andere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die EEG-
und/oder EKG-Messung einer standardmäßigen Patientenüberwachungsvorrichtung
verwendet wird;
-
3 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform für
die Reaktivitätsbestimmung in der Ausführungsform
von 1 illustriert;
-
4 ist
ein Flussdiagramm, das eine weitere Ausführungsform für
die Reaktivitätsbestimmung in der Ausführungsform
von 1 illustriert;
-
5 illustriert
eine Ausführungsform des Geräts/Systems der Erfindung;
und
-
6 illustriert
ein Beispiel der Funktionseinheiten der Kontrolleinheit von 5.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
1 und 2 illustrieren
verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Messung
der EEG-Reaktivität. Wie oben besprochen, werden in einer
standardmäßigen Patientenüberwachungsvorrichtung
eines oder mehrere physiologische Signale bei einem Patienten mittels
signalspezifischer Messungssonden gemessen. 1 und 2 zeigen eine
Patientenüberwachungsvorrichtung 10, die EEG,
EKG und NIBP messen kann. Das EEG wird durch einen Satz von EEG-Elektroden 11 gemessen, die
an der Stirn des Patienten 100 angebracht werden, das EKG
wird mittels eines Satzes von EKG-Elektroden 12 gemessen,
die an der Brust den Patienten angebracht werden, und der NIBP wird durch
eine Armmanschette 13 gemessen, die um die Armschlagader
des Patienten angebracht wird. Wie bei EKG- und EEG-Messungen üblich,
kann die Anzahl und Platzierung der Elektroden je nach Messungsaufstellung
verändert werden.
-
Die
Patientenüberwachungsvorrichtung 10 ist mit einem
EEG-Reaktivitätsmodul 14 zur Messung der EEG-Reaktivität
ausgestattet. Zu diesem Zweck empfängt das Modul EEG-Signaldaten,
die mittels EEG-Elektroden gemessen werden. Das Modul umfasst ferner
eine Stimulationseinheit 15 zur aktiven Stimulation des
Patienten zum Zwecke der Beurteilung der Reaktivität.
-
In
der Ausführungsform von 1 ist die
Stimulationseinheit 15 so konfiguriert, dass sie die Armmanschette 13 aufpumpt.
Da eine konventionelle Patientenüberwachungsvorrichtung
mit einer NIBP-Messung ausgestattet ist, kann das EEG-Reaktivitätsmodul
eingeführt werden, indem die Vorrichtung mit einer Softwareaufrüstung
ausge stattet wird, wodurch es der Vorrichtung ermöglicht
wird, eine EEG-Reaktivitätsmessung durchzuführen,
bei welcher der Patient mittels des Aufpumpens der Armmanschette
bis auf einen zuvor bestimmten Druck für eine kurze Zeitspanne
stimuliert wird.
-
2 illustriert
andere Ausführungsformen, bei denen die Stimulation erfolgt,
indem elektrische Reize durch ausgewählte EEG- oder EKG-Elektroden
an einen Patienten übermittelt werden. In diesen Ausführungsformen
ist das EEG-Reaktivitätsmodul mit einem Signalgenerator
ausgestattet, der die elektrischen Reize erzeugt, die an die Elektroden
geliefert werden. Die ausgewählten EEG- oder EKG-Elektroden
umfassen typischerweise einen Subsatz von EEG- oder EKG-Elektrodesätzen,
die von der Vorrichtung verwendet werden, um EEG- oder EKG-Signaldaten
zu messen.
-
Die
Stimulation kann auch eine Kombination der oben genannten Reize
beinhalten.
-
3 illustriert
eine Ausführungsform der Funktionsweise des EEG-Reaktivitätsmoduls
von 1. Das beim Patienten gemessene EEG-Signal (Schritt 31)
wird zunächst digitalisiert, und das abgetastet EEG-Signal
wird gefiltert, um Hoch- und Niedrigfrequenzartefakte auszuschließen
(Schritte 32). Wie auf diesem Gebiet üblich, werden
digitalisierte Signalproben als Sätze von sequentiellen
Signalproben verarbeitet, welche finite Zeitblöcke oder
Zeitfenster darstellen, die allgemein als "Epochen" bezeichnet werden.
Wenn die Reaktivitätsmessung erfolgen soll, kann der Reiz
ausgegeben werden, wenn für den Reiz ein stabiler Status
erkannt wird und wenn keine NIBP-Messung vor sich geht (Schritte 33–36).
In dieser Ausführungsform überwacht das EEG-Reaktivitätsmodul
die eingehenden EEG-Signaldaten, um sicherzugehen, dass das EEG-Signal vor
der Anwendung eines Reizes stabil genug ist, d. h. dass das Signal
bei der Ausgabe des Reizes keine unerwünschten Verzerrungen
enthält. Ferner überwacht das EEG-Reaktivitätsmodul,
ob gleichzeitig eine NIBP-Messung vor sich geht, so dass der Patienten
während der NIBP-Messung nicht stimuliert wird.
-
Wenn
keine gleichzeitige NIBP-Messung vor sich geht und das EEG-Signal
stabil genug ist, wird ein Reiz ausgegeben (Schritt 36),
indem die Armmanschette 13 unter Druck gesetzt wird und
der Druck gemäß eines zuvor bestimmten Stimulationsmusters abgelassen
wird, welches die Charakteristiken der Stimulation definiert, wie
beispielsweise die Stärke und Dauer jedes Stimulationsimpulses.
Das Muster kann einen oder mehrere Stimulationsimpulse umfassen.
Eine zeitliche Kennzeichnung, die den Zeitpunkt des Reizes/der Reize
angibt, ist mit den EEG-Signaldaten verbunden, d. h. die EEG-Signaldaten
werden zeitlich an dem/den Zeitpunkt(en) des/der Reise(s) ausgerichtet.
-
Die
vom Reiz ausgelöste Reaktion beim EEG-Signal wird dann
durch die Berechnung einer Messung erkannt, welche die Unregelmäßigkeit
des EEG-Signals in aufeinander folgenden Zeitfenstern sowohl vor
als auch nach dem Reizsignal (Schritt 37) angibt.
-
In
US-Patentantrag Nr. 11/273,574 ,
der ebenfalls dem Antragsteller zugeschrieben wird, wird eine automatische
EEG-Reaktivitätsmessung auf der Grundlage einer Messung
vorgestellt, welche die Unregelmäßigkeit des EEG
darstellt, wie hier vorgestellt und besprochen, wobei es sich bei
der Messung typischerweise um Spektralentropie handelt, wobei aber auch
mehrere andere Arten von Entropie verwendet werden können,
wie beispielsweise Shannon-Entropie oder Annäherungsentropie.
Solch eine Messung beruht auf der Erkenntnis, das obwohl im EEG-Signal nach
dem Reiz verschiedene Typen von Reaktionen auftreten können,
die besagte Reaktion dennoch so beschaffen ist, dass sie in der
Entropie eines EEG-Signals, oder genauer gesagt, in einer Messung,
welche die Unregelmäßigkeit des EEG-Signals angibt, eine
Veränderung verursachen kann. Daher kann die Reaktivität
des EEG durch die Messung der Veränderung quantifiziert
werden, die in der besagten Messung durch eine Stimulation verursacht
wird.
-
Auf
der Grundlage der aufeinander folgenden Ungleichmäßigkeitswerte,
die im Zuge von Schritt 37 gewonnen wurden, kann im Zuge
des Prozesses überprüft werden, ob die Messung
als gültig gilt, d. h. ob der Zeitpunkt der Reizanwendung
tatsächlich ein geeigneter Zeitpunkt für die Messung
ist (Schritt 38). In diesem Fall berechnet der Prozess
die Messung, welche die EEG-Reaktivität der Testperson
(Schritt 39) angibt. Im gegenteiligen Fall kehrt der Prozess
zu Schritt 34 zurück, um einen geeigneten Zeitpunkt
zur Wiederholung der Stimulation zu ermitteln.
-
In
der Ausführungsform von 3, werden die
Reaktivitätsmessung und die NIBP-Messung als zwei separate
Messungen durchgeführt. Allerdings können sie
auch kombiniert werden, so dass das Vorhandensein/Fehlen oder die
Größe der Reaktivität bestimmt wird,
wenn der Blutdruck gemessen wird. Wenn beispielsweise der Blutdruck
des Patienten automatisch in bestimmten Intervallen bestimmt wird, kann
das Gerät das Vorhandensein/Fehlen oder die Größe
der Reaktivität bestimmen, die aus dem Aufpumpen der NIBP-Messungsmanschette
resultiert. Zusätzlich zu solchen periodischen Messungen
kann die Reaktivität auch bestimmt werden, wann immer ein
Ereignis erkannt wird, das solch eine Messung erfordert. Wenn die
EEG-Messung beispielsweise anzeigt, dass eine Veränderung
im Grad des Bewusstseins des Patienten vorliegt oder eine signifikante Veränderung
im EKG festgestellt wurde, kann die EEG-Reaktivitätsmessung
ausgelöst werden.
-
4 illustriert
eine weitere Ausführungsform der Funktionsweise des EEG-Reaktivitätsmoduls
von 1. Schritte 40–42 entsprechen
jeweils den Schritten 31–33 von 3,
d. h. in diesen Schritten wird eine Zeitserie der EEG-Signaldaten
erfasst und gefiltert, um Hoch- und Niedrigfrequenzartefakte auszuschließen,
und die Notwendigkeit für eine EEG-Reaktivitätsmessung
wird überwacht. Wenn in Schritt 42 die Notwendigkeit
festgestellt wird, überprüft das EEG-Reaktivitätsmodule
noch einmal, ob eine NIBP-Manschette für die Reaktivitätsmessung (Schritt 43)
verfügbar ist.
-
Diese
Ausführungsform beruht auf einem Signalmodell, das aus
den EEG-Signaldaten, die bei einem Patienten erfasst wurden, für
das EEG-Signal konstruiert wurde. Die Signaldaten, die eingangs beim
Patienten erfasst worden sind, können daher als Referenzsignaldaten
bezeichnet werden, da sie in Schritt 44 angewendet werden,
um ein gültiges Signalmodell für die aktuelle
EEG-Zeitserie zu konstruieren. Das konstruierte Signalmodell ermöglicht
die Vorhersage von Signalwerten für die Zeitserie, und ein
gültiges Signalmodell erfüllt zuvor festgelegte
Kriterien bei der Voraussage. Beispielsweise kann das Signalmodell
so lange als gültiges Modell betrachtet werden, wie der
Voraussagefehler unter einem bestimmten Schwellenwert bleibt.
-
Dann
kann ein Reiz ausgegeben werden, indem die NIBP-Manschette gemäß patientenspezifischer
Parameter (Schritt 45) abwechselnd aufgepumpt und wieder
abgepumpt wird. EEG-Signaldaten, die auf den Reiz folgen, werden
dann aus der Zeitserie in Schritt 46 erfasst, und die erfassten
Daten werden verwendet, um in Schritt 48 zu testen, ob das
Signalmodell auch für das Signal nach dem Reiz ein gültiges
Modell bleibt. Wenn der Test ergibt, dass das Modell nicht mehr
gültig ist, wird entschieden, dass Reaktivität
vorhanden ist, und der Benutzer wird über das Vorhandensein
der Reaktivität informiert (Schritt 49). Es können
verschiedene Entscheidungsregeln verwendet werden, um zu bestimmen,
wann das Modell zu einem ungültigen Modell wird. Beispielsweise
kann es sein, dass das Modell für einen bestimmten Zeitraum
kontinuierlich ein ungültiges Modell sein muss, bevor es
als ungültiges Modell betrachtet wird.
-
Wenn
das konstruierte Signalmodell für einen bestimmten Zeitraum
nach dem Reiz, wie beispielsweise 30 Sekunden, ein gültiges
Signalmodell bleibt, wird im Zuge des Prozesses bestimmt, dass keine
Reaktivität vorhanden ist und der Test wird eingestellt.
Der Benutzer wird informiert, dass keine Reaktivität festgestellt
worden ist (Schritte 46 bis 49).
-
4 illustriert
das Verfahren für ein Reizsignal (Aufpumpen/Ablassen).
Wenn ein neuer Reiz ausgegeben wird, können die obenstehenden
Schritte wiederholt werden, d. h. das Signalmodell wird vor jedem
Reiz konstruiert, um sicherzustellen, dass das Modell dem aktuellen
EEG des Patienten entspricht. Wenn ferner das Reizsignal nicht sofort
ausgegeben wird, nachdem das Signalmodell zur Verfügung
steht, kann die Gültigkeit des Modells schon vor dem Reiz überprüft
werden, um sicherzugehen, dass das Modell bis zum Zeitpunkt des
Reizes weiterhin ein gültiges Modell darstellt.
-
Eine
automatische EEG-Reaktivitätsmessung auf der Grundlage
eines Signalmodells wird im
US-Patentantrag
Nr. 11/674,732 vorgestellt, der dem Antragsteller zugeschrieben
wird. Da sich die vorliegende Erfindung nicht auf die eigentliche
Reaktivitätsbestimmung bezieht, wird der Bestimmungsprozess
in diesem Kontext nicht eingehender behandelt. Es wird auf die oben
genannten US-Patentanträge des Antragstellers Bezug genommen,
in denen diese Vorgänge detaillierter diskutiert werden.
-
5 illustriert
eine Ausführungsform des Systems oder Geräts gemäß der
Erfindung. Es wird hier angenommen, dass es sich um ein Gerät
gemäß der Ausführungsform von 2 handelt,
in dem elektrische Reize durch dieselben Elektroden an den Patienten
ausgegeben werden, von denen das EEG-Signal erfasst wird. In dieser
Ausführungsform werden drei EEG-Elektroden 111 bis 113 an
der Stirn des Patienten 100 angebracht. Bei Elektroden 111 und 113 handelt
es sich um aktive Elektroden, während die mittlere Elektrode 112 eine Erdungselektrode ist.
-
Zur
Ausgabe des Reizsignals umfasst das Gerät einen Signalgenerator 53,
der durch Schalter 51 und 52 sowie dazugehörige
Drähte A und B mit den Elektroden 111 und 113 verbunden ist. Der Strom, der durch
die Elektroden übermittelt wird, ist hoch genug, als dass
er eine Empfindung hervorruft, kann aber auch höher sein,
so dass er eine Muskelkontraktion oder gar Schmerzempfindungen verursacht.
Die angewendete Stromstärke liegt typischerweise in der Größenordnung
von einigen zehn Milliampere.
-
Die
EEG-Signaldaten, die von den Elektroden erfasst werden, werden an
eine Verstärkerstufe 54 geliefert, in der das
Signal verstärkt wird, bevor es abgetastet und in einem
A/D-Wandler 55 in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Die digitalisierten Signaldaten werden an eine Kontrolleinheit 56 geliefert, die
eine oder mehrere Computereinheiten oder Prozessoren umfassen kann.
-
Die
Kontrolleinheit ist mit einem Datenspeicher oder einer Datenbank 57 ausgestattet,
welche die digitalisierten Signaldaten enthält, die von
den Elektroden erfasst wurden. Der Datenspeicher oder die Datenbank
kann auch einen EEG-Reaktivitätsalgorithmus und die Parameter
speichern, welche das Stimulationsmuster definieren, welches patientenspezifisch
sein kann. Die Kontrolleinheit führt den gespeicherten
Algorithmus aus, wodurch eine Messung der EEG-Reaktivität
erfasst wird. Während der Ausführung kontrolliert
die Kontrolleinheit den Signalgenerator und die Schalter 51, 52,
um über Elektroden 111 und 113 einen Reiz an den Patienten auszugeben.
Ferner kann die Kontrolleinheit die EEG-Signaldaten, die während
der Stimulation erfasst werden, kennzeichnen, so dass der eigentliche
EEG-Messungsprozess die EEG-Segmente, die während der Stimulation
erfasst worden sind, identifizieren kann und den Benutzer der Vorrichtung über
diese Segmente in der EEG-Wellenform informieren kann.
-
Der
Reaktivitätsindikator, die Tendenz [der Reaktivität]
und Benutzermeldungen können auf dem Bildschirm eines Monitors 58 angezeigt
werden, der einen Teil der Benutzerschnittstelle der Vorrichtung darstellt.
Obwohl eine Kontrolleinheit, die aus einer Computereinheit oder
einem Prozessor besteht, diese Schritte ausführen kann,
kann die Verarbeitung der Daten auch auf verschiedene Einheiten/Prozessoren
(Server) innerhalb eines Netzwerks aufgeteilt werden, wie beispielsweise
eines Krankenhaus-LAN (Local Area Network). Das Gerät der
Erfindung kann also auch in Form eines verteilten Systems implementiert
werden. Außerdem kann die Reaktivitätsbestimmung
offline auf der Grundlage der gekennzeichneten Signaldaten ausgeführt
werden, die im Vorfeld im Datenspeicher gespeichert werden.
-
Der
Benutzer kann die Funktionsweise der Überwachungsvorrichtung
durch eine Benutzereingabevorrichtung 59, wie beispielsweise
eine Tastatur, kontrollieren. Die Kontrolleinheit 56 kann
den Signalgenerator gemäß den Befehlen, die von
einer Benutzereingabevorrichtung geliefert werden, oder gemäß eines
zuvor festgelegten Stimulationsplans kontrollieren, der im Datenspeicher
des Geräts gespeichert ist.
-
6 illustriert
die Operationselemente der Kontrolleinheit. Erstens umfasst die
Kontrolleinheit ein oder mehrere Messungsmodule 61 zur
Durchführung der standardmäßigen physiologischen
Messungen einer Patientenüberwachungsvorrichtung, wie beispielsweise
einer EEG-Messung, einer EKG-Messung und/oder einer NIBP-Messung.
Das EEG- oder EKG-Signal, das vom Patienten erfasst wurde, wird auch
an das Reaktivitätsmodul geliefert, das aus einem ersten
Modul 62 zur Bestimmung der Reaktivität und einem zweiten
Modul 63 zur Lieferung der Reize an die fragliche Messungssonde 64 besteht.
Wie oben besprochen, umfasst die Bestimmung die Anwendung einer
Zeitreferenz, die einem Reiz entspricht, und die zeitliche Ausrichtung
der physiologischen Signaldaten an der Zeitreferenz.
-
Da
konventionelle Patientenmonitore mit akustischen Alarmvorrichtungen
ausgestattet sind, kann die Kontrolleinheit auch ein akustisches
Signal generieren, wenn sie das Stimulationsmodul steuert, so dass
ein Reizsignal ausgegeben wird. Der Inhalt des akustischen Signals
kann patientenspezifisch sein.
-
Zur
automatischen und kontinuierlichen Einschätzung der Reaktivität
kann das erste Modul einen Testalgorithmus zur Ermittlung einer
geeigneten Stimulationsstärke für den Patienten
umfassen. Beim Testalgorithmus kann die Stärke des Reizes
in kleinen Schritten erhöht werden, um den Grad zu bestimmen,
bei dem erstmals eine Reaktivität festgestellt werden kann.
Zur automatischen und kontinuierlichen Einschätzung der
Reaktivität wird dann eine Langzeitstärke des
Reizes gemäß dem ermittelten Reaktivitätsschwellenwert
eingestellt. Der patientenspezifische Reaktivitätsschwellenwert
ermöglicht eine empfindliche Nachverfolgung von Veränderungen
beim Status eines Patienten.
-
Oben
wurde die Erfindung zur Einschätzung der EEG-Reaktivität
eines Patienten verwendet. Allerdings kann derselbe Mechanismus
im Zusammenhang mit den besagten anderen physiologischen Signalen
verwendet werden, je nachdem, ob eine Überprüfung
der Reaktivität eines anderen physiologischen Signals als
des EEG wertvolle Informationen über den Patienten liefert.
Daher ist die Erfindung nicht zwingend auf den Kontext von EEG beschränkt.
-
Ein
konventioneller Patientenmonitor kann auch aufgerüstet
werden, so dass der Monitor eine physiologische Signalreaktivität
eines Patienten bestimmen kann.
-
Solch
eine Aufrüstung kann durch die Ausstattung der Überwachungsvorrichtung
mit einem Einsteck-Softwaremodul implementiert werden, durch welches
die Vorrichtung in die Lage versetzt wird, Reize über eine
erste Messungssonde der Vorrichtung auszugeben und die Reaktivität
auf der Grundlage der Zeitserie der physiologischen Signaldaten
zu bestimmen, welche über eine zweite Messungssonde der
Vorrichtung empfangen werden, bei der es sich um dieselbe erste
Messungssonde oder eine andere Sonde handeln kann. Das Softwaremodul
kann beispielsweise auf einem Datenträger wie einer CD
oder einer Datenspeicherkarte oder über ein Telekommunikationsnetzwerk
zur Verfügung gestellt werden. Wie oben besprochen, ist
das Einsteckmodul insbesondere für eine Überwachungsvorrichtung
geeignet, die mit [Mitteln zur] automatischen Blutdruckbewertung
ausgestattet ist.
-
Obwohl
die Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben
wurde, die in den angehängten Zeichnungen gezeigt werden,
ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt
ist, sondern von auf diesem Gebiet fachkundigen Personen modifiziert
werden kann, ohne dass eine Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung erfolgt.
Beispielsweise zeigt bei einer einfachen Ausführungsform
die eigentliche Messung die EEG und/oder EKG-Wellenform an und kennzeichnet
die Zeitpunkte/Zeiträume der Stimulation, so dass ein Kliniker
die EEG/EKG-Wellenform und die Reaktivität durch die visuelle
Untersuchung der Wellenform beurteilen kann.
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zur
Einschätzung der Reaktivität, die sich bei einem
bestimmten physiologischen Signal, insbesondere dem EEG-Signal,
einer Testperson 100 beobachten lässt. Um einen
kompakte Messungsanordnung zu erhalten, welche eine verlässliche
Einschätzung der Veränderungen bei der Reaktivität
der Testperson sogar während eines langen Zeitraums ermöglicht,
wird eine konventionelle Überwachungsvorrichtung 10 mit
einem Stimulationsmodul 15 ausgestattet, das so konfiguriert
ist, dass es Reize an eine Testperson über eine Messungssonde 11– 13 ausgibt,
welche bei der Vorrichtung verwendet wird, um physiologische Signaldaten
von der Testperson 100 zu erfassen. Die Messungssonde kann
beispielsweise eine Armmanschette 13 sein, mittels derer
bei der Vorrichtung der Blutdruck der Testperson überwacht
wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2005/0085741
A1 [0010]
- - US 11/273574 [0044]
- - US 11/674732 [0052]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - G. B. Young,
et al: An Electroencephalographic Classification for Coma, Can.
J. Neurol. Sci. 1997; 24: 320–325 [0007]