DE69616236T2

DE69616236T2 - Geraet zur messung der anaesthesietiefe

Info

Publication number: DE69616236T2
Application number: DE69616236T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nomura; Hideichi Tsuda
Original assignee: Colin Corp
Current assignee: Colin Medical Technology Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2016-05-25
Also published as: EP0774234B1; EP0976361B1; EP0976361A3; EP0774234A1; WO1996038087A1; DE69630406D1; EP0774234A4; DE69616236D1; EP0976361A2; US5871450A; US5964713A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anästhesietiefenmeßapparatur zur Messung einer Anästhesietiefe eines Lebewesens.
Wenn ein Patient für einen chirurgischen Eingriff oder dergleichen anästhesiert wird, ist es notwendig, eine geeignete Anästhesietiefe beizubehalten, um so den Patienten vor Streß oder Schmerzen aufgrund des chirurgischen Eingriffs zu schützen. Üblicherweise wurde eine Anästhesietiefe zum Beispiel subjektiv oder empirisch erfaßt durch Beobachtung einer Änderung des Blutdrucks, der Herzfrequenz oder der Atmungsfrequenz des Patienten, welche aus einer Stimulation des chirurgischen Eingriffs resultiert, oder durch Beobachtung des Reflexes der Augenwimpern, der Pupillengröße, der Färbung der Gliedmaßen oder der Körpertemperatur des Patienten.
EP-A-0232234 offenbart eine Anästhesietiefenmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, welche den Blutdruck und die Pulsperiode zur gleichen Zeit mißt und ein Änderungsraten-Bewertungsverfahren verwendet.
WO 92/06632 offenbart eine Anästhesietiefenüberwachungsvorrichtung, welche gleichzeitig Atmungsfrequenz und Pulsperiode mißt.
Da jedoch die Anästhesietiefenerkennung auf Basis der Änderung des Blutdrucks, der Herzfrequenz oder der Atmungsfrequenz oder auf Basis des Reflexes der Augenwimpern, der Pupillengröße, der Färbung der Gliedmaßen oder der Körpertemperatur in Abhängigkeit von einer subjektiven Beurteilung durch die Anästhesisten oder dergleichen durchgeführt wird, ist es für die Anästhesisten notwendig, eine über lange Zeit erworbene Erfahrung und Fähigkeit zu besitzen. Darüber hinaus ist es nicht einfach, objektiv oder genau die Anästhesietiefe zu erkennen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anästhesietiefenmeßapparatur für ein objektives Messen einer Anästhesietiefe eines Lebewesens zur Verfügung zu stellen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ihre Untersuchungen vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Situation durchgeführt und sie haben herausgefunden, daß eine Größe einer Pulsperiodenfluktuationskomponente, welche synchron mit der Atmung eines Lebewesens erzeugt wird, eine Größe einer Blutdruckfluktuationskomponente mit einer Frequenz, die geringer ist als die Frequenz der Atmung des Lebewesens, oder einer Änderungsrate der Pulsperiode des Blutdrucks des Lebewesens eine enge Beziehung zu einem Aktivitätsniveau des parasympathischen Nervs oder des sympathischen Nervs des Lebewesens besitzt, wodurch eine Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis der Größe der oben erwähnten Fluktuationskomponente objektiv gemessen werden kann, wenn das Lebewesen anästhesiert wird.
Darüber hinaus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß die Einflüsse der Anästhesie auf die periphere Körpertemperatur und die Körpertiefentemperatur voneinander verschieden sind und ein Unterschied zwischen der peripheren Körpertemperatur und der Körpertiefentemperatur eine enge Beziehung zu einem Aktivitätsniveau eines Nervs des Lebewesens besitzt, wodurch eine Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis des Unterschieds objektiv gemessen werden kann. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieser Entdeckungen entwickelt.
Die obige Aufgabe kann gemäß der Erfindung gelöst werden durch eine Anästhesietiefenmeßapparatur zur Messung einer Anästhesietiefe eines Lebewesens, umfassend
eine Pulsperiodenmeßvorrichtung, welche kontinuierlich eine Periode eines Pulses des Lebewesens mißt; und
Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals zum Extrahieren, mittels Frequenzanalyse der Fluktuation der kontinuierlich durch die Pulsperiodenmeßvorrichtung gemessenen Pulsperioden, eines ersten Pulsperiodenfluktuationssignals, welches einer Größe einer ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt, und wobei das Gerät zur Messung der Anästhesietiefe dadurch charakterisiert ist, daß es ferner umfaßt:
das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals zum weiteren Extrahieren eines zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals, welches einer Größe einer zweiten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Frequenz von einem Drittel bis einem Viertel der Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt; und
erstes Anästhesietiefenberechnungsmittel zum Berechnen einer ersten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis eines Verhältnisses des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal.
In der oben erwähnten Apparatur werden aus einer Fluktuation der durch die Pulsperiodenmeßvorrichtung kontinuierlich gemessenen Pulsperioden das erste Pulsperiodenfluktuationssignal, welches der ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente, die im wesentlichen synchron mit der Atmung des Lebewesens erzeugt wird, entspricht, und das zweite Pulsperiodenfluktuationssignal, welches der zweiten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die eine vorbestimmte Frequenz besitzt, die niedriger ist als eine Frequenz der ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente, durch das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals extrahiert. Dann wird, basierend auf einem Verhältnis des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal, mittels des Anästhesietiefenberechnungsmittels die Anästhesietiefe des Lebewesens berechnet. Somit kann die vorliegende Erfindung objektiv oder quantitativ die Anästhesietiefe des Lebewesens berechnen. Zusätzlich kann die Apparatur die Anästhesietiefe ohne der Notwendigkeit einer Befähigung der bedienenden Person genau messen.
Die obige Aufgabe kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gelöst werden durch die Anästhesietiefenmeßapparatur zur Messung einer Anästhesietiefe eines Lebewesens, wie oben erwähnt, umfassend
eine Blutdruckmeßvorrichtung, welche kontinuierlich einen Blutdruckwert des Lebewesens mißt;
Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals zum Extrahieren, mittels Frequenzanalyse der kontinuierlich durch die Blutdruckmeßvorrichtung gemessenen Fluktuation der Blutdruckwerte, eines Blutdruckfluktuationssignals, das einer Größe einer Blutdruckfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Frequenz von einem Drittel bis einem Viertel der Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt;
zweites Anästhesietiefenberechnungsmittel zum Berechnen einer zweiten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis einer Größe des Blutdruckfluktuationssignals; und
Anästhesietiefenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer dritten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis der mittels des ersten Anästhesietiefenberechnungsmittels berechneten ersten Anästhesietiefe und der mittels des zweiten Anästhesietiefenberechnungsmittels berechneten zweiten Anästhesietiefe, so daß die bestimmte dritte Anästhesietiefe auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird.
In der oben erwähnten Apparatur wird die Pulsperiode des Lebewesens kontinuierlich durch die Pulsperiodenmeßvorrichtung gemessen, wird der Blutdruckwert des Lebewesens kontinuierlich durch die Blutdruckmeßvorrichtung gemessen und wird die Rate einer Änderung von einem der Blutdruckwerte und der Pulsperioden zu dem anderen der Blutdruckwerte und der Pulsperioden mittels der Änderungsratenberechnungsmittel berechnet. Dann wird basierend auf der Änderungsrate die Anästhesietiefe des Lebewesens mittels des Anästhesietiefenbestimmungsmittels bestimmt. Somit kann die vorliegende Apparatur objektiv oder quantitativ die Anästhesietiefe des Lebewesens bestimmen. Darüber hinaus kann die Apparatur die Anästhesietiefe ohne der Notwendigkeit einer Befähigung der bedienenden Person genau messen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung offenbart und in den weiteren Unteransprüchen beansprucht.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Konstruktion einer Ausführungsform der Anästhesietiefenmeßapparatur der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung verschiedener Funktionen einer Steuervorrichtung der Apparatur aus Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Fluktuation von Pulsperioden Tue, welche mittels der Vorrichtung aus Fig. 1 gemessen wurden.
Fig. 4 ist eine Abbildung zur Erläuterung eines ersten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR, eines zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals LFCRR und einer Pulsperiodendirektstromkomponente DCRR, welche extrahiert werden aus der Fluktuation der Pulsperioden Tue, die mittels der Vorrichtung aus Fig. 1 gemessen wird.
Fig. 5 ist eine Auftragung, welche ein Verhältnis aufzeigt, das von der Vorrichtung aus Fig. 1 zur Berechnung einer Anästhesietiefe DRR verwendet wird.
Fig. 6 ist eine Auftragung, welche ein Verhältnis aufzeigt, das von der Apparatur aus Fig. 1 zur Berechnung einer Anästhesietiefe DSYS verwendet wird.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches den Betrieb der Steuervorrichtung der Apparatur aus Fig. 1 darstellt. Es wird nun ausführlich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Konstruktion einer Ausführungsform der Anästhesietiefenmeßapparatur der vorliegenden Erfindung. In der Figur umfaßt eine Vorrichtung zum Erfassen der elektrokardiographischen Wellenform 10 eine Vielzahl an Elektroden 12, welche auf einem Lebewesen angebracht sind. Die Vorrichtung 10 liefert kontinuierlich ein allgemein bekanntes elektrokardiographisches Wellenformsignal, das aufeinanderfolgend in synchroner Weise mit dem Herzschlag des Lebewesens erzeugt wird, welches im allgemeinen durch die Inhalation eines Anästhetikums wie Isofluran anästhesiert wird, über einen A/D-Wandler 14 zu einer CPU 18 einer Steuervorrichtung 16.
Eine Blutdruckmeßvorrichtung 20 umfaßt eine Druckpulswellenerfassungssonde 22, welche so ausgelegt ist, daß sie mit einem Band (nicht aufgeführt) an eine Arterie des Lebewesens wie eine Halsschlagader, eine Speichenarterie oder eine dorsale Fußarterie gepreßt werden kann. Die Vorrichtung 20 mißt kontinuierlich einen Blutdruckwert des anästhesierten Lebewesens basierend auf jedem einzelnen Puls der erfaßten Pulswelle und führt ein Blutdrucksignal, welches repräsentativ für den Blutdruckwert ist, über einen A/D-Wandler 24 der CPU 18 der Steuervorrichtung 16 zu. Diese Blutdruckmeßvorrichtung 20 ist ähnlich konstruiert wie die Blutdrucküberwachungsapparatur, die in dem US-Patent Nr. 4,423,738 oder der Offengelegten Veröffentlichung einer Nichtgeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-253196 offenbart ist.
Die Steuervorrichtung 16 ist mit einem sogenannten Mikrocomputer versehen, welcher die CPU 18, einen ROM 26 und einen RAM 28 einschließt. Die CPU 18 verarbeitet die eingehenden Signale, d. h. die elektrokardiographischen Wellenformsignale und das Blutdrucksignal, gemäß in dem ROM 26 vorher gespeicherten Steuerprogrammen unter Verwendung einer temporär gespeicherten Funktion des RAM 28 und steuert eine Anzeigevorrichtung 30, um so eine Anästhesietiefe D des Lebewesens darzustellen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung verschiedener Funktionen der Steuervorrichtung 16. In der Figur mißt ein Pulsperiodenmeßmittel 50 eine Pulsperiode von einer herzschlagsynchronen Welle wie einer elektrokardiographischen Wellenform, einer von einer Arterie erzeugten Pulswelle oder dergleichen, die synchron mit einem Herzschlag des Lebewesens erzeugt wird. Vorzugsweise durch Berechnung eines Zeitintervalls zwischen jedem Paar an aufeinanderfolgenden zwei Pulsen der elektrokardiographischen Wellenform, zum Beispiel R-Wellen der aufeinanderfolgenden beiden Pulse, mißt das Pulsperiodenmeßmittel 50 kontinuierlich eine Pulsperiode TRR des anästhesierten Lebewesens. Die auf diese Weise gemessenen Pulsperioden TRR besitzen eine Fluktuation, wie sie zum Beispiel in Fig. 3 aufgezeigt ist.
Ein Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 extrahiert aus der Fluktuation der Pulsperioden TRR, welche kontinuierlich mittels des Pulsperiodenmeßmittels 50 gemessen werden, ein erstes Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR, welches einer ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die im wesentlichen synchron mit einer Atmung des Lebewesens erzeugt wird, und ein zweites Pulsperiodenfluktuationssignal LFCRR, welches einer zweiten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, welche eine vorbestimmte Frequenz besitzt, die geringer als eine Frequenz der ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente ist. Das Mittel zum Extrahieren des Pulsperiodenfluktuationssignals 52 führt eine Frequenzanalyse der Fluktuation der Pulsperioden TRR mit einem schnellen Fourier-Transformationsverfahren (FFT, einem Autoregressionsverfahren (AR) oder dergleichen durch. Dann gibt das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 als das erste und das zweite Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR, LFCRR eine Größe (Leistung) einer Signalkomponente, die eine Frequenz in der Nähe der Frequenz der Atmung des Lebewesens besitzt, bzw. eine Größe (Leistung) einer Signalkomponente, die eine Frequenz in der Nähe von einem Drittel bis einem Viertel der Frequenz der Atmung des Lebewesens besitzt, aus. Insbesondere gibt das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 als das erste und zweite Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR, LFCRR eine Größe einer Signalkomponente, die eine Peakfrequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,25 Hz) der Atmung des Lebewesens einschließt, bzw. eine Größe einer Signalkomponente, welche eine Peakfrequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,07 Hz) von ungefähr einem Drittel bis einem Viertel der Frequenz der Atmung des Lebewesens einschließt, aus. Fig. 4 veranschaulicht entsprechende Größen des ersten und des zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR, LFCRR und ein 0 Hz Frequenzkomponentensignal (Direktstromkomponente) DCRR, welche aus der Fluktuation der Pulsperioden TRR extrahiert werden.
Ein erstes Anästhesietiefenberechnungsmittel 54, welches in einem Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 enthalten ist, berechnet eine erste Anästhesietiefe DRR des Lebewesens auf Basis eines Verhältnisses (LFCRR/HFCRR) des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal LFCRR, welche mittels des Mittels zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 extrahiert wurden. Das erste Anästhesietiefen berechnungsmittel 54 berechnet die erste Anästhesietiefe DRR auf Basis des tatsächlichen Verhältnisses (LFCRR/HFCRR) gemäß eines vorher gespeicherten Verhältnisses, wie z. B. in Fig. 5 aufgezeigt.
Es wird angenommen, daß durch die Wirkung eines Vagusnervs des Herzens, welcher ein von einem Kreislaufzentrum nach außen führender Nerv ist, eine Atmungsfluktuation aufgrund der Wechselwirkung eines Atmungszentrums mit dem Kreislaufzentrum auf dem Niveau des Hirnstamms stattfindet und eine Atmungsfluktuation von zugeführten Signalen, die von Herz-Lungen-Rezeptoren erzeugt werden, stattfindet. Daher kann eine Fluktuation, die in einer Zündfrequenz eines sinoaurikulären Knotens (Nodus sinuatrialis) auftritt, als eine Größe (Leistung) einer Signalkomponente angesehen werden, welche eine Peakfrequenz in einem Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,25 Hz) der Atmung des Lebewesens einschließt, das heißt, das erste Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR. Darüber hinaus findet die Atmungsfluktuation aufgrund der Wirkung eines Sympathikusnervs statt, welcher den sinoaurikulären Knoten steuert. Da jedoch die Pulsratensteuerung unter dem Sympathikusnerv eine Charakteristik als ein Niederfrequenzbereichfilter besitzt, kann der Sympathikusnerv lediglich Pulsratenfluktuationen mit extrem niedrigen Frequenzen, z. B. Frequenzen von nicht höher als 0,15 Hz, übertragen und wird das HFCRR, welches eine gewöhnliche Atmungsfrequenz besitzt, ausschließlich durch den Vagusnerv übertragen. Die Amplitude des HFCRR, d. h. die Größe von HFCRR, ist proportional zur Aktivität des Vagusnervs des Herzens und kann als ein brauchbarer und quantitativer Index für die Aktivität des Vagusnervs des Herzens verwendet werden. Es wird unter anderem vermutet, daß das zweite Pulsperiodenfluktuationssignal LFCRR, welches einer Fluktuationskomponente entspricht, die ungefähr ein Drittel bis ein Viertel einer Frequenz des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR besitzt, verursacht wird durch eine Pulsratenfluktuation, welche durch einen Barorezeptorreflexmechanismus auftritt. Zuführende und nach außen führende Nerven des Reflexes sind ein Aortensinusnerv bzw. kardiale parasympathische und sympathische Nerven. Da das Signal LFCRR proportional zu einem Produkt der Amplitude des Blutdrucks und der Empfindlichkeit der Barorezeptoren ist, kann die Aktivität des Sympathikusnervs nicht bewertet werden, wenn die Barorezeptorreflexempfindlichkeit nicht konstant ist. Somit besitzt das Verhältnis (LFCRR/HFCRR) eine enge Entsprechung zu der Nervenaktivität, da es frei von einem Einfluß eines individuellen Unterschieds ist. Das in Fig. 5 aufgezeigte Verhältnis wird basierend auf den oben beschriebenen Tatsachen experimentell im voraus erhalten.
Ein Blutdruckmeßmittel 56, welches zur Verfügung gestellt wird durch zum Beispiel die Blutdruckmeßvorrichtung 20, mißt kontinuierlich einen Blutdruckwert des Lebewesens. Ein Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals 58 extrahiert aus einer Fluktuation der Blutdruckwerte, zum Beispiel der systolischen Blutdruckwerte PSYS, welche kontinuierlich mittels des Blutdruckmeßmittels 56 gemessen werden, ein. Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS, welches einer Blutdruckfluktuationskomponente entspricht, die eine vorbestimmte Frequenz besitzt, welche geringer ist als die Frequenz der Atmung des Lebewesens. Das Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals 58 führt eine Frequenzanalyse der Fluktuation der Blutdruckwerte PSYS mit einem schnellen Fourier-Transformationsverfahren (FFT), einem Autoregressionsverfahren (AR) oder dergleichen durch und gibt als das Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS eine Größe (Leistung) einer Signalkomponente aus, welche eine Peakfrequenz in einem Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,07 Hz) von ungefähr einem Drittel bis einem Viertel der Frequenz der Atmung des Lebewesens einschließt.
Ein zweites Anästhesietiefenberechnungsmittel 60, welches in dem Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 enthalten ist, berechnet eine zweite Anästhesietiefe DSYS des Lebewesens auf Basis einer Größe des Blutdruckfluktuationssignals LFCSYS gemäß einem vorher gespeicherten Verhältnis, wie zum Beispiel in Fig. 6 aufgezeigt. Da angenommen wird, daß das Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS, welches die Fluktuation der Blutdruckwerte darstellt, aus einer Verzögerung eines sympathischen Vasomotorenregulationssystems resultiert, kann eine Amplitude (Größe) des Signals LFCSYS als ein quantitativer Index für eine Vasomotoren-Sympathikusnervaktivität verwendet werden. Ein in Fig. 6 aufgezeigtes Verhältnis wird basierend auf den oben beschriebenen Tatsachen experimentell im voraus erhalten.
Das Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 bestimmt eine dritte Anästhesietiefe D auf Basis der ersten Anästhesietiefe Des, welche durch das erste Anästhesietiefenberechnungsmittel 54 berechnet wird, und der zweiten Anästhesietiefe DSYS, welche durch das zweite Anästhesietiefenberechnungsmittel 60 berechnet wird. Wenn zum Beispiel die erste und die zweite Anästhesietiefe DRR, DSYS voneinander extrem verschieden sind, beurteilt das Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 auf Basis der entsprechenden zeitweisen Änderungen der beiden Anästhesietiefen, welche der beiden Anästhesietiefen DRR und DSYS abnormal ist, und bestimmt als die dritte Anästhesietiefe D die andere der Anästhesietiefen DRR und DSYS oder berechnet entsprechende Gewichtungsfaktoren auf Basis der entsprechenden zeitweisen Änderungen der beiden Anästhesietiefen und bestimmt als die dritte Anästhesietiefe D einen Mittelwert der entsprechend gewichteten Werte der Anästhesietiefen DRR und DSYS. Wenn stattdessen die erste und zweite Anästhesietiefe DRR, DSYS voneinander nicht so verschieden sind, bestimmt das Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 als die dritte Anästhesietiefe D eine der beiden Anästhesietiefen DRR, DSYS oder einen Mittelwert der beiden Anästhesietiefen DRR und DSYS.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches den Betrieb der Steuervorrichtung 16 darstellt, welche eine Routine aufzeigt, die sychron mit einem Puls oder einem Input eines Blutdruckwerts durchgeführt wird.
In Fig. 7 wird im Schritt SA1, welcher dem Pulsperiodenmeßmittel 50 entspricht, eine Pulsperiode TRR als ein Zeitintervall zwischen entsprechenden R-Wellen von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen der elektrokardiographischen Wellenformeingabe der elektrokardiographischen Wellenformerfassungsvorrichtung 10 berechnet. Dem Schritt SA1 folgt der Schritt SA2, welcher dem Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 entspricht, zur Durchführung einer Frequenzanalyse einer Fluktuation der Pulsperioden TRR mit einem schnellen Fourier-Transformationsverfahren (FFT), einem Autoregressionsverfahren (AR) oder dergleichen und zum Extrahieren als ein erstes und zweites Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR, LFCRR einer Größe (Leistung) einer Signalkomponente, welche eine Peakfrequenz in einem Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,25 Hz) einer Atmung des Lebewesens einschließt, bzw. einer Größe (Leistung) einer Signalkomponente, welche eine Peakfrequenz in einem Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,07 Hz) von ungefähr einem Drittel bis einem Viertel der Frequenz der Atmung des Lebewesens einschließt.
Dem Schritt SA2 folgt der Schritt SA3, welcher dem ersten Anästhesieberechnungsmittel 54 entspricht, zur Berechnung einer ersten Anästhesietiefe DRR des Lebewesens basierend auf einem Verhältnis (LRCRR/HFCRR) des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals LFCRR gemäß einer vorher gespeicherten Beziehung, wie sie zum Beispiel in Fig. 5 aufgezeigt ist.
Als nächstes geht die Steuerung der CPU 18 zu Schritt SA4. Im Schritt SA4 wird ein Blutdruckwertinput PSYS aus der Blutdruckmeßvorrichtung 20 eingelesen. Dem Schritt SA4 folgt der Schritt SA5, welcher dem Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals 58 entspricht, zur Durchführung einer Frequenzanalyse einer Fluktuation der Blutdruckwerte PSYS mit einem schnellen Fourier- Transformationsverfahren (FFT), einem Autoregressionsverfahren (AR) oder dergleichen und zum Extrahieren als das Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS einer Größe (Leistung) einer Signalkomponente, welche eine Peakfrequenz in einem Frequenzbereich besitzt, der eine Frequenz (z. B. 0,07 Hz) von ungefähr einem Drittel bis einem Viertel der Frequenz der Atmung des Lebewesens einschließt.
Dem Schritt SA5 folgt der Schritt SA6, welcher dem zweiten Anästhesietiefenberechnungsmittel 60 entspricht, zur Berechnung einer zweiten Anästhesietiefe DSYS des Lebewesens basierend auf dem in Schritt SA5 extrahierten Blutdruckfluktuationssignals LFCSYS gemäß der vorher gespeicherten Beziehung, wie sie zum Beispiel in Fig. 6 aufgezeigt ist.
Anschließend geht die Steuerung der CPU 18 zu Schritt SA7 über, welcher dem Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 entspricht, zur Bestimmung einer dritten Anästhesietiefe D mit einer höheren Verläßlichkeit auf Basis der ersten Anästhesietiefe DRR, welche auf Basis der Fluktuation der Pulsperioden berechnet wird, und der zweiten Anästhesietiefe DSYS, welche auf der Basis der Fluktuation von Blutdruckwerten berechnet wird. Wenn zum Beispiel die erste und zweite Anästhesietiefe DRR, DSYS voneinander extrem verschieden sind, wird, basierend auf den entsprechenden zeitweisen Änderungen der beiden Anästhesietiefen, eine der ersten und zweiten Anästhesietiefen DRR, DSYS als ein abnormaler Wert bewertet und wird die andere der ersten und zweiten Anästhesietiefen DR, DSYS als die dritte Anästhesietiefe D bestimmt. Wenn die erste und zweite Anästhesietiefe DRR, DSYS voneinander nicht so verschieden sind, wird ein Mittelwert der ersten und zweiten Anästhesietiefen DRR, DSYS als die dritte Anästhesietiefe D bestimmt. Dem Schritt SA7 folgt der Schritt SA8 für eine quantitative Anzeige der im Schritt SA7 bestimmten Anästhesietiefe D auf der Anzeigenvorrichtung 30 in Ziffern, einem graphischen Verlauf oder dergleichen. Zum Beispiel wird die Anästhesietiefe D durch Zahlen ausgedrückt, indem die Abszissenachse aus Fig. 5 oder 6 in vorbestimmte Einheiten unterteilt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden aus der Fluktuation der Pulsperioden, welche kontinuierlich im Schritt SA1, der dem Pulsperiodenmeßmittel 50 entspricht, gemessen werden, das erste Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR, welches der ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die im wesentlichen synchron mit der Atmung des Lebewesens erzeugt wird, und das zweite Pulsperiodenfluktuationssignal LFCRR, welches der zweiten Pulsperiodenfluktuationskomponente mit der vorbestimmten Frequenz, die niedriger als die Frequenz der ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente ist, entspricht, im Schritt SA2, welcher dem Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 entspricht, extrahiert. Dann wird die erste Anästhesietiefe DRR des Lebewesens im Schritt SA3, welcher dem ersten Anästhesietiefenberechnungsmittel 54 entspricht, basierend auf dem Verhältnis (LFCRR/HFCRR) des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals HFCRR zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal LFCRR berechnet. Somit kann die vorliegende Apparatur objektiv oder quantitativ die erste Anästhesietiefe DRR des Lebewesens berechnen und erhält genau die Anästhesietiefe DRR ohne der Notwendigkeit von z. B. einer Befähigung der bedienenden Person.
In der vorliegenden Erfindung werden die Blutdruckwerte PSYS des Lebewesens kontinuierlich mittels des Blutdruckmeßmittels 56 gemessen. Aus der Fluktuation der kontinuierlich gemessenen Blutdruckwerte PSYS wird das Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS, welches der Blutdruckfluktuationskomponente mit der vorbestimmten Frequenz, die geringer als die Frequenz der Atmung des Lebewesens ist, entspricht, im Schritt SA5, welcher dem Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals 58 entspricht, extrahiert. Dann wird die zweite Anästhesietiefe DSYS des Lebewesens im Schritt SA6, welcher dem zweiten Anästhesietiefenberechnungsmittel 60 entspricht, basierend auf der Größe des Blutdruckfluktuationssignals LFCSYS berechnet. Somit kann die vorliegende Apparatur objektiv oder quantitativ die zweite Anästhesietiefe DSYS des Lebewesens berechnen und erhält genau die Anästhesietiefe DSYS ohne der Notwendigkeit von z. B. einer Befähigung der bedienenden Person.
In der vorliegenden Ausführungsform wird basierend auf der ersten Anästhesietiefe DRR, welche auf Basis der Fluktuation der Pulsperioden TRR berechnet wird, und der zweiten Anästhesietiefe DSYS auf Basis der Fluktuation der Blutdruckwerte PSYS die dritte Anästhesietiefe D mit einer höheren Verläßlichkeit im Schritt SA7, welcher dem Anästhesietiefenbestimmungsmittel 62 entspricht, bestimmt, wobei die Anästhesietiefe D, welche quantitativ auf der Anzeigevorrichtung 30 angezeigt wird, eine höhere Verläßlichkeit besitzt.
Während die vorliegende Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen durch Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung auch auf andere Weise ausgeführt werden kann.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform werden sowohl die Mittel 50, 52, 54 zur Berechnung der ersten Anästhesietiefe DRR aus der Fluktuation der Pulsperioden TRR als auch die Mittel 56, 58, 60 zur Berechnung der zweiten Anästhesietiefe DSYS aus der Fluktuation der Blutdruckwerte PSYS verwendet. Jedoch auch wenn eine der beiden Mittel zur Berechnung der ersten und zweiten Anästhesietiefen DRR, DSYS weggelassen wird, kann die Apparatur die Funktion zur Messung der Anästhesietiefe besitzen.
Darüber hinaus wird in der Ausführungsform aus Fig. 2 die Pulsperiode TRR des Lebewesens kontinuierlich gemessen durch Berechnen einer Periode Einer elektrokardiographischen Wellenform (ECG), welche erfaßt wird durch die Vorrichtung zum Erfassen einer elektrokardiographischen Wellenform 10, welche zum Beispiel ein Zeitintervall zwischen entsprechenden R-Wellen von jedem Paar an zwei aufeinanderfolgenden Pulsen der elektrokardiographischen Wellenform berechnet. Es ist jedoch möglich, ein Mittel zur pulssynchronen Berechnung einer Periode einer Pulswelle, welche von einer Arterie eines Lebewesens erfaßt wird durch eine allgemein bekannte Manschette oder einen Druckpulswellensensor, oder ein Mittel zur pulssynchronen Berechnung einer Periode einer Volumenpulswelle, welche erfaßt wird durch einen photoelektrischen Pulswellensensor, zu verwenden. Es kann somit jegliche Art an Mittel zur kontinuierlichen Messung einer Pulsperiode des Lebewesens bereitgestellt werden. Wenn zum Beispiel eine Pulsperiode auf Basis der Druckpulswelle gemessen wird, die von der Druckpulswellenerfassungssonde 22 der Blutdruckmeßvorrichtung 20 erfaßt wird, ist die elektrokardiographische Erfassungsvorrichtung 10 nicht notwendig.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann als die Pulsperiode TRR, der Blutdruckwert PSYS oder die Anästhesietiefe DRR oder DSYS ein gleitender Mittelwert von innerhalb einer vorbestimmten Periode erhaltenen pulssynchronen Werte verwendet werden. Ferner können die Pulsperiode TRR oder der Blutdruckwert PSYS basierend auf jedem zweiten oder dritten Puls erhalten werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform können das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals 52 oder das Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals 58 mittels eines Digitalfilters zur Diskriminierung eines Mikrooszillationssignals mit einer niedrigen Frequenz bereitgestellt werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird für die Berechnung der Anästhesietiefe DSYS die Fluktuation der systolischen Blutdruckwerte PSYS, welche mittels des Blutdruckmeßmittels 56 gemessen werden, verwendet. Es kann jedoch eine Fluktuation von mittleren Blutdruckwerten PMEAN oder diastolischen Blutdruckwerten PDIA, welche mittels des Blutdruckmeßmittels 56 gemessen werden, verwendet werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform werden das erste und das zweite Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR, LFCRR aus den Pulsperioden TRR erhalten, welche kontinuierlich mittels des Pulsperiodenmeßmittels 50 gemessen werden. Da jedoch die Pulsperiode TRR (s) einer Pulsrate PR (= 60/TRR) entspricht, eins zu eins, kann ein Mittel zur Messung einer Pulsrate PR anstelle des Pulsperiodenmeßmittels 50 verwendet werden und kann aus einer Fluktuation der Pulsraten PR ein erstes Pulsratenfluktuationssignal, welches einer Atmungsfluktuation entspricht, und ein zweites Pulsratenfluktuationssignal, welches einem Drittel bis einem Viertel der Atmungsfluktuation entspricht, erhalten werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die erste Anästhesietiefe DRR des Lebewesens auf Basis des Verhältnisses (LFCRR/HFCRR) des zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals LFCRR zu dem ersten Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR berechnet und wird die zweite Anästhesietiefe DSYS auf Basis der Größe des Blutdruckfluktuationssignals LFCSYS berechnet. Es kann jedoch das Verhältnis (LFCRR/HFCRR) oder das Blutdruckfluktuationssignal LFCSYS auf Basis anderer Parameter korrigiert oder modifiziert werden. Auf alle Fälle wird die erste Anästhesietiefe DRR des Lebewesens auf Basis des Verhältnisses (LFCRR/HFCRR) des zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals LFCRR zu dem ersten Pulsperiodenfluktuationssignal HFCRR berechnet und wird die zweite Anästhesietiefe DSYS auf Basis der Größe des Blutdruckfluktuationssignals LFCSYS berechnet.
Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung mit anderen Änderungen und Modifikationen, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich erscheinen, ausgeführt werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Aus der obigen Beschreibung wird verständlich, daß die Anästhesietiefenmeßapparaturen gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Verwendung in einem Operationsraum, einer Intensivstation oder dergleichen, wo der Patient für gewöhnlich anästhesiert wird, verwendet werden können, da sie quantitativ und objektiv eine Anästhesietiefe eines Patienten messen können.

Claims

1. Anästhesietiefenmeßapparatur zum Messen der Anästhesietiefe eines Lebewesens, umfassend:

eine. Pulsperiodenmeßvorrichtung (50, SA1), welche kontinuierlich eine Periode eines Pulses des Lebewesens mißt; und

Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals (52, SA2) zum Extrahieren, mittels Frequenzanalyse der Fluktuation der kontinuierlich durch die Pulsperiodenmeßvorrichtung gemessenen Pulsperioden, eines ersten Pulsperiodenfluktuationssignals, welches einer Größe einer ersten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt, wobei das Gerät zur Messung der Anästhesietiefe dadurch charakterisiert ist, daß es ferner umfaßt:

das Mittel zum Extrahieren eines Pulsperiodenfluktuationssignals zum weiteren Extrahieren eines zweiten Pulsperiodenfluktuationssignals, welches einer Größe einer zweiten Pulsperiodenfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Frequenz von einem Drittel bis einem Viertel der Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt; und

erstes Anästhesietiefenberechnungsmittel (54, SA3) zum Berechnen einer ersten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis eines Verhältnisses des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals zu dem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal.

2. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt:

eine Blutdruckmeßvorrichtung (20, 56), welche kontinuierlich einen Blutdruckwert des Lebewesens mißt;

Mittel zum Extrahieren eines Blutdruckfluktuationssignals (58, SA5) zum Extrahieren, mittels Frequenzanalyse der kontinuierlich durch die Blutdruckmeßvorrichtung gemessenen Fluktuation der Blutdruckwerte, eines Blutdruckfluktuationssignals, das einer Größe einer Blutdruckfluktuationskomponente entspricht, die eine Frequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Frequenz von einem Drittel bis einem Viertel der Atemfrequenz des Lebewesens einschließt, besitzt;

zweites Anästhesietiefenberechnungsmittel (60, SA6) zum Berechnen einer zweiten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis einer Größe des Blutdruckfluktuationssignals; und

Anästhesietiefenbestimmungsmittel (62, SA7) zum Bestimmen einer dritten Anästhesietiefe des Lebewesens auf Basis der mittels des ersten Anästhesietiefenberechnungsmittels berechneten ersten Anästhesietiefe und der mittels des zweiten Anästhesietiefenberechnungsmittels berechneten zweiten Anästhesietiefe, so daß die bestimmte dritte Anästhesietiefe auf einer Anzeigevorrichtung (30) angezeigt wird.

3. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrokardiographischen Wellenform (10) umfaßt, welche eine Vielzahl an Elektroden (12) einschließt, die auf dem Lebewesen plaziert werden und eine elektrokardiographische Wellenform des Lebewesens erfassen, und wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung als eine Pulsperiode ein Zeitintervall zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden zwei Pulsen der elektrokardiographische Wellenform, welche durch die Vorrichtung zum Erfassen einer elektrokardiographischen Wellenform erfaßt werden, berechnet.

4. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung einen Druckpulswellensensor umfaßt und wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung Puls-synchron eine Periode einer Pulswelle berechnet, die mittels des Druckpulswellensensors erfaßt wird.

5. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung eine Manschette umfaßt und wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung Pulssynchron eine Periode einer Pulswelle berechnet, die mittels der Manschette erfaßt wird.

6. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung einen photoelektrischen Pulswellensensor umfaßt und wobei die Pulsperiodenmeßvorrichtung Puls-synchron eine Periode einer Volumenpulswelle berechnet, die mittels des photoelektrischen Pulswellensensors erfaßt wird.

7. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 2, wobei die Blutdruckmeßvorrichtung (20, 56) eine Druckpulswellen-Erfassungssonde (22) umfaßt, welche zum Anpressen an eine Arterie des Lebewesens angepaßt ist, und wobei die Blutdruckmeßvorrichtung kontinuierlich einen Blutdruckwert des Lebewesens auf Basis von jedem einzelnen Puls der erfaßten Druckpulswelle mißt.

8. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 1, wobei das erste Anästhesietiefenberechnungsmittel einen Speicher umfaßt, in dem ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen Anästhesietiefe und Signalgrößenverhältnis von erstem Pulsperiodenfluktuationssignal zu zweitem Pulsperiodenfluktuationssignal gespeichert ist, und wobei das erste Anästhesietiefenberechnungsmittel gemäß dem vorbestimmten Verhältnis eine erste Anästhesietiefe auf der Basis eines tatsächlichen Signalgrößenverhältnisses des ersten Pulsperiodenfluktuationssignals zudem zweiten Pulsperiodenfluktuationssignal berechnet.

9. Anästhesietiefenmeßapparatur nach Anspruch 2, wobei das zweite Anästhesietiefenberechnungsmittel (62, SA7) einen Speicher umfaßt, in dem ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen Anästhesietiefe und Signalgröße der Blutdruckfluktuation gespeichert ist, und wobei das zweite Anästhesietiefenberechnungsmittel gemäß dem vorbestimmten Verhältnis eine zweite Anästhesietiefe auf der Basis einer tatsächlichen Größe des Blutdruckfluktuationssignals berechnet.