DE3209850A1

DE3209850A1 - Ueberwachungsgeraet fuer physiologische variable

Info

Publication number: DE3209850A1
Application number: DE19823209850
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 7990 Friedrichshafen Voswinckel; Rolf Dr.-Ing. 7997 Immenstaad Zimmermann
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3209850C2

Description

Überwachungsgerät für physiologische Variable
Die Erfindung betrifft eine von einem Patienten zu tragende Datenerfassungs-, Datenauswerte- und Ergebnisspeicherungsvorrichtung zur Verwendung mit einem tragbaren, ebenfalls am Patienten anbringbaren Meßgerät zur ambulanten Überwachung einer oder mehrerer von dem tragbaren Meßgerät erfassten physiologischen Variablen des Patienten - vorzugsweise des Elektrokardiogramms -, wobei die Vorrichtung kontinuierlich die Werte der physiologischen Variablen erfasst.
In der medizinischen Praxis und auch in der Forschung besteht häufig die Notwendigkeit, physiologische Parameter von Patienten zu überwachen. Hierzu sind im klinischen Bereich stationäre Einrichtungen üblich, die kontinuierlich die Werte von physiologischen Variablen erfassen und mit Hilfe eines angeschlossenen Rechners diese Meßwerte auf die Einhaltung von Grenzwerten und Verläufen überwachen und sonstige Berechnungen durchführen sowie Ergebnisse anzeigen und/oder ausdrucken.
In vielen Anwendungsfällen ist es jedoch notwendig, solche Überwachungen und Auswertungen in der Alltagsumgebung des Patienten durchzuführen und ohne dessen Bewegungsfreiheit einzuschränken. Für eine solche ambulante Überwachung standen bisher tragbare Kleinstmagnetbandgeräte und die Funktelemetrie zur Verfügung.
Bei der Funktelemetrie trägt der Patient unter anderem einen Sender, der die Meßsignale unmittelbar drahtlos an ein Empfangs- und Auswertegerät überträgt. Einige Nachteile dieses Verfahrens liegen in der Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Patienten auf die Reichweite der Übertragungsstrecke, der geringen Anzahl verfügbarer Funkkanäle und damit auch der Störanfälligkeit.
Um diese Nachteile zu vermeiden wurden Geräte entwickelt, die die Signale nicht drahtlos übertragen, sondern mit Hilfe eines ebenfalls vom Patienten zu tragenden batteriebetriebenen Kleinstmagnetbandgerätes speichern. Nach Beendigung der Aufzeichnung, z.B. nach 24 Stunden, wird das Magnetband in einem dazu vorgesehenen Gerät beim Arzt, in der Klinik oder in einem darauf spezialisierten Labor abgespielt, und die aufgezeichneten Signale werden von einem Rechner ausgewertet.
Nachteilig sind dabei jedoch die Baugrösse, das relativ hohe Gewicht und der Strombedarf des Magnetbandgeräts, verbunden mit dem hohen Gewicht und den Kosten für die Batterien. Ausserdem sind die beweglichen Teile des Magnetbandgeräts verschleiß- und störanfällig, die Qualität der Aufzeichnungen wird durch Gleichlaufschwankungen infolge von Spannungsschwankungen oder Patientenbewegungen gemindert, und es können den Patienten störende Geräusche auftreten.
Für die ärztliche Anwendung besonders störend ist ausserdem die sehr zeitaufwendige und umständliche Art der Auswertung.
Es sind Geräte bekannt, bei denen der Meßwertspeicher keine beweglichen Teile mehr enthält, sondern z.B. einen Halbleiterspeicher.
In der DE-AS 28 16 494 ist ein Gerät dieser Art beschrieben, das aus an sich bekannten Bausteinen von Mikrorechnersystemen zur Digitalisierung und Speicherung von Meßwerten besteht und bis zu 2000 Meßwerte speichert. Bei Messungen über einen längeren Zeitraum können daher Meßdaten nicht kontinuierlich gespeichert werden, sondern nur stichprobenartig einzelne Meßwerte in vorgebbaren Zeitabständen. Dieses Verfahren ist für physiologische Variable mit langsamen Änderungen (z.B. Körpertemperatur) voll ausreichend, nicht jedoch für andere Variable (z.B. EKG-Signale), bei denen der genaue Verlauf für jeden Sekundenbruchteil für die Auswertung von Interesse ist.
Aus der DE-OS 30 24 824 ist ein Gerät bekannt, welches einen relativ kleinen Speicher besitzt und relativ einfache Meßwerte wie Pulsfrequenz und Blutdruck erfassen und speichern kann.
Es ist zwar mit dem dort beschriebenen Gerät auf eine Aufzeichnung von anderen physiologischen Variablen, z.B. EKG, möglich, jedoch aufgrund des kleinen Speichers nur für kurze Zeiträume.
Die vollständige kontinuierliche Aufzeichnung von komplexen Variablen (z.B. EKG-Signale) über einen längeren Zeitraum ist beim heutigen Stand der Technik mittels Halbleiterspeicher noch viel zu aufwendig, ausserdem. würde auch dann der Nachteil einer relativ langdauernden Auswertung der aufgezeichneten Signale bestehen bleiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile-vermeidet, also sowohl klein, kostengünstig und ohne bewegliche Teile ist, als auch eine vollständige kontinuierliche Überwachung sehr komplexer und sich schnell ändernder physiologischer Variablen über einen langen Zeitraum erlaubt und die Ergebnisse dem daran interessierten Arzt ohne langwierige Auswerte- oder Wartezeit zur Verfügung stellt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gerät mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Erfindung realisiert den Gedanken, nicht die erfassten Variablen zu speichern und später in einem zeitaufwendigen Verfahren auszuwerten, sondern stattdessen die Auswertung unmittelbar während der Erfassung der Daten in dem vom Patienten tragbaren Gerät mit Hilfe eines an sich bekannten Mikrorechners durchzuführen und nur noch die für den Arzt interessanten Ergebnisse zu speichern, wofür dann auch ein relativ kleiner Speicher ausreicht.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile: - geringes Gewicht und störungsfreier Betrieb durch Wegfall beweglicher Teile - langer Überwachungszeitraum - kontinuierliche Überwachung - schnelle Auswertung durch den Arzt möglich, da die Daten schon weitgehend ausgewertet geliefert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Figuren, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur EKG-Überwachung zeigen und nachfolgend beschrieben sind-* Es zeigen: Fig. 1 den Aufbau eines EKG-Uberwachungssystems Fig. 2 ein normales EKG Fig. 3 ein Überwachungsgerät Fig. 4 ein Wiedergabegerät Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaues eines erfidungsgemässen EKG-Überwachungssystems. Während der Überwachung trägt der Patient ein Überwachungsgerät 2, an dessen Schnittstelle 5 mehrere EKG-Elektroden 1 angeschlossen sind, die an geeigneten Stellen des Patienten angebracht sind und Meßsignale abgeben.
Beim Arzt steht ein Wiedergabegerät 3, an dessen eine Schnittstelle 12 das Überwachungsgerät 2 und an dessen zweite Schnittstelle 17 ein gebräuchlicher EKG-Schreiber 4 angeschlossen werden kann.
Während der Überwachung werden die von den Elektroden 1 aufgenommenen Meßwerte vom Überwachungsgerät 2 kontinuierlich ausgewertet. Rhythmusstörungen werden gesucht. Gefundene Störungen werden klassifiziert und gezählt. Für jede Klasse wird ein Beispiel gespeichert.
Zur Auswertung durch den Arzt wird das Überwachungsgerät 2 über die Schnittstelle 12 an das Wiedergabegerät 3 angeschlossen. Mit diesem Gerät können die gespeicherten Daten in tabellarischer Form abgerufen werden. Ausserdem ist ein praxisüblicher EKG-Schreiber 4 über eine Schnittstelle 17 anschließbar, auf dem die gespeicherten typischen Verlaufe der einzelnen Rhythmusstörungen ausgeschrieben werden können.
Anhand Fig. 2 wird die im Gerät 2 durchgeführte Auswertung erläutert.
Fig. 2 zeigt ein normales EKG 20, mit den in der Medizin gebräuchlichen Bezeichnungen P Q R S T. Eingezeichnet sind eine erste Periode 22, die die Zeitdauer bis zum auffälligen Q R S-Komplex 24 angibt und eine zweite Periode 26, die dem Q R S-Komplex 24 folgt.
Die Auswertung besteht darin, dass aus dem EKG-Verlauf die Herzkammeraktionen (QRS-Komplex 24 im EKG 20) erkannt und in ihrer Form analysiert werden. Zur Wiedererkennung der QRS-Komplexe werden einige Parameter herangezogen, wie Steilheit des Anstieges QR, Höhe des Peaks R, Fläche eines Dreiecks QRS, Abstand QS usw.
Deren Werte und Toleranzschwellen werden in einer Lernphase, in der das Überwachungsgerät 2 mit dem Wiedergabegerät 3 verbunden ist, ausgewählt und optimiert.
Anhand dieser Parameter werden die QRS-Komplexe in Normalaktionen und Anormalaktionen, die z.B. durch einen anderen Reizursprung oder Ablauf verursacht werden, klassifiziert.
Ferner werden die Zeitdauern zwischen den QRS-Komplexen, also die Perioden 22 und 26, zur Klassifizierung der Vorzeitigkeit bzw. des Fehlens einer Kammeraktion herangezogen. Mit diesen und einigen anderen Kriterien werden die wichtigsten Rhythmusstörungen klassifiziert: ventrikuläre Extrasystole, ventrikuläre Salve, Bigeminus, supraventrikuläre Extrasystole, sinuatrialer Block, abrupte Frequenzänderung, Bradykardie, Tachykardie.
Neben der beschriebenen manuellen Eingabe ist auch eine selbsttätige Ermittlung von Normalwerten durch gewichtete Mittelung zeitlich zuvor erfasster Daten möglich.
Bei der Überwachung des Patienten werden die auftretenden EKG-Signale automatisch analysiert, d. h. die entsprechenden Parameter werden aus dem jeweiligen Komplex aufgenommen und mit den Parametern der Normalaktionen verglichen. Ein Beispiel ist die Prüfung, ob die erste Periode 22 zu lang oder zu kurz ist, ob die zweite Periode 26 zu lang oder zu kurz ist und ob der QRS-Komplex 24 normal ist. Liegen einer oder mehrere der Parameter ausserhalb der vorher eingegebenen Toleranzen, so wird eine Rhythmusstörung erkannt.
Die Rhythmusstörungen werden zusammen mit der Uhrzeit ihres Auftretens protokollartig gespeichert und für jede der genannten Klassen getrennt gezählt, wobei die Zwischensummen dieser Zählung in festen Zeitintervallen ebenfalls gespeichert werden können.
Neben der tabellarischen Auflistung der Rhythmusstörungen werden für jede Rhythmusstörungsklasse je ein typischer Verlauf des EKG-Signals in vollständiger Form gespeichert, beginnend z.B. 5 Sekunden vor dem auslösenden Ereignis und endend 10 Sekunden danach.
Dies ermöglicht dem Arzt auch eine Kontrolle des Geräts bei der Auswertung.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines vom Patienten zu tragenden Überwachungsgeräts 2. Von der Schnittstelle 5 führen ein EKG-Verstärker 6 und ein Analog-Digital-Converter 7 zum Mikroprozessor 8. An diesen sind ein Speicher 9 und eine Uhr 10 angeschlossen. Das Gerät 2 wird von einem Akkumulator 11 mit Strom versorgt.
Die von den Elektroden 1 kommenden Signale werden vom EKG-Verstärker 6 verstärkt und im Analog-Dig#tal-Converter 7 digitalisiert. Diese digitalisierten Werte werden in festen Zeitabständen (z.B. 100 Werte je Sekunde) vom Mikroprozessor 8 übernommen und mit Hilfe von Rechnerprogrammen zwischengespeichert und mit den zuvor erfassten ungestörten und gemittelten EKG-Verläufen verglichen, um Rhythmusstörungen zu erkennen und zu klassifizieren. Störungen werden mit der von einer elektronischen Uhr 10 abgeleiteten Uhrzeit protokollartig im Speicher 9 gespeichert, der auch die Programme und zwischengespeicherte unverarbeitete Rohdaten enthält. Hier werden ausserdem Kurvenverläufe typischer Störungen in digitaler Form gespeichert. Alle Bausteine sind beim heutigen Stand der Technik vorzugsweise in stromsparender C-MOS-Technologie realisiert, die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie oder vorzugsweise über einen ladbaren Akkumulator 11.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines stationären, netzbetriebenen Wiedergabegeräts 3 für die ärztliche Praxis. An die Schnittstelle 12 sind ein Netzteil mit Ladegerät 13, eine LCD-Anzeige 14, eine Bedientastatur 15 und ein Digital/Analog-Converter 16 angeschlossen.
Nach Anschluß des Uberwachungsgeräts 2 an der Schnittstelle 12 werden mit der Bedientastatur 15 die protokollierten Ereignisse und die aufsummierten Störungstyphäufigkeiten in tabellarischer Form abgerufen und auf der LCD-Anzeige 14 angezeigt.
Ausserdem können die digital gespeicherten klassen-typischen Kurvenformen in dem Digital/Analog-Converter 16 wieder in Analogsignale gewandelt und über Schnittstelle 17 auf einem normalen praxisüblichen EKG-Schreiber 4 ausgeschriebenen werden. Gleichzeitig kann vom Ladegerät 13 der Akkumulator 11 des Überwachungsgeräts 2 nachgeladen werden.
Die Zusammenschaltung von Überwachungsgerät 2, Auswertegerat 3 und EKG-Schreiber 4 ist ausserdem zu Beginn der Überwachung sinnvoll, um die Anbringung der Elektroden und die Gerätefunktionen zu überprüfen und gegebenenfalls das Auswerteverfahren patientenspezifischen Besonderheiten anzupassen.
In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind Überwachungsgerät und Wiedergabegerät in der gleichen Baueinheit vereinigt, jedoch ohne Netzteil und Ladegerät.
Weitere Abwandlungen und weitere Anwendungen sind im Rahmen der erfindungsgemässen Lehre möglich. So können z.B. der Blutdruck, die Körpertemperatur oder Gehirnströme überwacht werden.
Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c ii e 1i Von einem Patienten zu tragende Datenerfassungs-, Datenauswerte- und Ergebnisspeicherungsvorrichtung zur Verwendung mit einem tragbaren, ebenfalls am Patienten anbringbaren Meßgerät zur ambulanten Uberwachung einer oder mehrerer von dem tragbaren Meßgerät erfassten physiologischen Variablen des Patienten - vorzugsweise des Elektrokardiogramms -, wobei die Vorrichtung kontinuierlich die Werte der physiologischen Variablen erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) diese Werte kontinuierlich auswertet, klassifiziert, auszugsweise speichert und die Ergebnisse dieser Auswertung für spätere tabellarische und/oder graphische Darstellungen und/oder Ausdrucke speichert und für einen späteren Abruf bereithält und dass die Vorrichtung aus folgenden Bauteilen besteht: a) einem an sich bekannten und keine beweglichen Teile enthaltenden Mikrorechner bestehend aus einem oder mehreren Bausteinen zur Erfassung (6), Digitalisierung (7) und Weiterverarbeitung (8) von einem oder mehreren Meßwerten und zur Speicherung (9) von Ergebnissen, b) einer Schnittstelle (5) zum Anschluß von einem oder mehreren Meßgeräten (1) für physiologische Variable, c) einer Schnittstelle (12) zum Anschluß eines Wiedergabegeräts (3) für die tabellarische und/oder graphische Darstellung und/oder den Ausdruck der gespeicherten Auswertungsergebnisse.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Uhr (10) mit oder ohne sichtbare Anzeige, deren Signale bei der Auswertung und Speicherung der Ergebnisse mitbenutzt werden.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine ladbare Stromversorgungseinheit (11) vorgesehen ist, und dass diese über die Schnittstelle (12) zum Anschluß des Wiedergabegeräts mit Energie aus einem Ladegerät (13) versorgt werden kann.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abruf und sonstige Bedienvorgänge über eine Bedieneinrichtung (15) des anschließbaren Wiedergabegeräts (3) erfolgt, und dass die Wiedergabe der gespeicherten Ergebnisse auf die Anzeigeeinrichtung (14) des anschließbaren Wiedergabegeräts erfolgt.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergabegerät Komponenten (16) zur Signalanpassung und eine Schnittstelle (17) zum direkten Anschluß von praxisüblichen Schreibern besitzt.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bedieneinrichtungen (15) zum Abruf der gespeicherten Auswertungsergebnisse vorhanden sind und Komponenten des Wiedergabegeräts (3) bilden.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1- 6, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigeeinrichtungen (14) zur tabellarischen und/oder graphischen Darstellung vorhanden sind und Komponenten des Wiedergabegeräts (3) bilden.
8. Vorrichtung-nach Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten (16) zur Signalanpassung und eine Schnittstelle (17) zum direkten Anschluß von üblichen Kurven-Schreibgeräten (4) vorhanden sind.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterverarbeitung in der Vorrichtung (2) aus dem Überwachen der erfassten Daten auf die Einhaltung von vorgebbaren Grenzwerten und vorgebbaren Verläufen besteht und diese Vorgaben über eine Bedieneinrichtung (15) nach Anspruch 6 oder über das Wiedergabegerät (3) nach Anspruch 4 manuell eingegeben werden können.
10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterverarbeitung in der Vorrichtung (2) aus dem überwachen der erfassten Daten auf die Einhaltung von Grenzwerten und Verläufen besteht und diese Grenzwerte und Verläufe durch gewichtete Mittelung zeitlich zuvor erfasster Daten von der Vorrichtung kontinuierlich selbst berechnet werden.
11. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der erfassten Daten von vorgegebenen oder berechneten Grenzwerten und Verläufen klassifiziert werden.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass beispielhafte Verläufe der klassifizierten Abweichungen mit oder ohne Uhrzeit ihres Auftretens gespeichert werden und/oder dass die Klassifikationscodes mit oder ohne Uhrzeit gespeichert werden und/oder dass die Anzahl der Abweichungen gemeinsam oder für jede Klasse getrennt aufsummiert wird.