DE19536632A1 - Anordnung und Verfahren zur Bestimmung der Schlafqualität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Schlafqualität, die eine Registriereinheit und Mittel zur Datenauswertung der in der Registriereinheit aufgenommenen Daten aufweist, und ein Verfahren.

Die Qualität des Nachtschlafs bestimmt nachhaltig das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit eines Menschen. Nach statistischen Erhebungen leiden ca. 15% der Gesamtbevölkerung unter Schlafstörungen. 40% der Schlafstörungen werden durch organische, 30% durch neurologischen Befunde verursacht, der Rest sind primäre Insomnien ohne eindeutigen pathologischen Befund.

Eine diagnostisch stichhaltige Klassifizierung einer Schlafstörung etwa nach der internationalen Klassifikation der American Sleep Disorders Association ist nur nach einer im Schlaflabor durchgeführten großen Polysomnographie möglich. Diese Methode ist kostenaufwendig und nur ein Bruchteil der Schlafstörungen kann in den vorhandenen Laboren differentialdiagnostisch abgeklärt werden. Für Langzeituntersuchungen, z. B. zur Therapiekontrolle, stehen derzeit keine geeigneten Geräte zur Verfügung.

Zur Durchführung der Schafpolysomnographie sind während einer Nacht oder auch über 24 Stunden die obligatorischen Meßgrößen Elektroenzephalogramm (EEG), Elektrookulogramm (EOG) und Elektromyogramm (EMG) der Kinnmuskulatur aufzuzeichnen. Für die Durchführung der großen Polysomnographie gibt es verschiedenste Geräte und auch die Erstellung des Hypnogramms (automatisch oder manuell) wird in der Patent- und Fachliteratur beschrieben (s. beispielsweise DE-PS 39 38 941). Da die große Polysomnographie gerätetechnisch aufwendig ist, kann sie nur in technisch gut ausgerüsteten Schlaflaboren realisiert werden.

Für die Diagnose des Schlafapnoe-Syndroms sind in den letzten Jahren zahlreiche Geräte und Verfahren entwickelt worden, die auch ambulant Anwendung finden. Bei diesen Verfahren wird jedoch immer mit Elektroden bzw. Körpersensoren gearbeitet. Die "Verkabelung" der Patienten erfolgt in der Klinik oder beim behandelnden Arzt. Häufige Fehlerursache bei diesen Untersuchungen ist ein Abreißen der Körpersensoren.

Eine gewisse Bedeutung als Screeningverfahren haben Actometer für die Schlafdiagnostik erlangt. Die Patienten tragen diese miniaturisierten Datenlogger über eine Woche oder länger. Der Nachteil besteht in der geringen Nachweisempfindlichkeit und einer unzureichenden zeitlichen Auflösung.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, ist in der DE-OS 42 30 084 beschrieben. Die dargestellte Anordnung enthält eine Registriereinheit und ein spezielles Programm zur Datenauswertung. Die Registriereinheit ermöglicht die Aufnahme einer Vielzahl von Schlafparametern, jedoch muß der Zustand "wacht" durch Quittieren eines Tonsignals durch den Patienten selbst objektiv festgestellt werden. Mit diesem Verfahren kann zwar zwischen zwei Zuständen "wach" und "schlafend" unterschieden werden, es setzt aber die aktive Mitwirkung des Patienten voraus. Gerade schlafgestörte Personen dürften das Tonsignal als äußerst störend empfinden. In der Regel hat der niedergelassene oder nicht auf Schlafstörungen spezialisierte Arzt in einer Klinik nur die Möglichkeit nach Anamnese und Beschreibungen des Patienten selbst sowie subjektiv erstellten Schlafprotokollen darüber zu befinden, ob eine Schlafstörung vorliegt und inwiefern eine Behandlung derselben durchgeführt werden muß. In aller Regel wird, sofern keine weiteren organischen Ursachen offensichtlich sind, eine Behandlung mit Pharmaka erfolgen. Über den Behandlungserfolg ist der Arzt wiederum auf die subjektiven Aussagen seines Patienten angewiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung anzugeben, die ohne aktive Mitwirkung des Patienten und ohne seine Verkabelung mit Elektroden oder Körpersensoren die Bestimmung der Schlafqualität mit hoher Nachweisempfindlichkeit und hoher zeitlicher Auflösung im Vergleich zum Screening mit Actometer ermöglicht. Das Verfahren soll dem behandelnden Arzt objektive Schlafparameter als Kriterien zur Bewertung und Behandlung von Schlafstörungen zur Verfügung stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Anordnung der eingangs erwähnten Art die Registriereinheit aus einem Meßaufnehmer vom Accerrerometer-Typ mit hoher Empfindlichkeit, der unter der Bettmatratze etwa im Bereich der Projektion des Körperschwerpunktes des Patienten angeordnet ist, und einem die Signale des Meßaufnehmers verstärkenden Universalverstärker mit regelbarer und vom Meßaufnehmer abhängiger ausreichend großer Verstärkung besteht. Ein Bandpaßfilter mit Grenzfrequenzen annähernd im Bereich eines EEG-Verstärkers ist zwischen dem Universalverstärker zur Begrenzung des Frequenzbereichs zur Signalformung und Mitteln zur Datenauswertung angeordnet. Als Mittel zur Datenauswertung ist eine Schaltung zur Signalformung der Einhüllenden des Bewegungssignals und zur Berechnung des Zeitintervalls zwischen den Bewegungen dem Bandpaßfilter nachgeschaltet.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den Meßaufnehmer asymmetrisch auf einer metallischen Platte zu befestigen, die auf dem Boden des Bettes angeordnet ist. Die Platte dient hierbei der mechanischen Verstärkung der Atembewegungen und der Positionierung des Meßaufnehmers bei Lattenrosten und Gittern.

In einer Ausführungsform hierzu ist die metallische Platte, auf der der Meßaufnehmer asymmetrisch angeordnet ist, auf einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Kissen, das mindestens die Größe der Platte aufweist, befestigt und das Kissen auf dem Boden des Bettes angeordnet. Damit ist gewährleistet, daß der Meßaufnehmer bei isostatischem Druck der Flüssigkeit keinen Kontakt mit dem Boden des Bettes hat und annähernd freischwingend unter der Matratze gelagert ist. Das Signal -Rausch-Verhältnis verbessert sich um den Faktor 1,5, und Störgeräusche aus der Umgebung wie Trittschall, Straßenlärm u.ä. werden deutlich gedämpft.

Der Meßaufnehmer vom Accererometer-Typ ermöglicht die Registrierung auch der kleinsten Bewegungen des Patienten. Die Verstärkungsregelung wird so eingestellt, daß bei kleinsten Bewegungen ein Signal von ±1 V am Verstärkerausgang anliegt. Damit wird gleichzeitig der für die Registrierung notwendige Meßbereich bestimmt. Da über den gleichen Meßaufnehmer die Signale von Atmung und Herzschlag aufgenommen werden, sind die Amplitudenwerte über denen des Ballistokardiogramms und der Atmung, die hier den Rauschpegel bilden, eingestellt. Die Schaltung zur Signalformung der Einhüllenden des Bewegungssignals, die in einer Ausführungsform der Erfindung nach dem Prinzip der Amplitudenselektion arbeitet, gestattet es, ein "Standardisiertes Bewegungssignal" (SBS) mit einer Amplitude von 1 V zu erzeugen. Die Formung des SBS wird durch eine Begrenzerschaltung realisiert, die auf eine Maximalamplitude von 0,3 bis 0,65 V aus den oben bereits genannten Gründen eingestellt wurde.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Schlafqualität wird zunächst ein Meßaufnehmer im Bereich des Körperschwerpunktes des Patienten unter der Bettmatratze befestigt, dann werden die Bewegungen der zu beobachtenden Person von diesem Meßaufnehmer in Abhängigkeit von der Zeit registriert, danach das "Standardisierte Bewegungssignal" erzeugt und anschließend aus dem Zeitverlauf der aufgenommenen Signale die Bewegungsaktivität bestimmt, wobei zunächst Zeitintervalle ohne Körperaktivität mit einer Dauer < 3 min dem Zustand "wach" und Zeitintervalle ohne Bewegung während einer Dauer < 3 min dem Zustand "schlafend" zugeordnet werden und eine weitere Unterteilung der dem Zustand "schlafend" zugeordneten Zeitintervalle ohne Bewegungsaktivität in vier Klassen in Abhängigkeit ihrer Dauer t entsprechend 3 min t < 6 min, 6 min t < 12 min, 12 min t < 24 min und t 24 min vorgenommen und abschließend die Gesamtdauer der einzelnen Klassen während des Schlafs und somit die Verteilung der Bewegungsaktivität bestimmt wird.

Danach wird aus dem zeitlichen Anteil der den vier Klassen der Bewegungsaktivität entsprechenden Zeitintervallen t an der gesamten Schlafdauer die Schlafqualität ermittelt. Dabei wird die Schlafqualität in Abhängigkeit der Verteilung der oben beschriebenen Zeitintervalle in fünf Typen eingeteilt:
Typ I: alle Zeitintervalle treten annähernd gleichmäßig auf;
Typ II: das Zeitintervall 3 min t < 6 min hat den größten Anteil, das Zeitintervall 12 min t < 24 min den kleinsten, t 24 min tritt gar nicht auf;
Typ III: der Anteil des Zeitintervalls 3 min t < 6 min ist größer als die sonst annähernd gleichen Anteile der anderen Zeitintervalle;
Typ IV: die Anteile der Zeitintervalle 3 min t < 6 min und 12 min t < 24 min sind annähernd gleich und größer als der Anteil des Zeitintervalls 6 min t < 12 min und kleiner als der Anteil für t 24 min;
Typ V: der Anteil des Zeitintervalls 3 min t < 6 min ist viel größer als der des Zeitintervalls 6 min t < 12 min, die beiden anderen Zeitintervalle treten gar nicht auf.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet die Bestimmung folgender Schlafparameter: Liegezeit im Bett, Schlafdauer, Einschlaflatenz, morgendliche Liegezeit nach dem Erwachen, Häufigkeit und Dauer des nächtlichen Erwachens und Schlafeffizienz. Vorteilhaft ist es, gleichzeitig mit der erfindungsgemäßen Lösung ein Screening von schlafgestörten Patienten zur Bestimmung der Notwendigkeit weiterer differentialdiagnostischer Untersuchungen durchzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann über einen längeren Zeitraum und unter häuslichen Bedingungen ohne Spezialkenntnisse vom Patienten selbst angewendet werden. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Bestimmung der physischen Leistungsfähigkeit von Personen, die unter extremen Bedingungen arbeiten, da das Verfahren eine Klassifizierung der Bewegungsabläufe beinhaltet, die eine objektive Aussage zur Bestimmung der Schlafqualität ermöglicht. Weitere Vorteile des Verfahrens ergeben sich durch eine vorgesehene rechnergestützte Auswertung der gemessenen Daten.

Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.

Dabei zeigen

Fig. 1 Signalaufzeichnung der Körperbewegung in Abhängigkeit von der Zeit mit einer Maximalamplitude von 0,3 bis 0,65 V;

Fig. 2 Erstellung des Standardisierten Bewegungssignals entsprechend Fig. 1;

Fig. 3 Bildung der Zustande "wach" und "schlafend" aus Fig. 2;

Fig. 4a bis 4e fünf typische Verteilungen der Bewegungsaktivität.

Der Meßaufnehmer vom Accererometer-Typ ermöglicht die Registrierung auch der kleinsten Bewegungen des Patienten. Die Verstärkungsregelung im Verstärker, hier beispielsweise mit einer mindestens 10000fachen Verstärkung, wird so eingestellt, daß bei diesen kleinsten Bewegungen ein Signal von ±1 V am Verstärkerausgang anliegt. Damit wird gleichzeitig der für die Registrierung notwendige Meßbereich bestimmt. Ein Bandpaßfilter ist dem Verstärker zur Begrenzung des Frequenzbereiches bei der Signalformung nachgeschaltet und weist eine obere Grenzfrequenz von 70 Hz und eine Zeitkonstante von minimal 2 s auf. Die Schaltung zur Signalformung der Einhüllenden des Bewegungssignals, die in einer Ausführungsform der Erfindung nach dem Prinzip der Amplitudenselektion arbeitet, gestattet es, ein "Standardisiertes Bewegungssignal" SBS mit einer Amplitude von 1 V zu erzeugen. Die Formung des SBS wird durch eine Begrenzerschaltung realisiert, die auf eine Maximalamplitude von 0,3 bis 0,65 V in Abhängigkeit von den Signalanteilen aus dem Ballistokardiogramm des Herzens eingestellt wurde. Eine Auswerteeinheit liefert die gewünschten Daten in Abhängigkeit von der Zeit.

Ein Ausschnitt von Signalaufzeichnungen der Körperbewegungen des Patienten in Abhängigkeit von der Zeit mittels der beschriebenen Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt. Für die Berechnung des Standardisierten Bewegungssignals werden Signale mit Amplitudenwerten zwischen 0,3 und 0,65 V ausgewertet, das Ergebnis ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 sind dann die Zustände "wach" und "schlafend" eindeutig nach einer weiteren Zuordnung, die aus vergleichenden Untersuchungen mit Polysomnographiedaten festgestellt wurde (Zeitintervalle ohne Körperaktivität mit einer Dauer < 3 min entsprechen dem Zustand "wach"; Zeitintervalle ohne Bewegung während einer Dauer < 3 min dem Zustand "schlafend"), zu erkennen. Darüberhinaus wurde eine Einteilung der als "schlafend" interpretierten Zeitintervalle ohne Bewegungsaktivität in vier Klassen vorgenommen, Zeitintervalle ohne Bewegung der Länge 3 min t < 6 min, 6 min t < 12 min, 12 min t < 24 min und 24 min. Mit Hilfe einer Zähleranordnung wird die Gesamtdauer der einzelnen Klassen während des Schlafs bestimmt. Im Ergebnis dieser Klassifizierung erhält man fünf typische Muster für die Verteilung der Bewegungsaktivität. In Fig. 4a bis 4e sind diese typischen Verteilungen der Bewegungsaktivität (Typ I bis V) dargestellt. Dabei weist die Verteilung der Intervalle bei Typ I auf einen normalen Schlaf, bei Typ II auf einen oberflächlichen Schlaf, bei Typ III auf einen Schlaf mit erhöhter Bewegungsaktivität, bei Typ IV auf einen tiefen Schlaf und bei Typ V auf Schlaflosigkeit. Aus der Klassifizierung der Bewegungsmuster nach Typen (Typ I bis V) sind Aussagen zum physischen und psychischen Zustand der Patienten möglich.

Bei Patienten mit dem Schlaftyp I und III ist ein pathologischer Befund unwahrscheinlich. Sie bewegen sich physiologisch und psychologisch in der Norm. Bei Personen mit einem Bewegungsmuster vom Typ II oder V wurden Ermüdungserscheinungen am Tage und ein subjektiv nicht als erholsam empfundener Schlaf festgestellt. Patienten mit diesem Schlafmuster bedürfen einer weiteren differentialdiagnostischen Abklärung eventuell vorhandener Insomnien. Das Schlafmuster vom Typ IV trägt Übergangscharakter und bedarf einer weiteren Beobachtung durch den Arzt.

Claims (5)

1. Anordnung zur Bestimmung der Schlafqualität, die eine Registriereinheit und Mittel zur Datenauswertung der in der Registriereinheit aufgenommenen Daten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Registriereinheit aus einem Meßaufnehmer vom Accerrerometer-Typ mit hoher Empfindlichkeit, der unter der Bettmatratze etwa im Bereich der Projektion des Körperschwerpunktes des Patienten angeordnet ist, und einem die Signale des Meßaufnehmers verstärkenden Universalverstärker mit regelbarer und vom Meßaufnehmer abhängiger ausreichend hoher Verstärkung besteht,
daß ein Bandpaßfilter mit Grenzfrequenzen annähernd im Bereich eines EEG-Verstärkers zwischen dem Universalverstärker zur Begrenzung des Frequenzbereichs zur Signalformung und Mitteln zur Datenauswertung angeordnet und
daß als Mittel zur Datenauswertung eine Schaltung zur Signalformung der Einhüllenden des Bewegungssignals und zur Berechnung des Zeitintervalls zwischen den Bewegungen dem Bandpaßfilter nachgeschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Signalformung der Einhüllenden des Bewegungssignals und zur Berechnung des Zeitintervalls zwischen den Bewegungen nach dem Prinzip der Amplitudenselektion arbeitet.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer asymmetrisch auf einer metallischen Platte befestigt ist, die auf dem Boden des Bettes angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte auf einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Kissen, das mindestens die Größe der Platte aufweist, befestigt und das Kissen auf dem Boden des Bettes angeordnet ist.

5. Verfahren zur Bestimmung der Schlafqualität, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zunächst ein Meßaufnehmer im Bereich des Körperschwerpunktes des Patienten unter der Bettmatratze befestigt wird,
• - dann die Bewegungen der zu beobachtenden Person von diesem Meßaufnehmer in Abhängigkeit von der Zeit registriert werden,
• - danach ein "Standardisierte Bewegungssignal" erzeugt wird
• - und anschließend aus dem Zeitverlauf der aufgenommenen Signale die Bewegungsaktivität bestimmt wird, wobei zunächst Zeitintervalle ohne Körperaktivität mit einer Dauer t < 3 min dem Zustand "wach" und Zeitintervalle ohne Bewegung während einer Dauer t < 3 min dem Zustand "schlafend" zugeordnet werden und eine weitere Unterteilung der dem Zustand ff schlafend" zugeordneten Zeitintervalle ohne Bewegungsaktivität in vier Klassen in Abhängigkeit ihrer Dauer entsprechend 3 min t < 6 min, 6 min t < 12 min, 12 min t < 24 min und 24 min vorgenommen werden und abschließend die Gesamtdauer der einzelnen Klassen während des Schlafs und somit die Verteilung der Bewegungsaktivität bestimmt und in fünf Typen eingeteilt wird.