DE4138702A1 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose und quantitativen analyse von apnoe und zur gleichzeitigen feststellung anderer erkrankungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ambulanten Erkennung und Diagnose des Schlaf-Apnoe-Syndroms, bei dem man mit Hilfe einer mobilen Vorrichtung die physiologischen Größen Herzfrequenz, Atmungslaute und Schnarchlaute des Patienten erfaßt und eine Vielzahl von jeweils für kurze Zeitintervalle erfaßten Sätzen der besagten Größen in kodierter Form in der mobilen Vorrichtung speichert, sie einen Rechner überträgt und mit seiner Hilfe analysiert, wobei insbesondere zeitliche Schwankungen der einzelnen Größen und Korrelationen zwischen den verschiedenen Größen berücksichtigt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens erforderliche Vorrichtung.

Das Symptom der Schlaf-Apnoe ist gekennzeichnet durch das Zusammentreffen eines respiratorischen Versagens, einer erheblichen Hypoxämie (d. h. einer Herabsetzung des Sauerstoffgehalts im artiellen Blut) und von Herz­ rhythmusstörungen. Im Anschluß an einen Apnoe-Vorfall kommt es in der Regel zu einem heftigen Luftschnappen, oft auch zu einem aufschreckenden Erwachen (siehe z. B. M. J. Tobin, M. A. Cohn, M. A. Sackner: Breathing abnormalities during sleep, Arch. Intern. Med. 1983; Nr. 143, S. 1221 bis 1228).

Zunehmend wird die epidemologische Bedeutung der Schlaf- Apnoe erkannt; man weiß, daß lange und häufige Apnoe- Phasen im Schlaf oft mit kardiovaskulären und kardio­ pulmonalen Erkrankungen sowie mit tiefgreifenden psycho­ physischen Veränderungen einhergehen. Auswirkungen der Schlaf-Apnoe sind tagsüber eine exzessiv vermehrte Einschlafneigung (hier wird Schlaf-Apnoe statistisch als häufigste Ursache identifiziert) sowie das Auftreten von Ein- und Durchschlafstörungen (hier wird die Schlaf- Apone als fünfthäufigste Ursache beschrieben (R. M. Coleman, H. P. Roffwarg, S. J. Kennedy: Sleep-wake disorders based on polysomnographic diagnosis. A national cooperative study. JAMA 1982; Nr. 247, S. 997 bis 1003)).

Seit langem werden zur Untersuchung von Schlaf-Wach­ störungen Schlaflabors in Spezialkliniken genutzt, in denen eine Diagnose mittels polysomnigraphischer Auswertungen während des Schlafs vorgenommen werden kann. Diese Untersuchungen sind zeit- und kosten­ intensiv; sie können wegen der Vielzahl aufzunehmender Parameter nur bei einem stationären Aufenthalt des Patienten durchgeführt werden. Neben den hohen Kosten hat eine derartige stationäre Untersuchung den Nachteil, daß der Schlaf des Patienten durch die fremde Umgebung gestört wird. Dies verringert die Aussagekraft der­ artiger Untersuchungen. Daher gab es bereits eine Reihe von Bestrebungen, die Nachteile einer stationären Untersuchung zu beseitigen.

Eine Möglichkeit liegt darin, das Schlaf-Apnoe-Syndrom unter Vermeidung stationärer Untersuchungen in Schlaf­ labors ambulant mit Hilfe mobiler Erfassungs- und Speichervorrichtungen zu erkennen und zu diagnostizieren. So wird der europäischen Patentan­ meldung 03 71 424 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ambulanten Erkennung und Diagnose des Schlaf-Apnoe- Syndroms entsprechend der eingangs erwähnten Art beschrieben. Dabei werden Herzpotentiale mit zwei am Oberkörper eines Patienten anzubringenden Elektroden relativ zu einer dritten Elektrode gemessen und einem Spitzenwertdetektor zugeführt. Aus den zeitlichen Abständen zwischen den Spitzenwerten wird die Herz­ frequenz bestimmt. Die Atmungs- und Schnarchlaute werden von einem am Kehlkopf des Patienten anzu­ bringenden Elektret-Mikrofon aufgenommen und zwei verschiedenen Schwellenwertdetektoren zugeführt, wobei ein Schwellenwertdetektor über den gesamten Frequenz­ bereich (ungefähr 100 Hz bis 15 kHz) und der andere durch Dämpfung der hohen Frequenzen der Signale mit einem Filter nur im unteren Frequenzbereich (ungefähr 100 Hz bis 800 Hz) sensitiv ist. Die Schwellenwert­ detektoren sprechen an, wenn das anliegende Signal die eingestellten Schwellen übersteigt. Die Schwellen sind so eingestellt, daß mit dem erstgenannten Schwellenwertdetektor normales Atmen, mit dem Zweit­ genannten Schnarchen nachgewiesen wird. Diese physiologischen Größen, nämlich Herzfrequenz und An- oder Abwesenheit von Atmen und Schnarchen, werden gemeinsam in Zeitintervallen von 1 s gemessen, und für jedes Zeitinterval binär kodiert in einem in der Vorrichtung befindlichen RAM-Speicher gespeichert. Die während einer Schlafperiode gespeicherten Daten werden aus der mobilen Vorrichtung in einen Rechner übertragen, und auf dem Rechner im Hinblick auf ein Schlaf-Apnoe-Syndrom analysiert. Aus den zeitlichen Veränderungen der Herzfrequenz, den Atmungs- und Schnarchlauten und den Korrelationen zwischen diesen Größen können Hinweise auf das Vorliegen einer Apnoe abgeleitet werden.

Die Schwere einer Apnoe ist abhängig von der Häufigkeit der Vorfälle, von deren Tiefe und Dauer. Das beschriebene Verfahren mit der beschriebenen Vorrichtung hat den Nachteil, daß es nur eine relativ grobe, nicht sehr zuverlässige Diagnose des Schlaf-Apnoe-Syndroms erlaubt. So kann zwar die Häufigkeit, nicht aber die Tiefe und nur ungenau die Dauer von Apnoe-Vorfällen festgestellt werden, da nicht gut zwischen einem völligen Atemstillstand und einem leisen Weiteratmen unterschieden werden kann. Information über Lage und Bewegungen des Patienten, die zur Diagnostik, etwa zur Unterscheidung zwischen obstruktiver und zentraler Apnoe, Hyoklonus und anderen Schlafstörungen wichtig ist, ist nicht vorhanden. Bei krankhaften Zuständen wie Polyneuropathie, starrem Altersherz oder Diabetes variiert die Herzfrequenz nicht, wie sonst bei Apnoe-Vorfällen, stark, sondern bleibt nahezu konstant. Bei Vorliegen derartiger Zustände kann eine Apnoe nur schwierig diagnostiziert werden. In vielen Fällen bleibt daher bei Verwendung der im Stand der Technik bekannten Vorrichtung eine anschließende stationäre Untersuchung in einem Schlaflabor nötig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur ambulanten Erkennung und Diagnose des Schlaf-Apnoe-Syndroms abzugeben, das eine so hohe Diagnosezuverlässigkeit aufweist, daß stationäre Nachuntersuchungen in einem Schlaflabor in der Regel nicht nötig sind. Das Verfahren sollte dazu neben der Feststellung der Häufigkeit auch eine quantitative Bestimmung der Tiefe und Dauer von Apnoe-Vorfällen und eine Erfassung der Lage und der Bewegungen des Patienten erlauben. Eine Apnoe-Diagnose sollte auch bei den obengenannten krankhaften Veränderungen möglich sein; umgekehrt sollten bei Unkenntnis ihres Vorhanden­ seins Hinweise auf diese Zustände gewonnen werden können. Dazu gehört auch die Bereitstellung einer entsprechenden Vorrichtung.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß man außerdem synchron zu den anderen erfaßten und gespeicherten Größen den Sauerstoff­ sättigungsgrad des Bluts und die Körperlage des Patienten mit der mobilen Vorrichtung erfaßt und kodiert speichert, die gespeicherten Sätze dieser Größen zusammen mit den denen der anderen Größen in einen Rechner überträgt und mit seiner Hilfe analysiert, wobei man in der Analyse aus der Dauer und Tiefe von Perioden mit Sauerstoffentsättigung ein Maß für die Schwere einzelner Apnoe-Vorfälle gewinnt und man aus Änderungen der Körperlage ein Maß für die Schlafun­ ruhe und daraus für die Schlaftiefe ableitet.

Vorteilhaft kann man in der Analyse mit Hilfe der Abhängigkeit des Auftretens von Apnoe-Vorfällen von der Körperlage zwischen obstruktiver Apnoe, zentraler Apnoe und anderen Schlafstörungen, wie Hyoklonus, unterscheiden, indem man davon ausgeht, daß bei obstruktiver Apnoe die Vorfälle gehäuft in Rückenlage auftreten. Im allgemeinen führt ein Apnoe-Vorfall zu einer starken Variation der Herzfrequenz und zu einer Sauerstoff-Entsättigung des Bluts. Beobachtet man jedoch eine Entsättigung bei nahezu konstanter Herzfrequenz, so kann man dies als einen Hinweis auf eine Polyneuropathie, ein starres Altersherz, Diabetes oder eine Herzinfarktgefahr auffassen. Zur Verbesserung der Qualität der Diagnose kennzeichnet man vorteil­ haft besondere Vorkommnisse, die unerkannt in der Analyse stören könnten, wie etwa Hinlegen, Aufwachen oder Aufstehen. Dies kann dadurch geschehen, daß, zusätzlich zu der laufenden Registrierung der Körper­ position, der Patient bei einem solchen Vorkommnis auf einen an der mobilen Vorrichtung befindlichen Druckschalter drücken kann. Aus der Messung des zeit­ lichen Verlaufs der Sauerstoffentsättigung des Bluts kann die Dauer eines Apnoe-Vorfalls bestimmt werden; es kann daher auf die Bestimmung der Dauer aus den Atmungsgeräuschen verzichtet werden. Statt dessen können vorteilhaft nur die heftigen Schnarchgeräusche erfaßt werden, die beim Luftschnappen nach einem Apnoe-Vorfall auftreten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten und beanspruchten Verfahrens ist in den Patentansprüchen 7 bis 16 angegeben. Es handelt sich dabei um eine mobile Vorrichtung, die Mittel zur Erfassung der Herzfrequenz, der Atmungs- und Schnarchlaute, des Sauerstoffsättigungsgrads des Bluts und der Körperposition des Patienten in kurzen Zeit­ intervallen aufweist. Außerdem verfügt die Vorrichtung über Mittel zum Speichern einer Vielzahl von Sätzen dieser Signalgrößen in kodierter Form. Die Vorrichtung kann außerdem Mittel zur Kennzeichnung bestimmter Erfassungs-Zeitintervalle aufweisen, vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Druckschalter. Die Erfassungs-Zeitintervalle können für die verschiedenen aufzunehmenden und zu speichernden Größen verschieden­ lang gewählt sein; bevorzugt sind Werte von 1 bis 10 s. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform können auch kürzere Intervalle bis hinunter zu 0,1 s realisiert werden. Bei einer weiteren Ausführungs­ form ist die Länge der Erfassungs-Zeitintervalle variabel, und zwar kann die Länge von der mobilen Vorrichtung selbsttätig bedarfsgerecht eingestellt werden. Besonders kurze Zeitintervalle werden von der Vorrichtung dann gewählt, wenn ein besonders er­ fassungswürdiges Geschehen, also etwa ein möglicher Apnoe-Vorfall vorliegt.

Die Mittel zur Messung des Sauerstoffsättigungsgrads des Bluts umfassen mindestens eine Lichtquelle und mindestens einen Lichtempfänger, die an einer Extremität des Patienten befestigt werden und zur Messung der von der Extremität bewirkten Lichtabsorption oder Lichtreflexion dienen. Bei der (den) Lichtquelle(n) kann es sich z. B. um (eine) lichtemittierende Diode(n) und bei dem (den) Empfänger(n) um (einen) Fototransistor(en) handeln. Die Wellenlänge der ver­ wendeten Lichtstrahlung wird vorzugsweise so gewählt, daß die mit einer Änderung des Sauerstoffgehalts des Bluts verbundene Farbänderung des Bluts optimal erkenn­ bar ist; dies ist der Fall im Bereich des roten Lichts. Verwendet man Licht zweier verschiedener Wellenlängen, so wird die zweite verwendete Lichtstrahlung vorzugs­ weise so gewählt, daß ihre Reflexions- oder Transmissionseigenschaften vom Sauerstoffgehalt des Bluts möglichst unabhängig sind; dies ist der Fall im Bereich infraroten Lichts. Die Lichtstrahlung der zweiten Wellenlänge dient dazu, einen vom Sauerstoff­ gehalt unabhängigen Referenzwert zu gewinnen, mit dem das transmittierte bzw. reflektierte Licht der auf den Sauerstoffgehalt empfindlichen Lichtstrahlung normiert werden kann. Erfolgt die Messung der Farb­ änderung in Absorption, so sind Lichtquelle(n) und Lichtempfänger vorzugsweise gegenüberliegend an einem Befestigungselement angeordnet, wobei die lichtaus­ sendende(n) und lichtempfangende(n) Seite(n) der Licht­ quelle(n) bzw. des (der) Lichtempfänger einander zuge­ wandt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Befestigungselement um eine Klemme, wobei Lichtquelle(n) und Lichtempfänger an gegenüber­ liegenden Bügeln der Klemme angeordnet sind. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Befestigungselement um eine flexible Schiene, die an einem Ende U-förmig gebogen ist, wobei Licht­ quelle(n) und Lichtempfänger an den Schenkeln des "U" befestigt sind. Bei beiden Ausführungsformen wird das Befestigungselement so an der Extremität des Patienten befestigt, daß sich Körpergewebe zwischen der (den) Lichtquelle(n) und dem (den) Lichtempfänger(n) befindet.

Die Mittel zur Erfassung der räumlichen Lage des Patienten beinhalten vorzugsweise einen auf dem Ober­ körper des Patienten zu befestigenden Hohlkörper mit einer darin befindlichen Kugel aus elektrisch leitendem Material. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Hohl­ körper um einen Hohltetraeder, an dessen Ecken durch die Kugel schließbare elektrische Kontakte angebracht sind. Der Hohltetraeder kann beispielsweise so orientiert sein, daß bei Rückenlage, Liegen auf der linken und rechten Seite und in aufrechter Haltung die Kugel jeweils in einer Ecke zu liegen kommt und dort den Kontakt schließt. Bei Bauchlage bleibt die Kugel auf einer Fläche des Tetraeders liegen und gibt keinen Kontakt.

Vorteilhaft werden die Mittel zur Erfassung der Atem­ geräusche so eingerichtet, daß sie nur das heftige Schnarchgeräusch beim Luftschnappen nach einem Apnoe- Vorfall aufnehmen. Dies kann dadurch geschehen, daß die Schwelle des über den ganzen Frequenzbereich empfindlichen Schwellenwertdetektors hoch eingestellt wird.

Die zur Erfassung der Herzfrequenz, der Atmungs- und Schnarchlaute, des Sauerstoffsättigungsgrads des Bluts und der Körperposition des Patienten vorgesehenen Meßwertaufnehmer werden am Körper des Patienten be­ festigt und vorzugsweise mit der mobilen Vorrichtung über Signaldrähte verbunden. Bei einer anderen bevor­ zugten Ausführungsform werden die Signale dieser Meß­ wertaufnehmer drahtlos, z. B. durch elektromagnetische Wellen, an die mobile Vorrichtung übertragen. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit, die mobile Vorrichtung unmittelbar am Körper des Patienten zu befestigen. Statt eines an der mobilen Vorrichtung befindlichen Druckschalters zur Kennzeichnung besonderer Vor­ kommnisse kann man dann eine ebenfalls drahtlos fern­ gesteuerte Schaltvorrichtung verwenden.

Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, hat die Erfindung den Vorteil, daß durch die Messung des Sauer­ stoffsättigungsgrads eine Bestimmung der Schwere der Apnoe-Vorfälle und damit eine quantitativ genaue Analyse des Schlaf-Apnoe-Syndroms ermöglicht wird. Die Er­ fassung der Körperlage des Patienten erlaubt eine Bestimmung der Schlafunruhe und eine diagnostische Unterscheidung zwischen Apnoen, Myoklonus und anderen Schlafstörungen. Außerdem können Apnoe-Vorfälle auch bei krankhaften Zuständen, bei denen die Herzfrequenz nahezu konstant bleibt, diagnostiziert werden; auch ist die Entdeckung derartiger Zustände möglich. Insge­ samt stellt die Erfindung somit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte und erweiterte Diagnosemöglichkeiten des Schlaf-Apnoe-Syndroms bereit. Es wurde festgestellt, daß die mit Hilfe des erfindungs­ gemäßen Verfahrens unter Verwendung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung gewonnenen Daten eine derartig hohe Signifikanz aufweisen, daß bei der überwiegenden Zahl von Probanden nach Auswertung der Daten durch Fachpersonal auf weiterführende Untersuchung verzichtet werden konnte. Trotz deren Einfachheit können somit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Diagnosen er­ stellt werden, deren Zuverlässigkeit mit denen stationärer Langzeituntersuchungen in Schlaflabors vergleichbar ist, wobei jedoch die verfälschenden Einflüsse eines stationären Aufenthalts in einem Schlaf­ labor nicht vorhanden sind.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird eine beispiel­ hafte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer mobilen Erfassungs- und Speichervorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung in Arbeitsposition am Körper eines Patienten;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Oxymeter- Sensors mit einer starren Finger­ klemme zur Erfassung des Sauer­ stoffsättigungsgehalts mit Licht­ absorptionsmessung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Oxymeter- Sensors entsprechend Fig. 3, jedoch mit einer flexiblen Schiene statt einer starren Klemme;

Fig. 5 eine Prinzipskizze der Erfassungs- und Speichervorrichtung.

Die Erfassungs- und Speichervorrichtung 1 in Fig. 1 besteht aus dem eigentlichen Erfassung- und Speicher­ gerät 2 mit einem frontseitig angeordneten Druckschalter 7 und folgenden verschiedenen Meßwertaufnehmern: drei EKG-Elektroden 3, einem Kehlkopfmikrofon 4, einem Oxymeter- Fingersensor 5, einem Lageaufnehmer 6 und zwei Ver­ bindungskabeln 8, 9 mit je einem Stecker.

In Fig. 2 ist die Positionierung der Meßwertaufnehmer am Körper eines Patienten 10 gezeigt.

Die EKG-Elektroden 3 sind handelsübliche Einmalelektroden, die am Oberkörper des Patienten 10 befestigt werden; zwei von ihnen messen das Herz­ potential relativ zu der dritten Elektrode. Bei dem Kehlkopfmikrofon 4 handelt es sich um ein Elektretmikrofon, das mit einem ringförmigen Band 24 so am Hals des Patienten 10 befestigt wird, daß es am Kehlkopf anliegt. Die am Kehlkopf des Patienten 10 anliegende Seite des Mikrofons 4 ist mit einer ringförmigen isolierenden Polsterschicht und einem ringförmigen selbsthaftenden Einwegschutz versehen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines Fingersensors 5 gezeigt. Er umfaßt zwei starre Klemmbügel 11, die durch einen elastischen Steg 29 miteinander verbunden sind. Auf einer Seite des Stegs 29 ist zwischen den Klemmbügeln 11 eine Druckfeder 15 angeordnet, durch die die Klemmbügel 11 auf der anderen Seite des Stegs zum Einklemmen eines Fingers 14 des Patienten 10 zueinander gedrückt werden. Auf dem oberen Klemmbügel 11 sind zwei lichtemittierende Dioden 12, und auf dem unteren zwei Fototransistoren 13 ange­ ordnet. Ein Teil des von den lichtemittierenden Dioden 12 ausgesendeten Lichts durchquert den Finger 14 und wird von dem Fototransistor 13 empfangen, ein anderer Teil wird von dem Gewebe des Fingers absorbiert. Diese Absorptionsmessung erfolgt bei den Wellenlängen 660 nm und 925 nm. Die Absorption des Lichts mit der ersten Wellenlänge hängt sehr stark vom Sauerstoffgehalt des Bluts ab; die Absorption des Lichts der zweiten Wellenlänge ist dagegen nahezu unabhängig hiervon.

Eine andere Ausführungsform eines Fingersensors 5 ist in Fig. 4 gezeigt. Er umfaßt eine flexible Schiene 30, die an einem Ende U-förmig gebogen ist. Am Ende des freien Schenkels 31 des "U" sind zwei lichtemittierende Dioden 12 angeordnet. Auf dem anderen Schenkel befinden sich gegenüber­ liegend zwei Fototransistoren 13. Die U-förmige Schiene 30 wird von vorne über die Kuppe des Fingers 14 geschoben. Eine Fixierung des Fingersensors erfolgt mit Hilfe eines oder mehrere Bänder, die ringförmig um den Finger 14 und die U-Schiene 30 gelegt werden. Bei den Bändern kann es sich um Bänder mit Klettverschluß oder um Einmal-Klebebänder handeln. Bezüglich des verwendeten Lichts und dessen Absorp­ tionseigenschaften gleicht diese Ausführungsform der Ausfüh­ rungsform der Fig. 3.

Beide beschriebenen Ausführungsformen des Fingersensors 5 können von Laien einfach und auch richtig positioniert ange­ legt werden. Die Ausführungsform der Fig. 3 erlaubt ein be­ sonders einfaches und schnelles Anlegen, während die Ausfüh­ rungsform der Fig. 4 eine besonders sichere Fixierung und, da sie keinen Druck auf den Finger ausübt, einen hohen Trage­ komfort vermittelt.

Der Lageaufnehmer wird in einer bestimmten Orientierung, die durch eine außen aufgedruckte Positionsbeschriftung vorgegeben ist, mit einem Klebering auf den Oberkörper des Patienten 10 befestigt. Der Lageaufnehmer 6 umfaßt einen Hohltetraeder mit einer darin befindlichen Kugel aus elektrisch leitendem Mate­ rial, in dessen Ecken durch die Kugel schließbare elektrische Kontakte angeordnet sind. Der Hohltetraeder ist so orien­ tiert, daß bei Rückenlage, Liegen auf der linken Seite, der rechten Seite und in aufrechter Haltung die Kugel jeweils in einer Ecke zu liegen kommt und dort den Kontakt schließt; in Bauchlage bleibt die Kugel auf einer Fläche des Tetra­ eders liegen und gibt keinen Kontakt. Die aus dem Mikrofon, den EKG-Elektroden 3 und dem Lageaufnehmer 6 führenden Anschlußkabel werden zu einem einzigen Verbindungskabel 8 zusammengeführt, das mit Hilfe eines 15-poligen Steckers mit dem Gerät 2 verbunden werden kann. Der Fingersensor 5 verfügt zur Verbindung mit dem Gerät 2 über ein eigenes Verbindungskabel 9 mit einem 9-poligen Stecker.

Das Erfassungs- und Speichergerät 2 hat so kleine Abmessungen (190×135×45 mm) und ein so kleines Gewicht (ca. 700 g), daß es mit einem Schultergurt 25 unsichtbar unter der Kleidung auf dem Körper getragen werden kann. Das Gerät 2 weist auf seiner Frontseite eine 15-polige und eine 9-polige Buchse 26, 27 auf, in die die entsprechenden Stecker der Verbindungskabel 8, 9 gesteckt und durch Schraubverbindungen gesichert werden können. Neben dem Druckschalter 7 sind auf dem Gerät 2 außerdem vier Leuchtdioden 28 zur Funktions­ kontrolle des Geräts 2 nach dem Anlegen angeordnet. Zur Übertragung der gespeicherten Daten an einen Rechner ist ein nicht-gezeigtes Daten-Übertragungskabel vorge­ sehen. Die Stromversorgung erfolgt wahlweise aus sechs Kleinbatterien mit 1,5 V oder entsprechenden Akkus.

Die Prinzipskizze in Fig. 5 veranschaulicht die Signal­ verarbeitung in dem Erfassungs- und Speichergerät 2. Die vom Mikrofon 4 aufgenommenen Signale werden durch einen Verstärker 16 verstärkt und in zwei Kanäle verzweigt; die Signale eines Kanals werden anschließend durch ein Filter 17 geführt. Das Filter 17 dämpft Signale oberhalb 800 Hz mit einer Oktavdämpfung von 12 dB. Nicht gezeigt sind der ungefilterte Ast und die für beide Kanäle vorgesehenen Schwellenwertdetektoren. Der mit dem Filter 17 ver­ bundene, im Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis 800 Hz empfindliche Schwellenwertdetektor ist auf einen mittleren Schwellenwert eingestellt, derart, daß die Signale von normalen Schnarchlauten, nicht aber von leisen Atemgeräuschen die Schwelle überschreiten. Der zweite, auf dem ganzen Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis 15 kHz ansprechende Schwellen­ wertdetektor ist auf einen so hohen Schwellenwert eingestellt, daß dieser im allgemeinen nur von Signalen überschritten wird, die von den sehr lauten Schnarch- und Luftschnappgeräuschen nach einem Apnoe-Vorfall herrühren. Die Information "Überschreiten bzw. Nichtüber­ schreiten der Schwellen" stellt bereits eine zur Speiche­ rung und Weiterverarbeitung taugliche binare Größe dar.

Die von den Fototransistoren 13 des Fingersensors 5 herrührenden Signale werden zunächst von einem Signal­ verstärker 20 verstärkt. Anschließend wird in einem Entsättigungsanalysator 21 der Sauerstoffsättigungs­ grad des Bluts ermittelt und binär kodiert. Die Signal­ höhen entsprechen den Intensitäten der durch das Gewebe des Fingers 14 transmittierten, von den Foto­ dioden 12 emittierten Lichtwellenlängen. Da die Absorption des kurzwelligeren Lichts stark vom Sauer­ stoffgehalt des arteriellen Bluts abhängt, die des langwelligeren Lichts dagegen kaum vom Sauerstoffgehalt abhängt, läßt sich aus der Signalhöhe des kurzwelligeren Lichts nach Normierung auf die Signalhöhe des lang­ welligeren Lichts ein Maß für die Sauerstoffsättigung des Bluts ableiten. Dabei wird eine Genauigkeit von bis zu 2% erreicht.

Die vier möglichen, vom Lageaufnehmer 6 herrührenden Positionssignale werden in einem Lageanalysator 22 analysiert und ebenfalls binär kodiert. Nicht gezeigt in Fig. 4 ist der Druckschalter 7.

Alle genannten Größen werden laufend parallel aufge­ nommen, kodiert und nacheinander in Sätzen zeitlich zusammengehöriger Größen in einem RAM-Speicher 23 mit mindestens 128 kB Speicherkapazität gespeichert. Das Grund-Abtastintervall beträgt dabei 1 s; der Wert für die Sauerstoffsättigung wird alle 2 s, der für die Körperposition alle 10 s aufgenommen und erneuert. Die Aufzeichnungsdauer beträgt mindestens 22 h. Die gespeicherten Daten einer Aufzeichnungsperiode können über eine nicht-gezeigte Schnittstelleneinheit mit einer Übertragungsrate von 9200 Bauds über eine RS232- Schnittstelle eines nicht-gezeigten XT- oder AT-Personal-Computer übertragen werden. Durch Verwendung von Speicherbausteinen höherer Kapazität kann auch eine Gesamt-Speicherkapazität von mehreren Megabyte realisiert werden. Damit können kürzere Abtastintervalle oder eine längere Gesamt-Aufzeichnungsdauer eingestellt werden.

Bei Inbetriebnahme zu Beginn einer Aufzeichnungsperiode wird zunächst durch Anschluß des Verbindungskabels 8 an das Gerät 2 automatisch eine Funktionskontrolle ausgelöst. Sie dauert 5 min und wird mit Hilfe der Leuchtdioden 28 durchgeführt. Dabei ist jeweils eine der Leuchtdioden 28 für die Kontrolle der EKG-Funktion, der Sättigungsmessung und der beiden Atemgeräuschkanäle vorgesehen. Die dem EKG-Kanal zugeordnete Leuchtdiode wird mit dem Nachweis einer R-Zacke ausgelöst, und flackert so bei richtiger Funktion synchron mit den R-Zacken auf. Die dem Sauerstoffsättigungs-Kanal zuge­ ordnete Leuchtdiode leuchtet während der ersten 30 s der Funktionskontrolle auf, falls kein gültiger Wert vorhanden ist; dies ist z. B. der Fall, wenn der Finger­ sensor nicht in der richtigen Position am Finger be­ festigt ist. Bei ordnungsgemäßer Funktion bleibt diese Leuchtdiode erloschen. Die beiden den Atemgeräusch­ kanälen zugeordneten Leuchtdioden leuchten auf, wenn der jeweilige Schwellenwert überschritten ist. Bei ordnungsgemäßer Funktion sind diese beiden Leuchtdioden also im Normalzustand erloschen, und können durch simulierte Schnarchgeräusche bzw. sehr laute Atemgeräusche zum Aufleuchten gebracht werden. Nach dem Funktionstest beginnt das Gerät 2 mit der Aufnahme und Speicherung der genannten physiologischen Daten für die Dauer einer Datenaufnahmeperiode.

Nach Abschluß einer Datenaufnahmeperiode können die in dem mobilen Gerät 2 gespeicherten Daten zur Auswertung an einen Rechner übertragen werden. Bei der Auswertung können die Daten auf drei ver­ schiedene Weisen bearbeitet und dargestellt werden:

• i) Die gemessenen Größen (Atemgeräusche, Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, Körperposition) werden unter­ einander graphisch als Funktion der Zeit für die gesamte Erfassungsperiode dargestellt. Diese Darstellung zeigt quantitativ die gemeinsame zeitliche Entwicklung dieser Größe und damit insbesondere auch die Korrelationen zwischen ihnen. Sie hat den Vorteil, die gesamte aufgenommene Information zu enthalten; ihre Interpretation erfordert jedoch einen gewissen Zeitaufwand.
• ii) Einzelne Meßgrößen werden zeitlich zusammengefaßt und in Form von Histogrammen und Tabellen darge­ stellt. Vorgesehen sind z. B. eine graphische Darstellung der Verteilungen der gemessenen Herz­ frequenzwerte in aufeinanderfolgenden 10-min- Intervallen, eine graphische Darstellung der Verteilung der gemessenen Sauerstoffsättigungs­ werte, und Darstellungen der Entsättigungswerte als Funktion der Häufigkeit ihres Auftretens in Form von Diagrammen und Tabellen. Diese Dar­ stellungen machen nicht mehr die gesamte zeitliche Entwicklung und alle Korrelationen zwischen den gemessenen Größen deutlich, erlauben aber eine schnellere Interpretation.
• iii) Aus den Daten wird die Zahl der Episoden, bei denen vermutlich ein Apnoe-Vorfall vorlag, direkt ermittelt und als sogenannter RD-Index (respiratory disturbance index) mit der Einheit Episoden/Stunde angegeben. Es sind drei solche RD-Indexgrößen vorgesehen: der Schnarchindex, der Herzfrequenz­ variations-Index und der Sauerstoffentsättigungs­ index.
  Zur Berechnung des Schnarchindex werden Schnarch­ pausen, die zwischen 11 und 60 s dauern, über den ganzen Erfassungszeitraum gezählt und durch die Anzahl der Stunden des Erfassungszeitraums dividiert. Schnarchpausen dieser Länge sind typisch für Apnoe-Vorfälle.
  Zur Bestimmung des Herzfrequenzvariations-Index wird zunächst eine relative Herzfrequenz berechnet, indem man die momentane Herzfrequenz durch den laufenden Mittelwert der Herzfrequenz der voran­ gegangenen 300 s dividiert. Werte der relativen Herzfrequenz zwischen 90% und 109% werden der sogenannten 100%-Klasse zugeordnet; andere Werte liegen außerhalb dieser Klasse. Der Herzfrequenz­ variations-Index gibt die Zahl der Ereignisse im Erfassungszeitraum an, bei denen die relative Herzfrequenz die 100%-Klasse verläßt und innerhalb von 11 bis 60 s wieder in die 100%-Klasse zurück­ kehrt, dividiert durch die Anzahl der Stunden des Erfassungszeitraums. Damit werden die Herz­ frequenzvariationen erfaßt, wie sie synchron zum Apno-Geschehen auftreten.
  Zur Bestimmung des Sauerstoffentsättigungs-Index wird zunächst der basale Sättigungswert ermittelt, indem die höchsten Sauerstoffsättigungswerte von 2 bis 10 vorangegangenen Messungen addiert werden und die Summe durch die Anzahl der Messungen dividiert wird. Eine Entsättigungsphase liegt vor, wenn der Sättigungswert um mindestens 3% vom basalen Sättigungswert abfällt und dauert so lange, bis im Wiederanstieg nach dem Abfall 90% des basalen Sättigungswerts erreicht werden. Der Sauerstoffentsättigungs-Index gibt die Zahl der Entsättigungsphasen im Erfassungszeitraum an, dividiert durch die Anzahl der Stunden des Erfassungszeitraums. Er erfaßt die Entsättigungs­ phasen, wie sie ebenfalls synchron zum Apnoe- Geschehen auftreten.
  Diese RD-Indexgrößen geben direkt die Zahl von Apnoe-Vorfällen pro Stunde an. Normalerweise haben die drei RD-Indexgrößen ungefähr denselben Wert. Große Abweichungen zwischen den drei RD-Indexgrößen können Hinweise auf das Vorliegen besonderer krankhafter Veränderungen, wie eingangs erwähnt, geben. Insgesamt erlaubt die Angabe der drei RD-Indexgrößen eine äußerst schnelle und signifikante Beurteilung des Apnoe-Geschehens.

Claims (16)

1. Verfahren zur ambulanten Erkennung und Diagnose des Schlaf-Apnoe-Syndroms, bei dem man mittels einer mobilen Vorrichtung die physiolo­ gischen Größen

• a) Herzfrequenz,
• b) Atmungslaute und
• c) Schnarchlaute
  eines Patienten erfaßt und
  eine Vielzahl von jeweils für kurze Zeitintervalle erfaßten Sätzen der Größen a bis c in kodierter Form in der mobilen Vorrichtung speichert,
  die Vielzahl gespeicherter Sätze der Größen a bis c in einen Rechner überträgt und mit seiner Hilfe analysiert, wobei insbesondere zeitliche Schwankungen der einzelnen Größen und Korrelationen zwischen den verschiedenen Größen berücksichtigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem synchron mit der Erfassung und Speicherung der Größen a bis c den
• d) Sauerstoffsättigungsgrad des Bluts und die
• e) Körperlage des Patienten mit der mobilen Vorrichtung erfaßt und kodiert speichert, die gespeicherten Sätze der Größen d und e zusammen und denjenigen der Größen a bis c in einem Rechner überträgt und mit seiner Hilfe analysiert, wobei man in der Analyse aus der Dauer und Tiefe von Perioden mit Sauerstoffentsättigung ein Maß für die Schwere einzel­ ner Apnoe-Vorfälle gewinnt, und aus Änderungen der Körperlage ein Maß für die Schlafunruhe ableitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Analyse mit Hilfe der Abhängigkeit des Auftre­ tens von Apnoe-Vorfällen von der Körperlage des Patienten zwischen obstruktiver Apnoe, zentraler Apnoe, Myoklonus und anderen Schlafstörungen unterscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man aus der Analyse des Zusammenhangs zwischen Herzfrequenz und Sauerstoffentsättigung des Bluts während Apnoe-Vorfällen Hinweise auf das Vorliegen von Polyneuropathie, starrem Altersherz, Diabetes oder Herzinfarktgefahr gewinnt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Patient Zeitintervalle mit besonderen Vorkommnissen, die das Hinlegen, Aufwachen und Aufstehen umfassen, kennzeichnet, und die Kennzeichnung in kodierter Form zusammen mit den übrigen Größen a bis e gespeichert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennzeichnen besonderer Vorkommnisse durch Druck auf einen auf der mobilen Vorrichtung befindlichen Druckschal­ ter erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den erfaßten Atmungsgeräuschen nur um die heftigen Schnarchgeräusche handelt, die beim Luftschnappen nach einem Apnoe-Vorfall auftreten.

7. Mobile Vorrichtung zur Erfassung und Speicherung physiologischer Größen eines Patienten zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit Mitteln zur Abtastung der Herzpotentiale und Erfassung der

• a) Herzfrequenz aufgrund der Herzpotentiale, Mitteln zur Erfassung von
• b) Atmungslauten und
• c) Schnarchlauten, und Mitteln zum Speichern einer Vielzahl von jeweils für kurze Zeitintervalle erfaßten Sätzen der Größen a) bis c) in kodierter Form, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel zur Erfassung und kodierten Speicherung des
• d) Sauerstoffsättigungsgrads des Bluts und
• e) der Lageposition des Patienten aufweist.

8. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel zur Kennzeichnung bestimmter Erfassungs- Zeitintervalle der Größen a) bis e) in kodierter Form auf­ weist.

9. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kennzeichnung bestimmter Erfassungs-Zeitintervalle einen Druckschalter (7) beinhalten.

10. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung des Sauerstoffsättigungs­ grads des Bluts einen Sensor mit mindestens einer Lichtquelle (12) und mindestens einem Lichtempfänger (13) zur Messung der von einer Extremität (14) des Patienten bewirkten Lichtabsorption oder -reflexion umfassen.

11. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) und der (die) Lichtempfänger (13) gegenüberliegend an einem Befestigungselement angeordnet sind, wobei die lichtaussendende und licht­ empfangende Seite der Lichtquelle (12) bzw. des Licht­ empfängers (13) einander zugewandt sind.

12. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement von einer Klemme (5) gebildet wird, wobei Lichtquelle(n) (12) und Lichtempfänger (13) an gegenüberliegenden Bügeln (11) der Klemme (5) angeordnet sind.

13. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement von einer flexiblen Schiene (30) gebildet wird, die an einem Ende U-förmig gebogen ist, wobei Lichtquelle(n) (12) und Lichtempfänger (13) an den Schenkeln des "U" angeordnet sind.

14. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der räumlichen Lage des Patienten einen auf dem Oberkörper des Patienten (10) zu befestigen­ den Hohlkörper (6) mit einer darin befindlichen Kugel aus elektrisch leitendem Material beinhalten.

15. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Hohlkörper (6) um einen Hohltetraeder handelt, in dessen Ecken durch die Kugel schließbare elektrische Kontakte angeordnet sind.

16. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Atemgeräusche so eingerichtet sind, daß sie nur das heftige Schnarchgeräusch beim Luft­ schnappen nach einem Apnoe-Vorfall aufnehmen.