WO2005043628A2 - Diagnosis and monitoring of the cardiovascular system - Google Patents

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WO2005043628A2
WO2005043628A2 PCT/DE2004/002434 DE2004002434W WO2005043628A2 WO 2005043628 A2 WO2005043628 A2 WO 2005043628A2 DE 2004002434 W DE2004002434 W DE 2004002434W WO 2005043628 A2 WO2005043628 A2 WO 2005043628A2
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Rainer Sus
Marco Rohrbach
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    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7239Details of waveform analysis using differentiation including higher order derivatives

Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a system for performing this method according to the preamble of claim 21 and a system for diagnostics and / or Monitoring the cardiovascular system of a living being according to the preamble of claim 27.
  • the blood volume of a living being is an essential parameter that is of great importance in many physiological contexts.
  • a fluid is usually fed into the corresponding body cavity as a distension medium.
  • physiological saline solutions or serve as a distension medium also electrolyte-free solutions, such as mannitol or sorbitol.
  • the distension medium can get into the bloodstream due to mechanical impairment of the tissue during the operation. In individual cases, more than 2000 ml of distension medium can enter the bloodstream, this hypervolemia being an undesirable strain on the heart. If a distension medium is used that has a different electrolyte content than that of the blood, TUR syndrome (trans-urethal resection syndrome) or hyponatrimia can occur.
  • the sodium concentration in the blood was measured, for example.
  • a corresponding termination criterion can be derived from the sodium concentration, in which the operation must be stopped.
  • a measurement of blood on sodium is necessarily invasive.
  • the object of the present invention is therefore to provide a fast and non-invasive method or a system for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being.
  • the invention is achieved by a method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being with the features of claim 1.
  • measurement data of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter in particular blood pressure and / or myocardial excitation
  • time-structured ensembles of measurement data are formed in order to generalize the measurement data determined and to reduce its complexity.
  • These time-structured ensembles are formed with regard to the temporal procedural regulatory development of the cardiovascular system, in particular the heart rate variability and / or the pulse transit time.
  • At least one time series to represent the temporal and regulatory development of the cardiovascular system is then determined on these time-structured ensembles. The temporal behavior of this time series is then analyzed. This temporal behavior of the time series is then assigned to empirically determined physiological properties and characteristics of the circulatory system.
  • This assignment takes place in particular in relation to different parameterizable loads on the cardiovascular system, such as, for example, blood volume increase or decrease, physical loads and / or pharmacological interventions.
  • the temporal behavior of the time series and / or the physiological properties and features is then displayed for the diagnosis monitoring of the cardiovascular system.
  • the invention is based on the basic idea that the system behavior of the cardiovascular system contains all the information necessary for monitoring the cardiovascular system of a living being.
  • the cardiovascular system has a number of effective and efficient regulatory mechanisms that act on the system in a self-stabilizing manner.
  • the Baro-Reflex controls the cardiovascular system based on pressure parameters based on the baro sensors.
  • a blood or blood draw acts on the barosensor in such a way that the cardiovascular system is controlled in a stable state via the Baro-Reflex.
  • This fast and adaptive regulatory behavior of the cardiovascular system thus forms the basis of various and highly efficient, body-specific protective mechanisms and therefore reacts directly to various types of exogenous or endogenous disorders.
  • These reflex processes show further significant and covariant subsequent physiological reactions, which can also be demonstrated with non-invasive methods.
  • the method according to the invention makes use of this knowledge.
  • the system behavior of the cardiovascular system is continuously and automatically measured over the course of time.
  • the system behavior can be represented in different parameters or different measurement data ensembles, which are given, for example, by the heart rate variability and / or pulse transit time. From the complex measurement signal, for example one
  • Pulse curve the complexity can be reduced by the ensemble formation, for example by assigning the ensemble a single value, such as the pulse transit time or the heart rate variability.
  • the behavior of the cardiovascular system can then be viewed by forming time series and analyzing the time series. An empirically determined physiological phenomenon can then be assigned to the temporal behavior of the time series. The method is based on the knowledge that a cardiovascular system shows similar dynamic behavior under similar conditions. The respective underlying physiological phenomenon can therefore be inferred from this dynamic behavior.
  • two cardiac and / or circulatory parameters are advantageously measured simultaneously.
  • the blood pressure can be measured simultaneously at two different distal locations in the body, or the myocardial excitation can be measured simultaneously with the blood pressure using an EKG.
  • time-structured ensembles can be achieved, for example, by forming windows of measurement data.
  • the measurement data record is examined for significant positions within a specific measurement data window and one or more such values are then assigned to the window.
  • the RR interval, an average blood pressure from two pulses or the pulse transit time can be measured within a time window when two measured values are correlated with one another.
  • the measurement data in the windows can be analyzed with regard to periodic components, in particular the time interval between two heartbeats. These analyzed values are then used as the time-structured ensembles.
  • the time series can then be determined with these analyzed values of the windows.
  • the analysis of the temporal behavior of the time series can advantageously be represented in a meta-representation by means of a reconstruction method.
  • the time series can be represented in the form of Lorenz plots, phase spaces, parameter spaces, trajectory plots and / or Poincare plots.
  • the time series can also be represented in the parameter space by means of a delay method or can be represented as a state vector in the parameter space.
  • accumulation points, attractors and / or trajectories can now be determined.
  • the temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories can then be determined.
  • statements about the spatio-temporal relationship of the respective accumulation points, attractors and / or trajectories to one another can be derived in the parameter space.
  • the respective physiological properties corresponding to the temporal behavior of the time series can be carried out by simultaneous measurement of the respective physiological properties, in particular the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output and / or the stroke volume.
  • This empirical determination is advantageously carried out when there is a defined load on the cardiovascular system, in particular by using physical, physiological and / or pharmacological means.
  • the assignment of the dynamic or temporal behavior of the body or system can be further improved in this way, that in addition to the temporal behavior of the time series, external and / or internal cardiac and / or circulatory-specific control parameters are included in the analysis of the temporal behavior of the time series and / or the assignment of the temporal behavior of the time series to empirically determined physiological properties.
  • the external and / or internal cardiac and / or circulatory-specific control parameters are, for example, the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output, the stroke volume, defined volume flow rates, the volume inflow or outflow and / or ergometric work or Performance parameters.
  • the assignment of the temporal behavior of the time series to the empirically determined physiological properties and features is preferably carried out automatically.
  • the object is further achieved by a system for carrying out the method according to the preamble of claim 21.
  • the system has at least one measuring device for automatic and continuous measurement of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter of the living being, at least one recording device for automatic and time-resolved recording of the parameter measured with the measuring device and at least one evaluation device for evaluating the continuously and time-resolved parameter on .
  • a measuring device can be designed as a blood pressure measuring device and / or as an EKG.
  • the measuring equipment used is advantageously non-invasive.
  • the measuring means is also advantageously designed such that it is formed on a distal part of the body of the living being. It can be a pressure sensor.
  • the object is further achieved by a system for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being with the features of claim 27.
  • the system has at least one measuring device for automatically measuring at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter, at least one determining device for automatically determining at least one time-resolved baro-reflex response of the living being from the measured cardiac and / or circulatory-specific parameters, at least one extracting device for automatic acquisition at least one time series from the determined time-resolved baro-reflex responses, at least one evaluation means for evaluating the time behavior of the at least one time series of the at least one measured baro-reflex response, at least one assignment means for automatically assigning the time behavior of the at least one time series to physiological ones Properties and characteristics of the living being and at least one display means for displaying the physiological properties and characteristics of the living being.
  • the system according to the invention takes advantage of the body's own regulatory regulatory processes in connection with the phasic baro-reflex.
  • Baro-Reflex take into account all the essential current cardiovascular parameters. These include: the ejection performance of the heart, which depends on the contractile force, the stroke volume and the heart rate, the blood pressure curves depending on the respective distal location, the vasomotor regulation of peripheral resistance depending on the diameter and elasticity of the arteries.
  • Such a system represents a self-contained unit for the diagnosis and monitoring of the cardiovascular system of a living being.
  • the pulse transit time, the heart rate, the blood pressure or the baro reflex sensitivity are used as the baro reflex response.
  • the pulse transit time variability, the heart rate variability and / or the blood pressure variability can also be used as the baro reflex response.
  • a measuring device can be embodied in the system as an EKG device or as a blood pressure measuring device.
  • the measuring means is preferably non-invasive.
  • the determination means, the extraction means, the evaluation means and / or the assignment means can be designed as software means.
  • the method described above can be carried out in the determination means, the extraction means, the evaluation means and / or the allocation means.
  • the temporal behavior of the time series can be set in relation to at least one stored, empirically determined behavior of a time series of the same baro-reflex response, this stored behavior being determined when the cardiovascular system of the same or another living being was stimulated.
  • the system behavior of a cardiovascular system triggers similar reactions of the baro-reflex system in many living beings when this system is stimulated in a similar way.
  • the excitation of the cardiovascular system for the empirical determination of the comparison time series can be stimulated in particular by physical action, in particular infusion, blood sampling and / or physical stress and / or by pharmacological action.
  • At least one control parameter can additionally serve to assign the temporal behavior of the at least one time series to physiological properties and characteristics of the living being. If this further control parameter is advantageously provided by at least one further measuring device or by the already existing measuring device.
  • This control parameter can preferably be the mean heart rate, the mean blood pressure, the infusion volume, the blood withdrawal volume, the distension agent volume or the distension agent balance and / or an ergometer performance.
  • a warning is advantageously output on the display means.
  • Such a system or such a method can be used in intensive care medicine, sports medicine, rehab medicine, anesthesiology, and for monitoring fitness equipment or for general cardiovascular diagnosis. In the area of general cardiovascular diagnostics, monitoring can also be carried out when carrying out a stress ECG, for example to prevent the patient from collapsing.
  • the invention relates to a method and device for the evaluation, representation, analysis and for the representation and clinical evaluation of the properties and the course of the temporal development of complex dynamic states and for characterizing the dynamic quality of the autonomous physiological behavior of the human or animal heart. Circulatory system under multiple and changing endogenous or exogenous loads or in the manifestation of pathophysiological conditions in connection with the derivation and acquisition of objective and quantifiable functional parameters, parameters and criteria for clinical function diagnostics, monitoring and therapy control.
  • the methodological approach of all known methods for in-vivo monitoring and circulatory monitoring has the basic disadvantage that no suitable detection and diagnostic method has yet existed which is capable of high complexity, diverse networking, dynamic adaptivity and To adequately record the plasticity of the surgically closed cardiovascular system, including its autonomous regulatory mechanisms and compensatory services, and to represent its process development accordingly in a significant way.
  • the currently known methods essentially relate to the isolated detection of a few externally accessible hemodynamic parameters, vital signs and laboratory values, which are then subjected to a largely phenomenological assessment and are related to corresponding interindividually determined and statistically validated reference values (external reference methods ). Due to the considerable individual and inter-individual variability, only statistical information is available as a basis for the acquisition of clinical criteria, which must not take into account the individual patient-specific features.
  • the task according to the invention accordingly consists, on the one hand, of representing these system states by corresponding mathematical structures or mathematical structures which correspond to the essential physiological system behavior and which are then accessible to a corresponding mathematical analysis.
  • the further metrological task is to determine suitable and easily accessible process data under in vivo conditions in such a way that it also adequately reflects the autonomous individual regulation and control of the physiological behavior of the cardiovascular system.
  • Cardiac arrhythmias or bradycardias or tachycardias or other haemodynamically significant dynamic manifestations in many cases express missing or altered intrinsic pacemaker functions, control functions or coupling conditions.
  • the essential diagnostic potential of the claimed method thus lies in the dynamic analysis and monitoring of the course in connection with the corresponding manifestation of the dynamic determinants examined in each case of certain physiological or pathophysiological states and dynamic state changes.
  • the claimed analysis methods as well as structure and time-dispersive detection methods as well as special methods of signal processing and display methods are used.
  • the claimed method is based on the use of certain endogenous reflective regulatory processes of the cardiovascular system in medical technology in direct connection with the relevant autonomous, highly specific, sensitive and effective, sensory, adaptive and compensatory services and the access according to the invention to this system behavior through Conception, specification and development of suitable exogenous interfaces with regard to the selected autonomous circulatory reflex control mechanisms on the basis of system-theoretical or bio-cybernetic approaches in connection with the way in which they are implemented technically in the form of certain measurement strategies and sensor technologies for signal acquisition as well as selected ones Methods for signal processing and processing, as well as specified analysis methods for evaluating and obtaining certain process parameters, sys characteristic features and parameters, as well as suitable representation and presentation methods for monitoring the course and functional diagnosis of certain process information, as well as corresponding automated or semi-automated classification and recognition methods for suitable clinical evaluation and in vivo recognition or for suitability for objective operative and postoperative Monitoring of regulatory or compensatory developments Development regarding the occurrence of acute or impending critical circulatory conditions.
  • the claimed method also does not require any invasive and multiple sampling, as well as complex sample preparation and laboratory analytical in-vitro determinations of substance quantities or substance conversions, which as a rule are only random can take place and are consequently subject to corresponding delays, as a result of which no continuous in vivo monitoring or rapid detection of acute critical conditions is possible under these circumstances.
  • the claimed method only comes with a sensor system that is common in clinical routine and is also widespread and well known and can be applied extracorporeally in a simple manner (e.g. for EKG and
  • Pulse in conjunction with a mathematical analysis of the complex regulation dynamics implemented in the method, which, as the at least necessary input signals, only requires two continuously and simultaneously derived signal channels.
  • the method in principle characterized by a simple, secure and interference-insensitive data acquisition, whereby as a rule no particular problems regarding critical detection limits or artifacts that are difficult to control can occur.
  • the fact that the basic hardware can be created inexpensively and with constant measurement value configuration at any time subsequent adjustments, extensions and diversifications of the analysis algorithms, display programs and monitor functions for a variety of other is advantageous for a wide range of clinical applications, as well as for industrial medical technology applicability future applications and specific diagnostic questions can take place.
  • Step 1 Identification, specification and extraction of the relevant and representative as well as metrologically accessible cardiac and / or circulatory physiological state variables and order parameters, which implicitly include, represent and represent the properties of the complex dynamics of the autonomic cardiovascular regulation processes clearly describe, in conjunction with corresponding system-specific control parameters, which represent at least one control variable for the dynamics of the myocardial excitation processes and / or the circulatory regulation processes with regard to pressure and / or volume regulation and / or central load-dependent regulatory processes of the organ circulations.
  • NLD non-linear dynamics
  • Step 2 Time-synchronous preparation of the multiple measurement variables determined by step 1 and the state variables or control parameters derived therefrom with regard to their specific suitability for the application of the following methods by application of specific method steps: a. when evaluating corresponding particularly low-noise, low-artifact scalar time series with high time resolution and voltage resolution as well as low digitization noise, and b. in the further processing of the measured variables and time series with regard to their specific suitability for the correspondingly specified representation methods, provided that a successful reconstruction of certain substitute state space (phase space) representations from the relevant empirical time series, in particular under the condition that the topological properties, ie the neighborhood relationships between the respective empirically obtained substitute state space with the respective empirically inaccessible original
  • 3rd step designation, specification, acquisition and signal representation of parallel and simultaneous time series from the previously prepared measurement data by certain process steps, in particular by appropriate timing processes to determine the occurrence times of certain signal components and / or to determine certain parameters and / or characteristic values and / or features with regard to their further use for the downstream analysis methods.
  • Step 4 Designation, specification and creation of appropriate representations of the state of space with the help of certain reconstruction methods, in particular by applying delay methods to the corresponding time series and by incorporating certain method steps and criteria for the optimal selection of the embedding window used ( D. ⁇ ) with regard to the requirements for a practically sufficient applicability of a simple and robust delay reconstruction in finite time series with a limited number of data points and measurement accuracy, and with a common or separate optimization for the respective embedded dimension D and for the delay time ⁇ .
  • Step 5 Representation of the reconstructed trajectories, iterative sequences or attractors with regard to the chosen state space embedding dimension for a. Investigation of the properties of the flow defined by the respective dynamics and b. for assessing the quality of the reconstruction of the state space and the positional relationships of the Zu ⁇
  • 6th step Representation of higher-dimensional state spaces through dimension reduction for exploration of the attractor topology generated and identification and / or recognition of the states and / or course monitoring and in-vivo monitoring of the respectively examined circulation trajectory development by a. certain state projections of the relevant attractor onto a 2D or 3D manifold or through b. Isoshell projection of the relevant attractor or by c. Corresponding Poincare cuts or by e. corresponding recurrence pictures or f. other suitable mapping processes or mapping processes.
  • Step 8 Analysis of the temporal dynamics and / or significant dynamics change or mode change (phase transitions) through the properties of the time series correlating with one another with respect to the respectively determined tachometric, parametric and / or state time series, in particular by the determination of the mean squares of successive differences of the respective interval variabilities and / or by the determination of the corresponding successive algorithmic complexity with respect to the respectively predetermined time sequences and / or by determination of corresponding successive feature vectors with respect to the respectively determined regulatory episodes.
  • Step 9 Analysis of the influences of the different physiological control parameters with regard to the occurrence or change of certain dynamic modes of the cardiovascular system by determining the respective dependency of the state space representations determined in this regard and / or the corresponding attractor representations or projections and / or the derived parameters for identifying or identifying the respectively occurring modes, of certain values of the control parameters, in particular of the heart rate (HR) control parameters, various blood pressure values and / or the mean blood pressure, and / or the pressure-volume work , and / or different blood volumes or volume flow rates, and / or cardiac output, among others related energy or
  • HR heart rate
  • Performance parameters such as the heart rate dependency of the correlation dimension and / or the Lyapunov exponent and / or the blood volume dependency of the Lyapunov exponent or the location vector or the attractor position tiling area, among other things, for the purpose of characterization and specification of the dynamic properties and quality of the behavior of various autonomous cardiac, circulatory, central and / or local regulatory processes.
  • Methods can also be used to investigate the effects of various types of circulatory stresses and their effects on adaptive regulatory performance and dynamic modes under in vivo conditions.
  • adaptive effects of regulatory benefits the circulatory functions both under certain specific, parameterizable and quantifiable stresses and physical or pharmacological interventions as well as under different, undefined, unspecific and / or unpredictable and changing exogenous or endogenous effects, as well as under special physical and physiological conditions or stresses and / or or detectable in certain pharmacological interventions.
  • Another special application of the claimed method relates to certain situations of an open circuit, such as if there is an acute decrease (hypovolaemia) or increase (hypervolemia) in the blood volume.
  • this can take place under controllable and / or quantifiable conditions and with known or quantifiable volume inflow or outflow, e.g. in the case of an invasive opening of the vessels for the purpose of drawing blood or an infusion or perfusion.
  • the claimed method is also suitable for the use of the cases described under a) and b) both for objective cardio-vascular functional diagnostics and for the quick in-vivo detection of regular or irregular, destabilized, decompensatory and critical conditions or changes in conditions as well as Obtaining objective and significant clinical diagnostic and prognostic criteria for circulatory monitoring.
  • the method is fundamentally based on the properties described below.
  • the acute dynamic self-behavior of the autonomously closed autonomous reflex control mechanisms which are closed in a complex and adaptive manner in a complex and adaptive manner, in connection with the specific performance of the higher-level, central and local regulation of the cardiovascular system.
  • the reflexive regulatory behavior e.g. with regard to the fast phasic component
  • Heart rate variability HRV and its dynamic development HRV (t) also has a direct regulative and co-variant connection with the reflex action on the vascular level, whereby correspondingly correlated form variabilities of the corresponding arterial pressure curve (pulse curve variability) develop (with characteristic variabilities of the pulse shape as well as the systolic, diastolic and dicrotic pressure amplitudes).
  • these reflective efferences also correlate with the level of the vasomotor effector component with corresponding regulatory effects on the mechanoelastic and geometrical variability of the vessels, which means that with each heartbeat there is also a covariable variability in the pulse wave velocity or the pulse - Transit time (pulse transit time, PTT) is coming.
  • PTT pulse transit time
  • Due to the time-synchronous and continuous derivation of the cardiac component e.g. by derivation of the electrocardiogram EKG (t) in connection with the acquisition of arterial pulse curves p (t) from at least one lead location (e.g. A. radial and / or A. femoralis) as a vascular component
  • This means that all metrological requirements are generally created in order to determine the suitable system parameters for the claimed process. Description of the individual steps of the procedure:
  • 1st step Identification of the relevant and accessible status variables, order parameters and control parameters and selected process data as well as specification of the interface (sensor and process interaction)
  • 2nd step Preparation of the measured variables, status parameters and control parameters regarding Suitability for further process steps under best. conditions
  • Step 3 Identify various. Simultaneous time series with the help of timing procedures or parameter extraction or characteristic extraction Step 4: reconstruction of state space representations and optimization procedures
  • Step 5 Multiple representations of the reconstructed attractors for further investigation, attractor-related optimization and error minimization of the procedure
  • Step 6 Representation of higher-dimensional status rum representations by reducing dimensions for exploration
  • Step 7 Analysis of the attractors with regard to the properties of the rivers in the state space and determination of structural dynamic parameters and fluctuation measures
  • Step 8 Analysis of the properties of correlating time series and determination of successive dynamic parameters and complexity measures.
  • Step 9 Analysis of the dependence of dynamic modes on specified physiological control parameters to identify and identify the modes that occur.
  • Step 10 Assignment of the analysis results to the nature and functionality of the cardiovascular system
  • step 1 is particularly characterized in that, in accordance with the task of the invention, certain relevant and representative physiological state variables and control parameters can be obtained, which are evaluated in a certain way from time-synchronous derivations of electrocardiograms and blood pressure curves, and which the adequately represent and clearly describe the complex dynamics of the autonomic cardiovascular processes, and for this either the ECG signals are continuously registered by at least one corresponding ECG lead, which is recorded with the blood pressure curves recorded simultaneously and corresponding to the respective cardiac action are in a time-synchronous relationship and which are recorded by at least one blood pressure sensor at a related arterial site, or alternatively, also a continuous and simultaneous one Detection of at least two blood pressure curves measured at different arterial sensors can be carried out with the aid of several blood pressure sensors, and that at least one related control parameter, for example in the form of the heart rate (HR), can be obtained from either the respective RR intervals or the respective pulse frequency, and that further control parameters regarding the pressure or Volume regulation can be obtained from the measured blood pressure curves or from additional volumetric measurements and that
  • the time-synchronous and continuous detection of ECG signals from at least one lead position can be advantageous in connection with the derivation of the arterial pulse curves corresponding to each heartbeat from at least one lead location ( For example, A. radialis, A. feminal, etc.) are carried out using appropriate methods for digital data acquisition and measurement data processing.
  • signal processing according to step 2 takes place initially in the signal space according to the optimal conditions determined by the invention and, on the other hand, if necessary, further methods for artifact or noise reduction are used in conjunction with the processing step of the state space reconstruction according to step 4 which was carried out later.
  • the sig- nal processing sufficiently low artifact and low noise time series can be obtained. If that is not yet sufficient, an additional Karhunen-Loeve transformation can advantageously be carried out in the state space.
  • step 2 is characterized in that the measured variables registered with the preceding step synchronously and in parallel are processed in such a way that they sufficiently meet the requirements associated with the subsequent method steps, in particular,
  • the sampling rate for both input signals EKG (t) and P (t) must be far above the usual regular sampling rate (e.g. according to the Shannon-Nyquist condition).
  • the sampling rate is above 3000 Hz.
  • the resolvable time steps should be less than 0.3 ms and
  • the exact derivation of the time stamps is, among other things, a particularly critical condition for the successful applicability of the method, whereby the conventional trigger methods (such as according to the threshold value method) are used as the timing method due to the individually and inter-individually occurring pulse curve shape variability and due to the different ones Dynamics of ECG and pulse signals as well as various artifacts and baseline fluctuations or offset components are not suitable for use with regard to the claimed method, since on the one hand these can lead to an inadmissibly large time jitter and also to incorrect time marks , With the claimed timing process the problem of extensive independence from the pulse curve variability, various artifacts and baseline fluctuations was solved, which means that the true trigger marks are reliably derived with a time jitter below the time steps that can be resolved.
  • the conventional trigger methods such as according to the threshold value method
  • a predetermined constant time window search window ⁇ t
  • the gradient that occurs acutely in the constant time interval is determined and compared with the predetermined gradient threshold value Si.
  • the slope threshold can be set so that triggering takes place, for example, at the time of the maximum slope of the R wave. If this is necessary, the corresponding time stamps and times of occurrence of the maximum gradients for the other ECG components can also be obtained individually or in combination. In the case of the pulse signal, the greatest systolic rise or the dicrotic rise can be triggered accordingly.
  • the appropriate slope threshold values and the time window are selected by previous empirical studies. To rule out faulty multiple triggers within the same heart action, the process is blocked for a certain period of time after the threshold has been exceeded for the first time. b.
  • a timing method is used for the exact and, above all, unambiguous determination of the respective occurrence times for the corresponding extreme values (maxima or mini a) of the corresponding ECG and pulse signals, a determination of the respectively associated maxima or Minima of the blood pressure amplitude values (eg systolic, diastolic pressure and pressure amplitude of the dicrotic wave) take place.
  • a windowed extreme value search method a correspondingly predetermined time search window is set when the respectively derived trigger time mark occurs and the signal maximum or minimum occurring in this search window is detected.
  • the freely selectable width of the respective optimal search window results from a previous empirical determination of the corresponding pulse widths for the corresponding signal components of the EKG or pulse signal. With the help of this windowed max. Or min. Detection, a clear and reliable determination of the occurrence times and amplitudes of all the desired signal components is thus given with the required temporal accuracy.
  • the pulse curves corresponding to the EKG the time stamps for the time of occurrence of the largest systolic increase (max. Gradient) are used. For this, in one embodiment according to the under a. Use the slope threshold as described.
  • the pulse curve is differentiated and then on the differentiated pulse signal that under b. described method for determining the occurrence time used for the maximum. The occurrence time for the maximum slope of each component of the pulse curve can also be determined in this way.
  • the raw signals of the pulse curves in particular are subjected to a corresponding smoothing.
  • the known smoothing algorithms used in each case are empirically optimized with a view to achieving the lowest possible time jitter.
  • the time jitter that can be achieved is determined beforehand under the changing conditions of the signal processing. Appropriate optimization procedures are then carried out and validated on the basis of this data. This process step is necessary due to the multiple dependency of the time jitter that occurs and the related critical time measurement, among other things. of the specified pulse shape, the selected sampling rate and smoothing level in the claimed process.
  • the specified pulse shape e.g.
  • the corresponding process parameters which characterize the cardiovascular system behavior and these with regard to their characteristic synchronous temporal development, are determined from the prepared ECG signals as well as the simultaneously recorded pulse curves and the respective time sequences of the designated trigger time marks by means of further further processed representation and analysis procedures.
  • step 3 is characterized in that certain simultaneous time series are identified and specified accordingly, which are derived from the measurement data previously prepared with the preceding steps using the designated a. Timing procedures for determining the specific times of occurrence with respect to certain signal components corresponding tachometric time series are created, in particular:
  • Tachometric time series with regard to the heart rate variability HRV (ti) or RR (ti) tachogram and / or further ECG-specific time interval tachograms such as e.g. PQ (ti), ST (ti) and / or further occurrence tachograms P (ti), R (ti), T (ti) within each ECG complex and / or with regard to the pulse transit time variability PTTV (ti) and / or further pulse curve-specific time interval or occurrence time tachograms with regard to the systolic, diastolic component and the dicrotic wave, etc.,
  • Parametric time series are created, the relevant parameters, parameters or characteristics being determined on the basis of certain parameter evaluation methods, in particular:
  • Parametric time series with respect to the blood pressure curves are created, with certain characteristic parameters being evaluated on the basis of the absolute or relative blood pressure values and / or on the basis of certain characteristics relating to the pulse shape, for example by the fact that certain excellent values of the systolic, diastolic blood pressure and the maximum Amplitudes of the dicrotic wave are used and offset in a certain way.
  • certain one-dimensional or multi-dimensional pulse shape-specific features are obtained, which are summarized, for example, in the form of corresponding feature vectors and / or feature spaces, which, as certain parametric time series, reproduce the successive development of the pulse shape variability in a significant manner.
  • Tachometric time series characterize various time-dispersive variabilities and fluctuations with regard to certain specified time intervals with regard to the occurrence times of various excellent signal components. With regard to the large number of system-specific time intervals that can be determined using the method, there are multiple variants of different tachometric time series.
  • the respective time intervals are determined from the time series with regard to the appearance times of successive R waves.
  • HRV heart rate variability
  • the time difference between the occurrence time of the R wave, determined from the EKG signal, and the occurrence time of a certain excellent amplitude or respectively, which appears with a corresponding delay, Slope value e.g. Amplitude maxima of the systole or the dicrotic wave or their gradient maxima in the course of a pulse curve corresponding to the current heart excitation determines the corresponding pulse transit time (PTT) for the respectively selected position of the arterial blood pressure sensor.
  • PTT pulse transit time
  • the HRV (ti) and the PTTV (ti) are also determined on the basis of two arterial blood pressure curves registered at different derivation positions, for example the brachial artery and the femoral artery.
  • the HRV (ti) is determined on the basis of a selected and continuously registered blood pressure curve on the basis of the relevant time difference in each case of two successive pulse beats, the corresponding time intervals of the time stamps for the occurrence times of consecutive systolic gradient maxima being determined, for example.
  • the PTTV (ti) result in a corresponding manner from the respective time difference with which the respective pulse wave first reaches the heart (proximal) and then the heart (distal) lead.
  • the corresponding significantly varying time differences between the relevant performance times for the corresponding The amplitude or slope values drawn from the two pulse curves are then determined on the basis of the respective time marks.
  • the parallel and synchronous pulse-train representation of the temporal development of HRV (ti) and PTTV (ti) can again take the form of two tachograms.
  • a corresponding procedure is also used when using further pulse recorders attached distally to different derivation positions, the corresponding PTT being determined for the relevant arterial vessel sections.
  • time intervals characterizing the myocardial excitation processes e.g. PQ intervals, QT intervals, ST routes and / or QRS groups and their related variabilities are determined and represented and displayed in different ways in the form of tachograms and / or different types of seif organization feature maps.
  • Parametric time series characterize various parameter-dispersive variabilities and fluctuations on the one hand with regard to certain excellent blood pressure amplitude values or amplitude differences and / or amplitude ratios and on the other hand regarding certain significant changes in pulse shape with corresponding pulse signal components. (With regard to the acquisition of corresponding parametric time series, a wide range of variants is again possible.)
  • the tachometric time series described can be determined with the aid of the claimed method from the respective pulse curves in addition to the time-dispersive fluctuations and variabilities mentioned, as well as corresponding significant dynamic changes in the pulse shapes and fluctuations in blood pressure.
  • corresponding clinically relevant characteristic values or process parameters can be obtained with the aid of corresponding known analysis methods and certain evaluation methods, which also go into the meta-representation and representation forms described in more detail above.
  • the following analyzes and evaluations are conceivable:
  • ⁇ p p (syst) -p (diast); or p (syst) -p (dikr) etc.
  • pressure ratios e.g. pressure value quotient
  • Pulse-train representations characterize the chronological and time-correlated relationship of multiple tachometric and parametric simultaneous time series through their time-synchronous parallel summary and display. (Numerous variants are also possible here)
  • the complex dynamics of the reflex regulatory events are largely represented in the temporal development of the HRV (ti) with regard to the cardiac events and are represented in the form of corresponding tachograms according to section a. shown.
  • the variable RR intervals are shown as ordinate values for successive heartbeats on a time axis from the time marks derived in this regard.
  • the dynamics with regard to the myocardial excitation processes influenced by the influence of certain vegetative efferences is also represented in the temporal development of the corresponding time intervals which characterize the specific myocardial excitation.
  • the PQ or QT intervals and / or ST sections and / or QRS groups are also determined by corresponding tachograms in accordance with section a. shown on further parallel time axes.
  • the efferent influences on the vasomotor system and its dynamics are represented in the form of the variability of the acute pulse wave propagation speed, whereby the relevant vascular events are determined in the temporal development of the respective PTTV (ti) by the corresponding derivation position of the relevant pulse sensor. placed vessel section manifest.
  • the PTTV (ti) assigned to the relevant vessel sections are again determined in accordance with section a. represented tachographically on a relevant time axis.
  • Diastole and / or time interval between the time of occurrence of the systole and dicrotic wave, etc. represents and in a corresponding manner according to section a. represented tachographically on a relevant time axis. - Certain pulse shape variabilities in the respective pronounced blood pressure curve are on the one hand by the in section b. Values specified in more detail for certain reported blood pressure amplitudes and represented by the corresponding shape-specific parameters and characteristic values in their chronological course as a relevant time trace.
  • ECG blood pressure curves
  • Appropriate simultaneous and multichannel pulse train displays of all tachometric and parametric time series available due to the method provide the user with a corresponding overview of the current variabilities and fluctuations of multiple parameters, parameters and signals as well as theirs by displaying the respectively selected variants temporal development, which characterize the cardiovascular system behavior.
  • Certain clinically significant covariances, correlations and / or trend trends relating to the cardiovascular events can be determined from the various time-synchronized multiple time series and signal courses shown in parallel, and with the related various clinical interventions or circulatory ones
  • Meta representations characterize various state-dispersive variabilities and fluctuations with regard to certain specified multidimensional meta-representations, a corresponding state vector being formed on the basis of a plurality of determined state variables in an n-dimensional state space and / or by means of corresponding reconstruction methods an n-dimensional phase space and / or corresponding soap-organizing feature maps. (Numerous different variants are also possible here)
  • Appropriate meta-representation methods are required for this, which include the reconstruction of the trajectories or iterative sequences or attractors in an N-dimensionally embedded state space (phase space) and, if necessary, further additional display methods for generating so-called state portraits and projection to a correspondingly lower-dimensional diversity for the exploration of higher-dimensional state spaces by means of suitable projections or images and / or certain seif organization feature maps.
  • characteristic distributions, trajectories or attractors serves to characterize and identify the dynamic modes that have been passed through, as well as, among other things. to classify the type of system-specific dynamics and stability as well as to differentiate between periodic, quasi-periodic, stochastic, deterministic or chaotic system behavior. In this way, the corresponding Lorenz plots can be created from the assigned tachogram data sets available on the basis of the method.
  • Another meta-representation which can be summarized from the above-mentioned simultaneously recorded tachometric and / or parametric time series (e.g. several excellent blood pressure values or pressure differences and / or selected pulse shape parameters and selected interval times) to form an n-dimensional parameter vector.
  • the parameter spaces can either be based on the absolute values of the relevant state variables or on correspondingly standardized relative values.
  • Certain analysis methods for evaluating complex dynamic states are based on the investigation of the behavior of certain reconstructed circuit attractors, which are embedded in corresponding reconstructed n-dimensional phase spaces.
  • the advantage of this analysis method lies in the fact that all relevant influences, which have a regulatory connection with the current circulatory situation, are also part of the related attractor in the phase space.
  • phase space reconstruction a variety of variants of the phase space reconstruction are also conceivable here.
  • those variants are favored which are regarded as essential and relevant MetaRepresentations for the circulatory regulation and which are to be reconstructed on the basis of easy-to-determine cardiovascular size, for example from the ECG and pulse signals. If determined system behavior of the circuit is based on determined processes, the time profile of a single state variable can already contain all the essential information about the overall dynamics of the system, which is represented in a significant way with the help of a phase space reconstruction.
  • phase space reconstruction two different methods of phase space reconstruction are possible, each of which is applied to the signal curve of a selected state variable (e.g. from a continuously derived ECG or pulse curve signal curve or using a continuous tachographic or parametric signal curve).
  • a selected state variable e.g. from a continuously derived ECG or pulse curve signal curve or using a continuous tachographic or parametric signal curve.
  • correspondingly delayed signal values can also form an n-dimensional state vector.
  • the delay reconstruction method is preferred in this case.
  • This method therefore represents a key technology for the reconstruction of the N-dimensional state vectors from the measured time series. Since the measurement of all state variables of the examined cardiovascular system is practically impossible, the problem is that it is unclear a priori which measurement variables or the state variables that can be derived from it essentially describe the dynamics of the system. This problem is solved by designating, specifying and extracting the relevant state-relevant and metrologically accessible state variables after step 1, according to which the corresponding delay reconstructions can be carried out using these state variables. For the successful application of the reconstruction method, the choice of the underlying embedding window is extremely important, so that the reconstruction of the dynamics is made easier.
  • This embedding window is determined on the one hand by the chosen embedding dimension D and by the delay time ⁇ to be specified in each case, the respective reconstruction being able to take place either with correspondingly predetermined constant values for D or ⁇ or for a specific constant product D x ⁇ . Because a successful reconstruction also sensitive to the delay times used, e.g. Given the specified embedding dimension, and thus also the practical applicability of the entire process, certain process steps according to step 4 and corresponding criteria are also specified for the purpose of optimization.
  • a delay time ⁇ is chosen so that the dynamics of the system are correlated in an optimal way.
  • a suitable delay time ⁇ is selected on the basis of empirical preliminary examinations, with several reconstructions for different delays ⁇ i being carried out with respect to the selected signal curve, the selection criterion being the optimal spreading of the attractor in the phase space (optimization of the state space filling) without it overfolding (optimization of the attractor topology) occurs.
  • the dynamics of the system are independent of the type of representation. Accordingly, although coordinate transformations or variations in scaling have no influence on the dynamic properties of the resulting attractor, care should be taken when determining the dynamic variables that their properties are brought into a sufficient correlation. This is done by choosing a suitable delay time.
  • xN (t) x (tl + (N-l) ⁇ , x (t2 + (N-l) ⁇ ,, x (tn + (N-l) ⁇ )
  • the state vector X at a time ti is thus defined as
  • N-dimensional phase space reconstructions are now carried out for the cardiac component from the EKG signal and for the vascular component from the pulse signal.
  • phase space reconstructions from the tachometric and / or parametric time series and / or for corresponding correlations such as e.g. B. between HRV (ti) and PTTV (ti) - perform tachograms.
  • Each corresponding vector thus defines a spatial point in a correspondingly dimensioned phase space.
  • any high-dimensional embedding dimensions can be selected with the help of the phase space reconstruction method described.
  • the designated attractor-based optimization methods stand out so that when an attractor is embedded in the state space, its a. static properties (topology, geometry) are optimally represented.
  • the method for volume maximization evaluates the empirical observation that if the ⁇ is too small, the reconstructed attractor collapses (eg in the form of an elongated hyperellipsoid), while if the ⁇ is too large, the structure expands until it resembles a hypercube.
  • other evaluation criteria can also be used advantageously, such as determining the fill factor or the reconstructed signal strength (RSS).
  • RSS reconstructed signal strength
  • Methods for optimizing embedding that use the principle of topology preservation can also be used advantageously.
  • the topology of the original attractor is retained, from which another topologically justified criterion can be derived. If the embedding is sufficient, the neighborhood relationships of the attractors remain unchanged (invariance) if the embedding dimension is increased. If the embedding is insufficient, the topology can change. Such topology changes can be detected in the sense of the method using the Wabern product or using the method of the wrong neighbors. Based on the attractor-based optimization process, optimal pairs for D, ⁇ can be determined.
  • Step 6 Representation procedure and state projections
  • Isoshell projections A 2D representation of the attractor can generally be generated with any pair of functionals defined on the state space. The special choice of such a function is the distance to a reference point on the trajectory. With such a choice, all points from a hyper-spherical shell around the reference point are assigned the same value (isoshell projection).
  • Poincare cuts This relates to a further method for reducing the flows to be represented in the state space by temporal discretization. Scanning the flow as it penetrates a hypersurface in the state space leads to a dimension reduction by one dimension. The resulting cuts are called Poincare cuts
  • Recurrence mapping This display procedure is suitable for checking the constancy of the control parameters in the time series.
  • the starting point of this display method is the property of the attractors that a trajectory in the state space always gets into an ⁇ environment of a reference point (recurrence) in the course of the temporal development. The prerequisite for this is that the reference point belongs to the attractor against which the dynamic converges.
  • the method is to be used advantageously if it is to be used to assess periodic and non-stationary behavior, such as for identifying certain circulatory physiological conditions and changes in condition.
  • a special feature can be obtained from the fact that, in the case of periodic regulation behavior, corresponding line structures are generated in the recurrence image, which are parallel to the diagonal.
  • the current period can be easily determined using these equidistant lines.
  • a transition to non-stationary behavior there are significant densifications of these lines around the diagonal.
  • mode changes phase transitions
  • Representations additionally advantageously use the known statistical methods with corresponding representation methods, such as, for example, analyzing the frequency distributions for the corresponding times of occurrence with regard to the derived time series using appropriate methods Histogram displays e.g. HRV (ti), TTV (ti) histogram and much more.
  • Histogram displays e.g. HRV (ti), TTV (ti) histogram and much more.
  • State vectors and the temporal development of the respective trajectory courses and attractor orbitals are then used to obtain clinically relevant systemic structural dynamic features or characteristic values such as the current level of structuring and / or certain complexity measures and / or certain dynamic stability features and / or certain parameters or features for monitoring the course of certain attractiveness properties.
  • the object of the analysis methods is therefore: the measurement of states of the circulatory regulation in the phase space to obtain statements about the spatiotemporal relationships of the attractor orbitals to one another, the analysis of metric relationships in the phase space to identify a measure derived therefrom for monitoring the long-term development of circulatory states , These include in particular: a. the determination of the correlation dimension, b. the determination of the Lyapunov exponent or the Kolmogorow entropy or the localized Lyapunov exponent c. the position vector course d.
  • the attractor location - tiling area which is determined either individually or in connection with the implementation of the analysis method, whereby - the determination of the correlation dimension is used as a significant characteristic value for assessing structurally dynamic order parameters depending on the respectively given (selected) embedding dimension, and the determination of the Lyapunov exponents (exponential divergence) as a significant characteristic value, depending on the chosen embedding dimension, is used to assess the course of development of the acutely predictive dynamic complexity of the cardiovascular system, and the determination of the attractor location tiling area as a suitable structural measure is used to track the development of the attractor, and the determination of the mean squares of successive differences of the relevant interval time variabilities is advantageously used to identify and monitor the acute dynamic fluctuations and the stability of the circulation.
  • the above Analysis methods can also be correlated with other physiological parameters and laboratory values: such as Correlation with the heart rate, blood volume or flow, serum sodium values, as well as other circulatory load parameters and / or certain physiological control parameters for diagnosis and monitoring of the dependencies of the circulatory regulation on specified endogenous or exogenous pressures as well as the determination and estimation of regulatory or deregulatory loads Areas or of compensatory or decompensatory episodes are advantageously used.
  • Orbitals represent the determination of their dimension.
  • the acutely prevailing or changing regulatory activities can, for example, occur during a transient phase significantly reduce the number of variables that determine the respective embedding dimension.
  • the determination of the current dimension taken up by a system in the phase space is therefore suitable to provide a significant measure for the dynamic modes involved and their transitions. This is particularly advantageous since the dimension of an attractor has a property that is invariant to changes in scale and therefore the representation and representation that is practically selected in each case has no influence on the dynamics of the system.
  • the following dimension variants from the theory of complex dynamics are now known to the person skilled in the art in this area: capacity and Hausdorff dimension, information dimension, correlation dimension. In principle, these and other future variants can be used in the sense of the method for dimension analysis.
  • the correlation dimension was initially used. This dimension definition is based on the correlation sum, which indicates the probability with which the distance between two arbitrarily selected trajectory points is less than r. Since the calculation of the correlation sum is associated with a greater computational effort, a simplified and efficient algorithm according to Grassberger and Procaccia is used in this case to calculate the correlation dimension.
  • the Lyapunov exponent ( ⁇ ) is a further measure of the stability behavior of the trajectories of the dynamic system of circulatory regulation examined.
  • the exponentially divergent behavior of neighboring trajectories in the phase space is used. This method thus allows statements about the trajectories to one another, the respective dynamics of the tion based on the degree of its exponential divergence and can be classified accordingly, from which clinically relevant criteria regarding the dynamic stability of the circulatory system can be derived.
  • can be determined from the equations of motion of the dynamics. In the case of physiological measured values, there is the difficulty that the system-defining differential equations are in principle unknown. The calculation proposed by A. Wolf (Lit.) for pure time series is therefore used to determine ⁇ on the basis of the time series measured in each case.
  • the determination of the attractor position on the basis of the location vectors of the trajectories has the advantage that even in the case of high-dimensional attractors, which in principle elude direct graphical representation through three-dimensional spatial representations, a course observation of significant changes in the attractor development in connection with changing regulatory Episodes based on a single scalar parameter in the form of the amount of the location vector is made possible.
  • the time profile of the location vector is advantageously used for continuous circuit monitoring or for load analysis.
  • a time offset embedding with n> 3 results in multi-dimensional points that cannot be clearly depicted in order to identify and evaluate possible clinically relevant features. Therefore, a dimension reduction must be carried out in order to make an image of the attractor development clear. This can be done indirectly via the location of the current trajectory of the attractor via his location vector current trajectory of the attractor can be reached via its location vector.
  • FIG. 2 shows the determination of the position of the trajectory based on the current location vector.
  • a change in the attractor position of a chronologically developing sequence of points in space can be produced in one course on the basis of the amounts of the location vectors from the time offset embedding.
  • parqueting can be determined over a defined number of interval times in the phase space and its area determination by polygon summation. This can provide information about the extent of a particular attractor. Here mark e.g. smaller area dimensions determine stabilizing events. With this method, at least three consecutive interval times in a phase space, state space or parameter space are considered and the enclosed area is calculated.
  • FIG. 3 shows the determination of the enclosed area of successive interval times in a phase space.
  • Step 8 Analysis of the correlating time series of mean squares of successive differences (MQSD)
  • FIG. 5 shows the course of the middle squares of successive differences in changes in interval times.
  • FIG. 6 shows changes in the middle squares of successive differences between changes in interval times with respect to RR and PTT tachograms shown.
  • Step 9 Analysis of the control parameter dependency
  • physiological control parameters that are explicitly ascertainable and characterized by the claimed method, which act in the sense of nonlinear dynamics in connection with autonomous self-organization and the manifesting order parameters or dynamic modes of the cardiovascular system, are described in the Be - specifically identified by a. the heart rate, b. mean blood pressure, c. the cardiac output, d. stroke volume, e. certain volume flow rates, f. Volume inflow or outflow, g. certain ergometric work or performance parameters
  • Designated control parameters can be recorded and quantified with the help of certain suitable sensors and measuring methods, so that the absolute values or relative values determined for the control parameters with the representations and / or meta presentations obtained from the previous method steps 1 to 8 and / or the derived parameters which relate the relevant ones Characterize cardiovascular conditions, be correlated accordingly.
  • certain separate tests can be carried out to determine averaging of such correlations are carried out, for example the dependency of the respectively passed through attractor orbitals and / or the correlation dimension and / or the Lyapunov exponent are inter alia associated with the correspondingly assigned values for the respective control parameters such as the heart rate.
  • control parameter can now be specifically taken by the examined individual for a specific examination period and can be kept largely constant over this time, the modes assigned to the control parameters being able to stabilize accordingly. In most cases, this can be achieved through certain controlled measures or interventions.
  • a controlled setting of the heart rates to be achieved in each case can be induced either by certain physical loads (for example ergometry) or by certain pharmacological interventions.
  • a special form of graphic visualization can consist, among other things, in that the course of the various characteristic values ascertained by the relevant analysis, such as for the correlation dimension values, Lyapunov exponents, location vectors and others, is plotted individually or in conjunction as assigned ordinate values against the control parameter values as abscissa values become. From such a visualized representation, on the one hand, the structural dynamic characteristics and covariances that occur in this regard can be recognized directly, which, among other things, also allows the accuracy of the analysis carried out to be checked.
  • phase transitions the mode changes occurring in the case of characteristic values of the control parameter in the form of abrupt changes in the characteristic values (phase transitions) can easily be determined and marked accordingly or tabulated as corresponding assigned value pairs.
  • At least two time-synchronous time series can be regarded as advantageous forms of representation for continuous circuit monitoring, which on the one hand represent certain characteristic scalar parameters for the order parameters as related ordinate values, such as the location vector, the tiling area or the MQSD parameter, and the related flow size.
  • the location vector course of the PTT attractor as well as the HR attractor shows a constant covariant development under a 30-dimensional embedding dimension in correlation with the volume-related control parameter idF of the outflow with a continuous approx.
  • the designated correlations of the circulatory-specific order parameters with the volume-specific control parameters can basically be determined, in the other ge - stored clinical cases in which the occurrence of in principle uncontrollable or difficult to estimate occult volume flows, such as in the case of acute blood loss (outflow) or in the event of liquid flooding (inflow), (see p. 22 section a)) the question of the applicability of the claimed method with regard to risk monitoring and rapid in vivo detection of irregular, destabilized, decompensatory or critical Cardiovascular conditions in connection with the acquisition of objective and significant diagnostic and prognostic criteria.
  • the sole use of the analytical results according to the method offers sufficient diagnostic potential. For certain clinical requirements, however, a combined application and inclusion of further additional diagnostic strategies is also conceivable.
  • the method can be done both used individually or in combination with so-called accounting procedures for assessment successfully for risk monitoring and for deriving certain termination criteria.
  • the system-related conceptual problems that must be taken into account when solving the problem can be characterized by the fact that, due to the complex, adaptive and often networked regulatory and dynamic relationships between the volume flow and the acute prevailing hemodynamic and pharmacokinetic interactions, as well as the changing metabolism and elimination conditions, as well as the individual spectrum of possible TUR complications, it therefore seems impossible from these volumetric data alone to obtain meaningful clinical parameters for the assessment of the multiple risks. This would also be hopeless in principle, provided that the current inflow or the currently absorbed volume of the flushing solution is determined precisely and continuously.
  • the specific patient risk depends on the often effectively interconnected, individually effective and available compensation services in the acute circulatory situation due to the diverse dynamic regulatory mechanisms of the circulatory system (such as the overarching, central, local regulatory mechanisms and organ functions), as well as from the currently initiated clinical measures and interventions (e.g. forced diuresis).
  • the diverse dynamic regulatory mechanisms of the circulatory system such as the overarching, central, local regulatory mechanisms and organ functions
  • the currently initiated clinical measures and interventions e.g. forced diuresis
  • the task of effective and TUR risk monitoring is achieved by using the claimed method and by the corresponding device.
  • the claimed method is based primarily on the dynamic aspect of the autonomous body's own regulation processes.
  • the claimed method advantageously uses the complex performance of these diverse and networked physiological mechanisms, e.g. the large number of highly specific endogenous circulatory sensors (e.g. the afferents of the baro, volume or stretch receptors, etc.) as well as the performance of the central and vegetative nervous system, as well as their efferent interdependencies.
  • the property of the convergence of the cardiovascular system behavior to only a few physiologically relevant, but highly significant and easily measurable efferent effects is advantageously used in the sense of the method.
  • step 10 assignment of the properties and characteristics of the analysis results to physiological properties and findings
  • the properties and characteristics of the analysis results determined with the previous steps are characterized in that the properties and the course of the temporal development of complex dynamic order states, as well as their direct connection with certain system-specific control parameters, are determined during the analysis and these properties provide certain characteristics which are used for Characterization of the dynamic quality of the autonomous physiological regulatory behavior of the human or animal cardiovascular system can be used, in particular the changes in these characteristics under the influence of various multiple exogenous or endogenous loads, and certain specified and quantified control parameters are determined from these loads, and being from the
  • Results of the relevant correlations with regard to the control parameters to the analysis results, and furthermore certain characteristic values for the relevant control parameters are determined, which according to step 9 show the individually significant transitions of the related parameters.
  • test results obtained with such preliminary examinations can serve as an operational function test for the operational readiness of the method.
  • Further assignments in this regard are also due to future clinical and theoretical investigations expect and can then be used advantageously in terms of an expanded applicability of the method.
  • the claimed method creates the technical and methodological prerequisites that can be used to open up a completely new, clinically relevant field of investigation with far-reaching future application potential, although currently no fully physiologically interpretable insights into the achievable with the method Analysis results exist. For further future experimental investigations with the aid of the claimed method, it is advantageous if these are linked to corresponding model simulations on the basis of the designated measurement data.
  • Parameters relating to the dynamic quality of the empirical physiological or pathophysiologically relevant clinical findings which represent at least one condition of the cardiovascular system and / or a regulatory and / or compensatory functionality.
  • FIG. 1 relates to a basic structure for carrying out the method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being.
  • FIG. 1 shows a patient 1, to whose arm 10 a blood pressure measuring system 3 is connected.
  • a blood pressure measuring system At the blood pressure measuring system is a beat to beat measuring system in which the blood pressure can be determined continuously.
  • a pneumatic blood pressure cuff which is used to calibrate the tonometry sensor of the beat to beat blood pressure measurement system, is attached to the left upper arm above the brachial artery.
  • the radial artery is palpatorically located on the same arm to which this blood pressure cuff is attached and the tonometry sensor is fixed above it.
  • the ECG system 2 is connected to the patient 1 in the usual way to the thorax 11.
  • Both the EKG system 2 and the blood pressure measurement system 3 are designed in such a way that a continuous determination of measurement data is possible.
  • the measurement data of the EKG 20 and the measurement data of the blood pressure measurement system 30 are sent to a corresponding amplifier device 4 and then digitized via an A / D converter.
  • the A / D converter is arranged in a measuring computer 5, for example.
  • the measurement data acquisition is carried out completely synchronously for the ECG and the blood pressure measurement, so that measurement data samples for both parameters are always available at the same time.
  • an evaluation process 6 in a computing unit 5 is then subjected to an evaluation process 6 in a computing unit 5.
  • the evaluation process has already been described in detail in the text above, so that it will not be dealt with further here.
  • a representation of the evaluated measurement data which can be displayed, for example, for the doctor or surgeon, is then created.
  • the representation of the respective time series in the parameter space and / or the phase space or an serve another representation.
  • the respective doctor can then interpret such a representation and draw the necessary conclusions from it.
  • the automatically interpreted result can also be displayed on the screen.
  • the algorithmic evaluation comprises at least one determination means 6a for the automatic determination of at least one time-resolved baro-reflex response of the patient 1 from the measurement data, at least one acquisition means 6b for the automatic acquisition of at least one time series from the determined time-resolved baro reflex responses, at least one evaluation means 6c Evaluation of the temporal behavior of the at least one time series and at least one allocation means 6d for automatically assigning the temporal behavior of the at least one time series of the measured values to physiological properties and characteristics of the patient 1.
  • a further beat to beat blood pressure measuring system can be used instead of the EKG system.
  • This second beat to beat blood pressure measurement system is then attached to a different distal position of the patient's body than the first blood pressure measurement system.
  • a first measurement on the arm and a second measurement on the leg of the respective patient can be carried out.
  • it is important that the two measurement signals are recorded completely synchronously.
  • FIG. 1A shows an alternative embodiment which essentially corresponds to that in FIG. 1, so that Reference is made to the corresponding description.
  • Input parameters for patient 1 and for measurement technology computer 5 are provided here.
  • the procedural dynamic parameters which characterize the autonomous mechanisms of cardiovascular regulation, are first differentiated into two groups from a system-theoretical point of view.
  • One group designates and specifies all status variables and order parameters used in this context, while the other group lists the control parameters that are assigned and specifically identified.
  • the state variables and / or order parameters are specified by the cardiovascular parameters determined in each case, which a, the autonomous or reflective myocardial excitation processes, b. the hemodynamically effective autonomous or reflex regulatory processes and c. characterize the vascularly effective autonomous or reflexive regulatory processes (local regulation). These are specified in connection with the use cases described below.
  • volumetric loads a. specified by certain volumetric loads. This also includes the different conditions of hypervolaemic (+ indicates the inflow) and hypovolemic (- indicates the outflow) stress. These include all relevant volume values and flow values as well as their temporal profiles V (t), dV (t) / dt, V ((N) / beat.
  • certain pharmaceuticals supplied to the body are specified as corresponding pharmacological interventions by quantifying both the different dose parameters and the application conditions relevant for pharmacokinetics. This includes all related dose values and dose rates such as Single dose ED, daily dose TD, effective dose ED 50 and dose course D (t) or dose rate dD (t) / dt or heart rate-related doses D (t) / beat.
  • Performance-related heart rates of an individual are specified, which arise in connection with the regulatory effects and as a result of a targeted and quantified physical load, in particular their temporal development HR (W, t) or HR (P, t).
  • Another category of the load variables is to be understood as all those conditions which are suitable for specifically influencing the regulatory system behavior either with the aid of certain stimulation or provocation methods.
  • certain orthostatic loads on the cardiovascular system can be brought about by corresponding changes in the body position, for example, with the aid of a tilting table, these changes in position being specified by the values for the respective tilt angle relative to the orthostasis position.
  • the derived variables for the angular velocity or angular acceleration can also be quantified either for a predetermined tilting process and / or in connection with variable orthostasis loads.
  • Valsalva maneuver Another form of provocation of certain regulatory reflex reactions (e.g. the baro reflex) is the so-called Valsalva maneuver.
  • the expiratory pressure exerted by the individual, e.g. against a fixed or variable resistance is specified by the relevant pressure values or their temporal course and / or by corresponding derived values.
  • thermodynamic parameters can be used, which characterize the thermal stimulation.
  • the method contains suitable measuring devices for continuous volumetric data acquisition during the course of a blood donation.
  • the amount of the donated blood volume V (t) and / or the related outflow dV (t) / dt is recorded continuously and in synchronism with the other cardiovascular parameters. From this, the donated blood volume change per heart action V (N) / beat is determined by appropriate determination means.
  • the corresponding parameters characterizing the myocardial excitation are determined from the EKG leads recorded at the same time as the volumetric measurement variables with the highest possible resolution and sampling rate, different lead types and lead positions for the ECG signals Application come.
  • These ECG signals which are continuously recorded during the course of blood donation, on the one hand become the occurrence times of the P, Q, R, S, and T signal components for each individual ECG complex by using appropriate trigger and timing methods (Determination means), such as the windowed maximum detection, slope threshold method, etc. determined with an accuracy of 0.1 ms (time jitter).
  • RR time intervals regarding the times of occurrence of the R-waves for successive cardiac actions in each case and shown as a tachographic (RR tachogram) time series in synchronism with the other time series.
  • the regulatory-related significant time differences of successive RR intervals thus characterize the heart rate variability ITRV (t) and represent the complex dynamics of the autonomous regulatory processes in the form of chronological RRtachographic time series.
  • the corresponding arterial blood pressure curves are continuously and synchronously synchronized with each heart action (beat to beat measurement) at at least one derivation position (eg radial artery, femoral artery) with the help of a corresponding blood pressure measurement system ) with an accuracy of approx. 2 mmHg.
  • these pressure curves are used to determine the occurrence times using appropriate trigger and timing methods for the systolic maxima, diastolic minima and the maxima of the dicrotic wave, and to determine specific time intervals with respect to the corresponding occurrence times.
  • the pressure values available at the respective performance times are determined from the pressure curves.
  • the systolic and diastolic pressure values as well as those of the dicrotic wave are determined.
  • the magnitude of the pressure differences or ratios are also determined from the values mentioned and are shown in the form of corresponding time series in parallel and in synchronism with the other tachographic and / or parametric time series.
  • the pulse transit time is determined on the basis of the respective occurrence time of an R wave from the EKG signal and the occurrence times of the systoles detected with a corresponding delay from those with the current heart excitation corresponding pulse curve determined.
  • these PTT time series are also shown in the form of PTT tachograms in parallel and synchronously.
  • the correspondingly derived values are used to calculate the pulse wave speed that is acutely prevailing for each individual heart action in connection with the respectively selected derivation position of the blood pressure sensor and the patient-specific anatomical lengths of the vascular section examined in this regard, and its dynamic variability in the form of PWG (t) time series shown.
  • volume elasticity module and its vasomotor-related variability as well as the time series described above are used for analysis purposes of the dynamic structure of the autonomous cardiovascular regulatory processes.
  • formation, correlation of simultaneous meta-representations is further specified on the basis of the time series specified under (i) to (iii) for the aforementioned application example.
  • a high-dimensional embedding dimension is selected for the delay reconstruction method (dimensions greater than 25 and delay times in the order of the mean RR interval length are advantageous) and the reconstruction of the state vector is carried out.
  • the scalar amounts are calculated for each N-dimensional state vector and represented in the form of corresponding location vector amounts RR-OVB (t) and PTT-QVB (t) either as time-synchronous time rubs in connection (pulse trains) with the other relevant time series or they go into a 3-dimensional feature-space representation selected for this application with the coordinates x: RR-OVB (t), y: PTT-OVB (t) as a cardiovascular state variable and z: V (t) as a volume-related control - parameters on.
  • FIG. 8 summarizes a selected profile of all of the above and specified time series in an 11-channel time-synchronous representation a) to k), which is used in the course of a blood donation (under parameterized hypovolemic stress) using the claimed Procedures were obtained under in vivo conditions.
  • FIG. 8 shows the significant changes in the high-resolution dynamic signature of the autonomous cardiovascular system behavior as well as the sensitive relationship between the aforementioned and specified ordering parameters, which in the application serve as clinically relevant and significant parameters in connection with the volume-related control parameters.
  • FIG. 9 shows the normal course of a trajectory development in this regard, in the case of a donor with some ventricular extrasystoles (ES) that occurred during the course of the donation, a significantly changed topology and development appears.
  • ES extrasystoles
  • a rigorous change in the overall dynamic behavior of the autonomous regulation of the donor can be seen even outside the appearance times of the ES.
  • this method is also used with the method and representation variants corresponding to the invention for objectification, quantification and identification of the autonomous dynamic cardiovascular regulatory behavior.
  • certain myocardial excitation variables in connection with the heart rate are determined as control parameters as control parameters under targeted parameterized physical exertion.
  • the formation of certain excitation modes of the myocardium in the form of significant dynamic structures is carried out by using the method steps selected for this purpose in the sense of the claims.
  • a predetermined patient-specific resulting heart rate (HR) is set in beats / min, which results in each case under a specific ergometric load on the patient.
  • EKG (t) for the respectively selected data ensembles is performed using the delay method (pre- preferably with t between 5 and 15 ms), the corresponding phase space reconstructions are carried out with different embedding dimensions.
  • the correlation dimension assigned to a specific heart rate is then calculated from these reconstructed state variables.
  • the definition of the correlation dimension is based on the correlation sum (Heaviside function). Since the calculation of the correlation sum requires a great deal of computing effort in practice, a simplified and efficient algorithm according to Grassberger and Procaccia was used for this calculation.
  • the Lyapunov exponent is calculated, which represents a relevant measure for the mean exponential divergence of the trajectories within a myocardium attractor and which is the dynamics of changes in state assigns a corresponding measure of stability.
  • the calculation of the respective acute value for this exponent thus characterizes a suitable patient-specific stability measure for the autonomous myocardial excitation processes.
  • FIGS. 9, 10 show an illustration of the FIG patient-specific heart rate dependency (control parameter) of the cardiac order parameter a. the correlation dimension and b. the Lyapunov exponent with different phase space embedding dimensions,
  • FIG. 9 shows three excellent and significant mode changes in the dynamic structure of myocardial excitation at certain heart rates.
  • FIG. 10 shows the significant changes in the dynamic complexity or the stability of the myocardial excitation, which, depending on the patient, occur in each case at defined heart rates.

Abstract

The invention relates to a method and a system for diagnosing and/or monitoring the cardiovascular system of a living being, comprising at least one measuring means (2, 3), for the automatic measurement of at least one cardiac and/or circulatory system-specific parameter (20, 30), at least one determination means (6a), for the automatic determination of at least one time-resolved baroreflex of the living being from the measured cardiac and/or circulatory system-specific parameters (20, 30), at least one extraction means (6b), for the automatic extraction of at least one chronological series from the determined time-resolved baroreflexes, at least one evaluation means (6c), for evaluating the time behaviour of the at least one chronological series of the at least one measured baroreflex, at least one allocation means (6d), for automatically allocating the time behaviour of the at least one chronological series to physiological features and characteristics of the living being and at least one display means (8), for displaying the physiological features and characteristics of said living being.

Description

Verfahren und System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-KreislaufSystems eines LebewesensMethod and system for the diagnosis and / or monitoring of the cardiovascular system of a living being
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21 sowie ein System zur Dia- gnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 27.The invention relates to a method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a system for performing this method according to the preamble of claim 21 and a system for diagnostics and / or Monitoring the cardiovascular system of a living being according to the preamble of claim 27.
Zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz- KreislaufSystems von Lebewesen werden bislang unterschiedli- ehe Methoden angewendet. Bei der Überwachung bzw. Diagnostik von Herz-Kreislaufsystemen im klinischen Bereich ist dabei insbesondere im Bereich der Operationsmedizin wichtig, dass der jeweilige Operateur anhand einer Überwachungseinrichtung erkennen kann, ob sich der Patient in einem instabilen Zu- stand bewegt. Ein solcher instabiler Zustand kann beispielsweise durch einen Blutverlust (Hypovolämie) oder das Einspülen von Distensionsmedien (Hypervolämie) ausgelöst werden.To date, different methods have been used for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of living beings. When monitoring or diagnosing cardiovascular systems in the clinical area, it is particularly important in the area of surgical medicine that the respective surgeon can use a monitoring device to recognize whether the patient is moving in an unstable state. Such an unstable condition can be triggered, for example, by blood loss (hypovolaemia) or by washing in distension media (hypervolemia).
Das Blutvolumen eines Lebewesens ist ein wesentlicher Para- meter, der in vielen physiologischen Zusammenhängen eine große Bedeutung besitzt. So wird z.B. bei minimal-invasiven, endoskopischen Operationen wie der Hysteroskopie oder der Prostataresektion in der Regel in die entsprechende Körperhöhle als Distensionsmedium ein Fluid zugeführt. Als Disten- sionsmedium dienen z.B. physiologische Kochsalzlösungen oder auch elektrolytfreie Lösungen, wie z.B. Mannitol oder Sorbi- tol.The blood volume of a living being is an essential parameter that is of great importance in many physiological contexts. For example, in minimally invasive, endoscopic operations such as hysteroscopy or prostate resection, a fluid is usually fed into the corresponding body cavity as a distension medium. For example, physiological saline solutions or serve as a distension medium also electrolyte-free solutions, such as mannitol or sorbitol.
Durch mechanische Beeinträchtigung des Gewebes bei der Ope- ration kann das Distensionsmedium in den Blutkreislauf gelangen. Im Einzelfall können mehr als 2000 ml Distensionsmedium in den Blutkreislauf gelangen, wobei diese Hypervolämie eine unerwünschte Belastung des Herzens darstellt. Wird zudem ein Distensionsmedium verwendet, das einen anderen E- lektrolytgehalt als den des Blutes aufweist, kann es zu einem TUR-Syndrom (Trans-Urethales-Resektions Syndrom) oder einer Hyponatrimie kommen.The distension medium can get into the bloodstream due to mechanical impairment of the tissue during the operation. In individual cases, more than 2000 ml of distension medium can enter the bloodstream, this hypervolemia being an undesirable strain on the heart. If a distension medium is used that has a different electrolyte content than that of the blood, TUR syndrome (trans-urethal resection syndrome) or hyponatrimia can occur.
Es ist bekannt, die daraus resultierenden Gefahren durch Messen der Flüssigkeitsströme zu überwachen. Dabei ist nachteilig, dass die Bestimmung der Massenbilanzen nicht mit der erforderlichen Präzision erfolgen kann, da zugeführtes Distensionsmedium nicht vollständig in den Blutkreislauf ü- bertritt .It is known to monitor the resulting dangers by measuring the liquid flows. The disadvantage here is that the mass balances cannot be determined with the required precision, since the distension medium supplied does not completely pass into the bloodstream.
Bislang wurde zur Überwachung solcher Gefahren u.a. auch durch eine Bilanzierungsmethode, bei der der Inflow- und der Outflow des jeweiligen Distensionsmediums gemessen wurde, verwendet. Solche bilanzierenden, volumetrischen Methoden sind jedoch wenig spezifisch und auch zu langsam, um einen kritischen Zustand zu erkennen.To date, monitoring of such dangers has included also used by an accounting method in which the inflow and outflow of the respective distension medium were measured. However, such accounting, volumetric methods are not very specific and are too slow to recognize a critical condition.
Als weiteres Nachweisverfahren wurde beispielsweise die Natriumkonzentration im Blut gemessen. Aus der Natriumkonzent- ration kann ein entsprechendes Abbruchkriterium abgeleitet werden, bei dem die Operation abgebrochen werden muss. Eine solche Messung des Blutes auf Natrium ist jedoch notwendigerweise invasiv. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein schnelles und nicht-invasives Verfahren bzw. ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens anzugeben.As a further detection method, the sodium concentration in the blood was measured, for example. A corresponding termination criterion can be derived from the sodium concentration, in which the operation must be stopped. However, such a measurement of blood on sodium is necessarily invasive. The object of the present invention is therefore to provide a fast and non-invasive method or a system for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .The invention is achieved by a method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being with the features of claim 1.
Dazu werden zunächst automatisch, kontinuierlich und zeitaufgelöst Messdaten mindestens eines Herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, insbesondere des Blutdrucks und/oder der Myokarderregung ermittelt. Daraufhin werden zeitlich strukturierte Ensembles von Messdaten gebildet, um die ermittelten Messdaten zu verallgemeinern und in ihrer Komplexität zu reduzieren. Diese zeitlich strukturierten Ensembles werden dabei hinsichtlich der zeitlichen prozessua- len regulatorischen Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems, inbesondere der Herzratenvariabilität und/oder der Puls- Transitzeit gebildet. Auf diesen zeitlich strukturierten Ensembles wird dann mindestens eine Zeitreihe zur Darstellung der zeitlichen und regulatorischen Entwicklung des Herz- Kreislaufsystems bestimmt. Das zeitliche Verhalten dieser Zeitreihe wird danach analysiert. Dieses zeitliche Verhalten der Zeitreihe wird darauf zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Kreislaufssystems zugeordnet. Diese Zuordnung findet insbesondere in ihrer Beziehung zu unterschiedlichen parametisierbaren Belastungen des Herz-Kreislaufsystems, wie beispielsweise Blutvolumenzu- nähme bzw. -abnähme, physischer Belastungen und/oder pharma- kologischer Eingriffe statt. Das zeitliche Verhalten der Zeitreihe und/oder der physiologischen Eigenschaften und Merkmale wird daraufhin zur Diagnosenüberwachung des Herz- KreislaufSystem dargestellt. Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass sich im Systemverhalten des Herz-Kreislaufsystems sämtliche zur Ü- berwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens notwendigen Informationen befinden. Das Herz-Kreislaufsystem besitzt eine Vielzahl effektiver und effizienter Regualati- onsmechanismen, die auf das System selbststabilisierend einwirken. Beispielsweise durch den Baro-Reflex wird aufgrund der Barosensoren das Herz-Kreislaufsystem anhand von Druckparametern gesteuert .For this purpose, measurement data of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter, in particular blood pressure and / or myocardial excitation, are first automatically, continuously and time-resolved. Thereupon, time-structured ensembles of measurement data are formed in order to generalize the measurement data determined and to reduce its complexity. These time-structured ensembles are formed with regard to the temporal procedural regulatory development of the cardiovascular system, in particular the heart rate variability and / or the pulse transit time. At least one time series to represent the temporal and regulatory development of the cardiovascular system is then determined on these time-structured ensembles. The temporal behavior of this time series is then analyzed. This temporal behavior of the time series is then assigned to empirically determined physiological properties and characteristics of the circulatory system. This assignment takes place in particular in relation to different parameterizable loads on the cardiovascular system, such as, for example, blood volume increase or decrease, physical loads and / or pharmacological interventions. The temporal behavior of the time series and / or the physiological properties and features is then displayed for the diagnosis monitoring of the cardiovascular system. The invention is based on the basic idea that the system behavior of the cardiovascular system contains all the information necessary for monitoring the cardiovascular system of a living being. The cardiovascular system has a number of effective and efficient regulatory mechanisms that act on the system in a self-stabilizing manner. For example, the Baro-Reflex controls the cardiovascular system based on pressure parameters based on the baro sensors.
Beispielsweise wirkt eine Blutzu- bzw. Blutabnahme so auf den Barosensor, dass über den Baro-Reflex das Herz- Kreislaufsystem in einen stabilen Zustand gesteuert wird. Dieses schnelle und adaptive Regulationsverhalten des Herz- Kreislaufsystems bildet somit die Grundlage verschiedenartiger und höchst effizienter, körpereigener Schutzmechanismen und reagiert daher unmittelbar auf verschiedenartige exogene bzw. endogene Störungen. Diese reflektorischen Vorgänge zeigen weitere signifikante und kovariante physiologische Fol- gereaktionen, welche sich auch mit nicht-invasiven Methoden nachweisen lassen.For example, a blood or blood draw acts on the barosensor in such a way that the cardiovascular system is controlled in a stable state via the Baro-Reflex. This fast and adaptive regulatory behavior of the cardiovascular system thus forms the basis of various and highly efficient, body-specific protective mechanisms and therefore reacts directly to various types of exogenous or endogenous disorders. These reflex processes show further significant and covariant subsequent physiological reactions, which can also be demonstrated with non-invasive methods.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht von dieser Erkenntnis Gebrauch. Dabei wird das Systemverhalten des Herz- Kreislaufsystems über den Zeitverlauf kontinuierlich automatisch gemessen. Das Systemverhalten kann sich dabei in unterschiedlichen Parametern bzw. unterschiedlichen Messdatenensembles, die beispielsweise durch die Herzratenvariabilität und/oder Puls-Transitzeit gegeben sind, repräsentiert sein. Aus dem komplexen Messsignal, beispielsweise einerThe method according to the invention makes use of this knowledge. The system behavior of the cardiovascular system is continuously and automatically measured over the course of time. The system behavior can be represented in different parameters or different measurement data ensembles, which are given, for example, by the heart rate variability and / or pulse transit time. From the complex measurement signal, for example one
Pulskurve, kann so durch die Ensemblebildung die Komplexität reduziert werden, indem dem Ensemble beispielsweise ein einziger Wert, wie z.B. eben die Puls-Transitzeit bzw. die Herzratenvariabilität zugeordnet wird. Durch Zeitreihenbildung und Analyse zur Zeitreihe kann daraufhin das Verhalten des Herz-Kreislaufsystems betrachtet werden. Dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe kann dann ein empirisch ermitteltes physiologisches Phänomen zugeordnet werden. Das Verfahren geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich ein Herz-Kreislaufsystem unter ähnlichen Bedingungen ein ähnliches dynamisches Verhalten zeigt. Aus diesem dynamischen Verhalten kann daher auch das jeweilige zugrunde liegende physiologische Phänomen geschlossen werden.Pulse curve, the complexity can be reduced by the ensemble formation, for example by assigning the ensemble a single value, such as the pulse transit time or the heart rate variability. The behavior of the cardiovascular system can then be viewed by forming time series and analyzing the time series. An empirically determined physiological phenomenon can then be assigned to the temporal behavior of the time series. The method is based on the knowledge that a cardiovascular system shows similar dynamic behavior under similar conditions. The respective underlying physiological phenomenon can therefore be inferred from this dynamic behavior.
Zur räumlichen Auflösung des dynamischen Verhaltens des Systems werden vorteilhaft gleichzeitig zwei herz- und/oder kreislaufspezifische Parameter gemessen. Dabei kann beispielsweise gleichzeitig der Blutdruck an zwei unterschied- liehen distalen Orten des Körpers gemessen werden, oder es wird die Myokarderregung mittels eines EKG gleichzeitig mit dem Blutdruck gemessen.To spatially resolve the dynamic behavior of the system, two cardiac and / or circulatory parameters are advantageously measured simultaneously. For example, the blood pressure can be measured simultaneously at two different distal locations in the body, or the myocardial excitation can be measured simultaneously with the blood pressure using an EKG.
Die Bildung zeitlich strukturierter Ensembles kann bei- spielsweise durch Bildung von Fenstern von Messdaten erreicht werden. Dabei wird innerhalb eines bestimmten Messdatenfensters der Messdatensatz auf signifikante Positionen untersucht und dem Fenster dann ein oder mehrere solche Werte zugeordnet. Hier kann beispielsweise innerhalb eines Zeitfensters das RR-Intervall , ein durchschnittlicher Blutdruck aus zwei Pulsen oder die Pulstransitzeit bei einer Korrelation zweier Messwerte miteinander gemessen werden.The formation of time-structured ensembles can be achieved, for example, by forming windows of measurement data. The measurement data record is examined for significant positions within a specific measurement data window and one or more such values are then assigned to the window. Here, for example, the RR interval, an average blood pressure from two pulses or the pulse transit time can be measured within a time window when two measured values are correlated with one another.
Insbesondere können die Messdaten in den Fenstern bezüglich periodischer Komponenten, insbesondere des zeitlichen Intervalls zwischen zwei Herzschlägen, analysiert werden. Diese analysierten Werte werden dann als die zeitlich strukturierten Ensembles verwendet. Mit diesen analysierten Werten der Fenster kann dann die Zeitreihe bestimmt werden. Die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe kann vorteilhaft mittels eines Rekonstruktionsverfahrens in einer Meta-Repräsentation repräsentiert werden. Hierbei kann die Zeitreihe in Form von Lorenz-Plots, Phasenräumen, Parameter- räumen, Trajektorien-Plots und/oder Poincare-Plots repräsentiert werden. Die Zeitreihe kann auch mittels eines Delay- Verfahrens im Parameterraum repräsentiert werden oder als Zustandsvektor im Parameterraum repräsentiert werden.In particular, the measurement data in the windows can be analyzed with regard to periodic components, in particular the time interval between two heartbeats. These analyzed values are then used as the time-structured ensembles. The time series can then be determined with these analyzed values of the windows. The analysis of the temporal behavior of the time series can advantageously be represented in a meta-representation by means of a reconstruction method. The time series can be represented in the form of Lorenz plots, phase spaces, parameter spaces, trajectory plots and / or Poincare plots. The time series can also be represented in the parameter space by means of a delay method or can be represented as a state vector in the parameter space.
Aus dieser Repräsentation der Zeitreihe können nun Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien bestimmt werden. Das zeitliche Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien kann daraufhin ermittelt werden. Aus diesem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien können im Parameterraum Aussagen über die raumzeitliche Beziehung der jeweiligen Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien untereinander abgeleitet werden. Aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Phasenraum kann ein Maß zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung des Herz-From this representation of the time series, accumulation points, attractors and / or trajectories can now be determined. The temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories can then be determined. From this temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories, statements about the spatio-temporal relationship of the respective accumulation points, attractors and / or trajectories to one another can be derived in the parameter space. From the temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories in the phase space, a measure for monitoring the course of the long-term development of the cardiac
KreislaufSystems abgeleitet werden.Circulatory system.
Zur empirischen Ermittlung der jeweils mit dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe korrespondierenden physiologischen Eigenschaften können diese durch gleichzeitige Messung der jeweiligen physiologischen Eigenschaften, insbesondere der Herzrate, des mittleren Blutdrucks, des Herzzeitvolumens und/oder des Schlagvolumens durchgeführt werden. Diese empirische Ermittlung wird vorteilhaft bei einer definierten Be- lastung des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere durch Anwendung physikalischer, physiologischer und/oder pharmakologi- scher Mittel durchgeführt.For the empirical determination of the respective physiological properties corresponding to the temporal behavior of the time series, these can be carried out by simultaneous measurement of the respective physiological properties, in particular the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output and / or the stroke volume. This empirical determination is advantageously carried out when there is a defined load on the cardiovascular system, in particular by using physical, physiological and / or pharmacological means.
Die Zuordnung des dynamischen bzw. zeitlichen Verhaltens des Körpers bzw. Systems kann dadurch weiter verbessert werden, dass zusätzlich zu dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihen externe und/oder interne herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter in die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder die Zuordnung des zeitlichen Verhal- tens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften mit einbezogen werden.The assignment of the dynamic or temporal behavior of the body or system can be further improved in this way, that in addition to the temporal behavior of the time series, external and / or internal cardiac and / or circulatory-specific control parameters are included in the analysis of the temporal behavior of the time series and / or the assignment of the temporal behavior of the time series to empirically determined physiological properties.
Hierdurch werden zusätzliche Daten bereitgestellt, die mit dem zeitlichen Verhalten der Zeitreihe korreliert werden können. Als externe und/oder interner herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter bieten sich beispielsweise die Herzrate, der mittlere Blutdruck, das Herzminutenvolumen, das Schlagvolumen, definierte Volumenstromstärken, der Volumen-Inflow- bzw. -Outflow und/oder ergometrische Ar- beits- bzw. Leistungsparameter an.This provides additional data that can be correlated with the time behavior of the time series. The external and / or internal cardiac and / or circulatory-specific control parameters are, for example, the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output, the stroke volume, defined volume flow rates, the volume inflow or outflow and / or ergometric work or Performance parameters.
Die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu dem empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen wird vorzugsweise automatisch vorgenommen.The assignment of the temporal behavior of the time series to the empirically determined physiological properties and features is preferably carried out automatically.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21 gelöst.The object is further achieved by a system for carrying out the method according to the preamble of claim 21.
Demgemäß weist das System mindestens ein Messmittel zur automatischen und kontinuierlichen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters des Lebewesens, mindestens ein Aufnahmemittel zur automatischen und zeitaufgelösten Aufnahme des mit dem Messmittel gemessenen Parameters und mindestens einem Auswertungsmittel zur Auswertung des kontinuierlich und zeitaufgelöst aufgenommenen Parameters auf .Accordingly, the system has at least one measuring device for automatic and continuous measurement of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter of the living being, at least one recording device for automatic and time-resolved recording of the parameter measured with the measuring device and at least one evaluation device for evaluating the continuously and time-resolved parameter on .
Mit einem solchen System lässt sich das vorbeschriebene Ver- fahren durchführen. Von Vorteil ist es, wenn mindestens ein herz- und/oder kreislaufspezifischer Parameter der Blutdruck und/oder die Myocard-Erregung ist. Ein Messmittel kann dabei als Blut- druckmessVorrichtung und/oder als EKG ausgebildet sein. Mit Vorteil sind die verwendeten Messmittel nicht-invasiv. Das Messmittel ist dabei weiterhin mit Vorteil so ausgebildet, dass es an einem distalen Körperteil des Lebewesens ausgebildet ist. Es kann sich dabei um einen Drucksensor handeln.The method described above can be carried out with such a system. It is advantageous if at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter is blood pressure and / or myocardial excitation. A measuring device can be designed as a blood pressure measuring device and / or as an EKG. The measuring equipment used is advantageously non-invasive. The measuring means is also advantageously designed such that it is formed on a distal part of the body of the living being. It can be a pressure sensor.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufssystems eines Lebewesens mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst.The object is further achieved by a system for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being with the features of claim 27.
Erfindungsgemäß weist das System mindestens ein Messmittel zur automatischen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, mindestens ein Bestimmungsmittel zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Lebewesens aus dem gemessenen herz und/oder kreislaufspezifischen Parametern, mindestens einem Gewinnungsmittel zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus dem bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens einem Auswertungs- mittel zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindes- tens einen Zeitreihe der mindestens einen gemessenen Baro- Reflexantwort , mindestens einem Zuordnungsmittel zur automatischen Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens sowie mindestens einem Darstellungsmittel zur Darstellung der physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens auf .According to the invention, the system has at least one measuring device for automatically measuring at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter, at least one determining device for automatically determining at least one time-resolved baro-reflex response of the living being from the measured cardiac and / or circulatory-specific parameters, at least one extracting device for automatic acquisition at least one time series from the determined time-resolved baro-reflex responses, at least one evaluation means for evaluating the time behavior of the at least one time series of the at least one measured baro-reflex response, at least one assignment means for automatically assigning the time behavior of the at least one time series to physiological ones Properties and characteristics of the living being and at least one display means for displaying the physiological properties and characteristics of the living being.
Das erfindungsgemäße System macht sich die körpereigenen reflektorischen regulatorischen Prozesse des Körpers in Ver- bindung mit dem phasischen Baro-Reflex zu Nutze. In den kör- pereigenen Baro-Reflex gehen alles wesentlichen aktuellen Herz- und Kreislaufparameter ein. Dies sind u.a. : die Auswurfleistung des Herzens, die von der Kontrakti- onskraft, dem Schlagvolumen und der Herzrate abhängt, die Blutdruckkurven in Abhängigkeit vom jeweiligen distalen Ableitort, die vasomotorische Regulation des peripheren Widerstands in Abhängigkeit vom Durchmesser und der Elastizität der Arterien.The system according to the invention takes advantage of the body's own regulatory regulatory processes in connection with the phasic baro-reflex. In the licensed In-house Baro-Reflex take into account all the essential current cardiovascular parameters. These include: the ejection performance of the heart, which depends on the contractile force, the stroke volume and the heart rate, the blood pressure curves depending on the respective distal location, the vasomotor regulation of peripheral resistance depending on the diameter and elasticity of the arteries.
Ein solches System stellt eine in sich geschlossene Einheit zur Diagnostik und Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens dar.Such a system represents a self-contained unit for the diagnosis and monitoring of the cardiovascular system of a living being.
Es ist dabei von Vorteil, wenn als Baro-Reflexantwort die Puls-Transitzeit , die Herzrate, der Blutdruck oder die Baro- Reflexsensitivität verwendet wird. Als Baro-Reflexantwort kann weiterhin die Puls-Transitzeit-Variabilität, die Herzratenvariabilität und/oder die Blutdruckvariabilität verwendet werden.It is advantageous if the pulse transit time, the heart rate, the blood pressure or the baro reflex sensitivity are used as the baro reflex response. The pulse transit time variability, the heart rate variability and / or the blood pressure variability can also be used as the baro reflex response.
In dem System kann ein Messmittel als EKG-Gerät bzw. als Blutdruckmessgerät ausgebildet sein. Das Messmittel ist dabei vorzugsweise nicht-invasiv.A measuring device can be embodied in the system as an EKG device or as a blood pressure measuring device. The measuring means is preferably non-invasive.
Das Bestimmungsmittel, das Gewinnungsmittel, das Auswer- tungsmittel und/oder das Zuordnungsmittel können als Softwaremittel ausgebildet sein.The determination means, the extraction means, the evaluation means and / or the assignment means can be designed as software means.
In dem Bestimmungsmittel, dem Gewinnungsmittel, dem Auswertungsmittel und/oder dem Zuordnungsmittel kann das weiter oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden. Im Zuordnungsmittel kann das zeitliche Verhalten der Zeitreihe in Relation zu zumindest einem gespeicherten, empirischen ermittelten Verhalten einer Zeitreihe der gleichen Ba- ro-Reflexantwort gesetzt werden, wobei dieses gespeicherte Verhalten bei Anregung des Herz-KreislaufSystems des gleichen oder aber eines anderen Lebewesens ermittelt wurde . Hierbei wird wiederum die erfindungsgemäße Erkenntnis verwendet, dass das Systemverhalten eines Herz-KreislaufSystems bei ähnlicher Anregung dieses Systems bei vielen Lebewesen ähnliche Reaktionen des Baro-Reflexsystems auslöst.The method described above can be carried out in the determination means, the extraction means, the evaluation means and / or the allocation means. In the allocation means, the temporal behavior of the time series can be set in relation to at least one stored, empirically determined behavior of a time series of the same baro-reflex response, this stored behavior being determined when the cardiovascular system of the same or another living being was stimulated. Here again the knowledge according to the invention is used that the system behavior of a cardiovascular system triggers similar reactions of the baro-reflex system in many living beings when this system is stimulated in a similar way.
Die Anregung des Herz-KreislaufSystems zur empirischen Ermittlung der Vergleichszeitreihe kann dabei insbesondere durch physikalische Einwirkung, insbesondere Infusion, Blutabnahme und/oder Körperliche Belastung und/oder durch phar- makologische Einwirkung angeregt werden.The excitation of the cardiovascular system for the empirical determination of the comparison time series can be stimulated in particular by physical action, in particular infusion, blood sampling and / or physical stress and / or by pharmacological action.
Im Zuordnungsmittel kann zusätzlich mindestens ein Kontroll- parameter zur Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens dienen. Ist dieser weitere Kontrollparameter mit dabei vorteilhaft durch mindestens ein weiteres Messmittel bzw. durch das bereits vorhandene Mess- mittel bereitgestellt. Dieser Kontrollparameter kann vorzugsweise die mittlere Herzfrequenz, der mittlere Blutdruck, das Infusionsvolumen, das Blutabnahmevolumen, das Distensi- onsmittelvolumen, bzw. die Distensionsmittelbilanz und/oder eine Ergometerleistung sein.In the assignment means, at least one control parameter can additionally serve to assign the temporal behavior of the at least one time series to physiological properties and characteristics of the living being. If this further control parameter is advantageously provided by at least one further measuring device or by the already existing measuring device. This control parameter can preferably be the mean heart rate, the mean blood pressure, the infusion volume, the blood withdrawal volume, the distension agent volume or the distension agent balance and / or an ergometer performance.
Vorteilhaft wird bei der Überwachung eines Patienten bei Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu einem kritischen Herz-Kreislaufzustand eine Warnung auf dem Darstellungsmittel ausgegeben. Ein solches System bzw. ein solches Verfahren kann in der Intensivmedizin, der Sportmedizin, der Reha-Medizin, der A- nästhesiologie, und zum Monitoring an Fitnessgeräten bzw. zur allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik verwendet werden. Im Bereich der allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik kann auch ein Monitoring bei der Durchführung eines Belastungs- EKG' s vorgenommen werden, um beispielsweise das Kollabieren des Patienten zu vermeiden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur E- valuation, Repräsentation, Analyse sowie zur Darstellung und klinische Bewertung der Eigenschaften sowie des Verlaufes der zeitlichen Entwicklung komplexer dynamischer Zustände und zur Charakterisierung der dynamischen Qualität des auto- nomen physiologischen Eigenverhaltens des menschlichen oder tierischen Herz-Kreislauf-Systems unter multiplen und wechselnden endogenen bzw. exogenen Belastungen bzw. bei der Manifestation pathophysiologischer Zustände im Zusammenhang mit der Ableitung und Gewinnung von objektiven und quantifi- zierbaren funktioneilen Parametern, Kenngrößen und Kriterien für die klinische Funktions-Diagnostik, Überwachung und Therapiekontrolle .When monitoring a patient when the time behavior of the time series is assigned to a critical cardiovascular state, a warning is advantageously output on the display means. Such a system or such a method can be used in intensive care medicine, sports medicine, rehab medicine, anesthesiology, and for monitoring fitness equipment or for general cardiovascular diagnosis. In the area of general cardiovascular diagnostics, monitoring can also be carried out when carrying out a stress ECG, for example to prevent the patient from collapsing. The invention relates to a method and device for the evaluation, representation, analysis and for the representation and clinical evaluation of the properties and the course of the temporal development of complex dynamic states and for characterizing the dynamic quality of the autonomous physiological behavior of the human or animal heart. Circulatory system under multiple and changing endogenous or exogenous loads or in the manifestation of pathophysiological conditions in connection with the derivation and acquisition of objective and quantifiable functional parameters, parameters and criteria for clinical function diagnostics, monitoring and therapy control.
Unter der stark verallgemeinerten Betrachtung stützen sich alle bisher bekannten klinischen Verfahren im Zusammenhang mit der Herz-Kreislauf-Diagnostik einerseits auf bestimmte morphologische Aspekte der spezifischen Organe selbst. Ein entsprechender methodischer Zugang erfolgt im Wesentlichen durch die Nutzung entsprechender Bildgebender Verfahren. An- dererseits werden diese morphologischen Daten mit den verschiedenen kardiovaskulären Funktionen verknüpft und unter bestimmten funktionsdiagnostischen Aspekten aufgrund ihrer spezifischen hämodynamisehen Parameter in Verbindung mit weiteren Stoffspezifischen Laborwerten beurteilt. Eine um- fassende Befundbarkeit des jeweiligen patientenspezifischen Kreislaufstatus ergibt sich demnach erst nach Erhebung und Auswertung aller hierzu erforderlichen klinischer Daten aus den Bildgebenden Verfahren, Hämodynamisehen Untersuchungen und Labordiagnostischen Analyseergebnissen unter Einsatz entsprechenden Expertenwissens. Diese Art der Befundung spiegelt somit weitgehend den jeweils zum Zeitpunkt der Untersuchung ermittelten stationären Kreislaufzustand.Under the highly generalized view, all previously known clinical procedures in connection with cardiovascular diagnostics are based on the one hand on certain morphological aspects of the specific organs themselves. A corresponding methodological approach is essentially achieved through the use of appropriate imaging methods. On the other hand, these morphological data are linked to the various cardiovascular functions and assessed under certain functional diagnostic aspects on the basis of their specific hemodynamic parameters in connection with further substance-specific laboratory values. A comprehensive assessment of the respective patient-specific The circulatory status therefore only emerges after the collection and evaluation of all the clinical data required for this from the imaging procedures, hemodynamic examinations and laboratory diagnostic analysis results using the appropriate expert knowledge. This type of diagnosis thus largely reflects the steady state of the circulatory system determined at the time of the examination.
Im besonderen klinischen Fall einer kontinuierlichen Überwa- chung und Verlaufsdiagnostischen Beurteilung der dynamischen Entwicklung bestimmter physiologischer bzw. pathophysiologi- scher Kreislaufzustände, verlagert sich die diagnostische Fragestellung hingegen im Wesentlichen auf den prozessualen Aspekt der Kreislauffunktionen. Hierbei ist die klinische Problemstellung primär auf die in-vivo Beobachtung plötzlicher Veränderungen der akuten Kardiovaskulären Zustände gerichtet. Die medizintechnischen Anforderungen an ein entsprechendes Überwachungsverfahren sind demzufolge im Wesentlichen auf die möglichst frühzeitige Erkennung bestimmter instabiler oder kritischer Zustände gerichtet, damit ein möglichst rasches klinisches Handeln erfolgen kann. Des weiteren besteht die Forderung nach einer möglichst unmittelbaren Therapiekontrolle und einem direkten objektiven Wirksamkeitsnachweis der jeweils eingeleiteten Interventionen.In the particular clinical case of continuous monitoring and diagnostic evaluation of the dynamic development of certain physiological or pathophysiological circulatory conditions, the diagnostic question, however, essentially shifts to the procedural aspect of the circulatory functions. The clinical problem is primarily focused on the in vivo observation of sudden changes in acute cardiovascular conditions. The medical-technical requirements for a corresponding monitoring method are therefore essentially directed towards the early detection of certain unstable or critical conditions so that clinical action can take place as quickly as possible. Furthermore, there is a demand for the most immediate possible therapy control and a direct objective proof of effectiveness of the interventions initiated in each case.
Der methodische Zugang aller bekannten Verfahren zur in-vivo Überwachung und Kreislauf-Monitoring ist mit dem prinzipiellen Nachteil behaftet, dass bisher noch kein geeignetes De- tektions- und Diagnoseverfahren existiert, welches im Stande ist, die hohe Komplexität, vielfältige Vernetzung, dynamische Adaptivität und Plastizität des operativ geschlossenen Herz-Kreislaufsystems mitsamt seiner autonomen Regulationsmechanismen und kompensatorischen Leistungen hinreichend zu erfassen und seine prozessuale Entwicklung auf signifikante Weise entsprechend zu repräsentieren. Somit beschränken sich die derzeit bekannten Verfahren im Wesentlichen auf die isolierte Detektion einiger weniger external zugänglicher Hä o- dynamischer Parameter, Vitalzeichen und Laborwerte, welche dann einer weitgehend phänomenologischen Beurteilung unter- zogen werden und zu entsprechenden interindividuell ermittelten und statistisch validierten Referenzwerten in Beziehung gesetzt werden (Fremdreferentielle Verfahren) . Aufgrund der erheblichen individuellen und interindividuellen Variabilitäten stehen demzufolge nur statistische Informationen als Grundlage für die Gewinnung klinischer Kriterien zur Verfügung, welche die individuellen patientenspezifischen Besonderheiten unberücksichtigt lassen muss.The methodological approach of all known methods for in-vivo monitoring and circulatory monitoring has the basic disadvantage that no suitable detection and diagnostic method has yet existed which is capable of high complexity, diverse networking, dynamic adaptivity and To adequately record the plasticity of the surgically closed cardiovascular system, including its autonomous regulatory mechanisms and compensatory services, and to represent its process development accordingly in a significant way. So limit yourself The currently known methods essentially relate to the isolated detection of a few externally accessible hemodynamic parameters, vital signs and laboratory values, which are then subjected to a largely phenomenological assessment and are related to corresponding interindividually determined and statistically validated reference values (external reference methods ). Due to the considerable individual and inter-individual variability, only statistical information is available as a basis for the acquisition of clinical criteria, which must not take into account the individual patient-specific features.
Vor diesem Hintergrund besteht die Forderung nach einem ent- sprechenden in-vivo Diagnoseverfahren, welches einerseits in der Lage ist, die komplexe prozessuale Qualität und alle miteinander hochvernetzten Funktionalitäten des gesamten physiologischen Systemverhaltens eines Individuums trotz der methodisch bedingten begrenzten physikalischen Beobachtbar- keit dennoch möglichst vollständig zu erfassen. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht demnach einerseits darin, diese Systemzustände durch entsprechende mit dem wesentlichen physiologischen Systemverhalten übereinstimmende Mathematische Strukturen oder Mathematische Gebilde zu repräsentieren, welche dann einer entsprechenden mathematischen Analyse zugänglich sind.Against this background, there is a demand for a corresponding in-vivo diagnostic method which, on the one hand, is able to complete the complex process quality and all highly networked functionalities of an individual's entire physiological system behavior despite the methodically limited physical observability capture. The task according to the invention accordingly consists, on the one hand, of representing these system states by corresponding mathematical structures or mathematical structures which correspond to the essential physiological system behavior and which are then accessible to a corresponding mathematical analysis.
Andererseits besteht die weitere messtechnische Aufgabe darin, entsprechend geeignete und einfach zugängliche Prozess- daten unter in vivo Bedingungen in der Weise zu ermitteln, welche auch die autonome individuelle Regulation und Kontrolle des physiologischen Eigenverhalten der kardiovaskulären Systems adäquat wiedergeben. Diese Aufgaben werden durch das beanspruchte Verfahren und Vorrichtung gelöst. Dabei wurde von der erfindungsseitigen Erkenntnis ausgegangen, dass sich das organische Systemverhalten im Verlauf wechselnder qualitativer und quantitativer physiologischer bzw. pathophysiologischer Bedingungen in Form einer Dynamischen Qualität manifestiert. In dieser verallgemeinerten Form betrifft dieser Ansatz im Prinzip jede Art von Dynamischen Qualitäten hinsichtlich des jeweils betrachteten physiologischen Systemverhaltens. Von besonderer klinischer Relevanz unter dem Gesichtspunkt des beanspruchten Verfahrens ist hierbei die fundamentale Unterscheidbar- keit zwischen dem festgestellten regulären (ortho- dynamischen) Systemverhalten und den entsprechend ausgewiesenen Formen Dynamischer Anomalien.On the other hand, the further metrological task is to determine suitable and easily accessible process data under in vivo conditions in such a way that it also adequately reflects the autonomous individual regulation and control of the physiological behavior of the cardiovascular system. These tasks are solved by the claimed method and device. It was based on the knowledge of the invention that the organic system behavior manifests itself in the form of dynamic quality in the course of changing qualitative and quantitative physiological or pathophysiological conditions. In this generalized form, this approach applies in principle to any type of dynamic quality with regard to the physiological system behavior under consideration. Of particular clinical relevance from the point of view of the claimed method is the fundamental distinction between the established (orthodynamic) system behavior and the correspondingly identified forms of dynamic anomalies.
Unter diesem Aspekt sind z.B. Kardiale Arrhytmien oder Bra- dykardien bzw. Tachykardien oder andere hämodynamische signifikante dynamische Erscheinungsformen in vielen Fällen Ausdruck fehlender oder veränderter systemeigener Schrittma- ehefunktionen, Kontrollfunktionen oder Kopplungsbedingungen.In this aspect, e.g. Cardiac arrhythmias or bradycardias or tachycardias or other haemodynamically significant dynamic manifestations in many cases express missing or altered intrinsic pacemaker functions, control functions or coupling conditions.
Das wesentliche diagnostische Potential des beanspruchten Verfahrens liegt somit in der Dynamischen Analyse und Verlaufsbeobachtung in Verbindung mit der entsprechenden Manifestierung der jeweils untersuchten dynamischen Determinan- ten bestimmter physiologischer bzw. pathophysiologischer Zustände und dynamischer Zustandsänderungen.The essential diagnostic potential of the claimed method thus lies in the dynamic analysis and monitoring of the course in connection with the corresponding manifestation of the dynamic determinants examined in each case of certain physiological or pathophysiological states and dynamic state changes.
Im Vordergrund eines klinisch einsetzbaren Überwachungsverfahrens steht dabei der Einfluss besonderer stabilisierender bzw. destabilisierender Faktoren im Hinblick auf die akut vorherrschenden regulatorischen Leistungen im Zusammenhang mit einer in-vivo-Erkennung kritischer Deregulatorischer- bzw. Dekompensatorischer Zustände, sowie nach einer Objektivierung und Quantifizierung von hinreichenden Stabilitäts- kriterien oder der Gewinnung diagnostisch und prognostisch relevanter Prozessparameter.In the foreground of a clinically usable monitoring process is the influence of special stabilizing or destabilizing factors with regard to the acute prevailing regulatory performance in connection with an in vivo detection of critical deregulatory or decompensatory conditions, as well as after objectification and quantification of sufficient stability - criteria or the acquisition of diagnostically and prognostically relevant process parameters.
Zur Gewinnung geeigneter klinisch relevanter Diagnoseparame- ter und Kennwerte werden die beanspruchten Analyseverfahren sowie Struktur- und zeit-dispersive Detektionsverfahren sowie besondere Methoden der Signalaufbereitung und Darstellungsverfahren eingesetzt.To obtain suitable clinically relevant diagnostic parameters and characteristic values, the claimed analysis methods as well as structure and time-dispersive detection methods as well as special methods of signal processing and display methods are used.
Das beanspruchte Verfahren stützt sich dabei auf die medizintechnische Ausnutzung bestimmter körpereigener endogener reflektorischer Regulations-Prozesse des Kardiovaskulären Systems im direkten Zusammenhang mit den diesbezüglichen autonomen hochspezifischen, sensitiven und effektiven, senso- rischen, adaptiven und kompensatorischen Leistungen und den erfindungsgemäßen Zugang zu diesem Systemverhalten durch die Konzeption, Spezifizierung und Ausbildung geeigneter exogener Schnittstellen bezüglich der ausgewählten autonomen zir- kulatorischen Reflex-Kontroll-Mechanismen auf der Grundlage systemtheoretischer bzw. biokybernetischer Ansätze in Verbindung mit der Art und Weise ihrer entsprechenden technischen Umsetzung in Form bestimmter messtechnischer Strategien und Sensortechnologien zur Signalerfassung sowie ausgewählter Methoden zur Signalaufbereitung und Bearbeitung so- wie spezifizierter Analyseverfahren zur Auswertung und zur Gewinnung von bestimmten Prozessparametern, systemkennzeichnenden Merkmalen und Kenngrößen, sowie geeigneter Repräsen- tations- und Darstellungsverfahren zur Verlaufsbeobachtung und funktionsdiagnostischen Befundung bestimmter Prozessin- formationen, sowie entsprechender automatisierter oder halbautomatisierter Klassifikations- und Erkennungsverfahren zur geeigneten klinischen Bewertung und in vivo Erkennung bzw. zur Eignung für die objektive operative und postoperative Überwachung der regulatorischen bzw. kompensatorischen Ent- wicklung hinsichtlich des Auftretens akuter oder bevorstehender kritischer Kreislaufzustände .The claimed method is based on the use of certain endogenous reflective regulatory processes of the cardiovascular system in medical technology in direct connection with the relevant autonomous, highly specific, sensitive and effective, sensory, adaptive and compensatory services and the access according to the invention to this system behavior through Conception, specification and development of suitable exogenous interfaces with regard to the selected autonomous circulatory reflex control mechanisms on the basis of system-theoretical or bio-cybernetic approaches in connection with the way in which they are implemented technically in the form of certain measurement strategies and sensor technologies for signal acquisition as well as selected ones Methods for signal processing and processing, as well as specified analysis methods for evaluating and obtaining certain process parameters, sys characteristic features and parameters, as well as suitable representation and presentation methods for monitoring the course and functional diagnosis of certain process information, as well as corresponding automated or semi-automated classification and recognition methods for suitable clinical evaluation and in vivo recognition or for suitability for objective operative and postoperative Monitoring of regulatory or compensatory developments Development regarding the occurrence of acute or impending critical circulatory conditions.
Mit Hilfe entsprechender Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens werden somit zahlreiche funktionsdiagnostische Fragestellungen und klinische Überwachungsaufgaben gelöst. Ein besonderer Vorteil ergibt sich aufgrund der besonderen Möglichkeit bezüglich einer objektivierbaren selbstreferentiellen in-vivo Ermittlung vielfältiger funktioneller Wirkungszusammenhänge und Ableitung von klinisch aussagefähigen Kriterien in direkter Verbindung mit der jeweils akut vorherrschenden individuellen Kreislaufregulation, sowie durch die objektive Bestimmung der wesentlichen damit einhergehenden dynamischen Determinanten des gesamten komplexen regulatorischen Geschehens. Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass das beanspruchte Verfahren im Gegensatz zu den üblichen und bekannten klinischen Verfahren auch keinerlei in- vasive und multiple Probenentnahmen, sowie aufwendige Probenaufbereitungen und Laboranalytische in-vitro Bestimmungen von Stoffmengen bzw. StoffUmsetzungen benötigt, welche in der Regel auch nur stichprobenhaft erfolgen können und demzufolge mit entsprechenden Verzögerungen behaftet sind, wodurch unter diesen Umständen keine kontinuierliche in-vivo Überwachung und auch keine schnelle Erkennung akut auftre- tender kritischer Zustände möglich ist.With the help of appropriate embodiments of the claimed method, numerous functional diagnostic questions and clinical monitoring tasks are thus solved. A particular advantage arises from the special possibility with regard to an objective self-referential in-vivo determination of diverse functional interdependencies and derivation of clinically meaningful criteria in direct connection with the currently prevailing individual circulatory regulation, as well as through the objective determination of the essential dynamic determinants associated with this complex regulatory events. It is also particularly advantageous that, in contrast to the usual and known clinical methods, the claimed method also does not require any invasive and multiple sampling, as well as complex sample preparation and laboratory analytical in-vitro determinations of substance quantities or substance conversions, which as a rule are only random can take place and are consequently subject to corresponding delays, as a result of which no continuous in vivo monitoring or rapid detection of acute critical conditions is possible under these circumstances.
Das beanspruchte Verfahren kommt hingegen lediglich mit einer in der klinischen Routine gebräuchlichen und zudem auch weit verbreiteten und gut bekannten sowie auf einfache Weise extrakorporal applizierbaren Sensorik (z.B. für EKG undThe claimed method, on the other hand, only comes with a sensor system that is common in clinical routine and is also widespread and well known and can be applied extracorporeally in a simple manner (e.g. for EKG and
Puls) in Verbindung mit einer im Verfahren implementierten mathematischen Analyse der komplexen Regulations-Dynamik aus, welche als hierzu mindestens notwendige Eingangssignale lediglich zwei kontinuierlich und simultan abgeleitete Sig- nalkanäle benötigt. Darüber hinaus zeichnet sich das bean- spruchte Verfahren prinzipiell durch eine einfache, sichere und störunempfindliche Datenakquisition aus, wobei in der Regel keine besonderen Probleme bezüglich kritischer Nachweisgrenzen oder schwer beherrschbarer Artefakte auftreten können. Vorteilhaft für einen weitreichendes klinisches Einsatzspektrum, sowie für eine industrielle medizintechnische Anwendbarkeit ist der Umstand, dass die Basis Hardware kostengünstig erstellt werden kann und bei gleichbleibender Messwertaufnahme- Konfiguration jederzeit nachfolgende An- passungen, Erweiterungen und Diversifikationen der Analysealgorithmen, Darstellungsprogramme und Monitorfunktionen für vielfältige weitere oder zukünftige Anwendungen und spezifische diagnostische Fragestellungen erfolgen können.Pulse) in conjunction with a mathematical analysis of the complex regulation dynamics implemented in the method, which, as the at least necessary input signals, only requires two continuously and simultaneously derived signal channels. In addition, the method in principle characterized by a simple, secure and interference-insensitive data acquisition, whereby as a rule no particular problems regarding critical detection limits or artifacts that are difficult to control can occur. The fact that the basic hardware can be created inexpensively and with constant measurement value configuration at any time subsequent adjustments, extensions and diversifications of the analysis algorithms, display programs and monitor functions for a variety of other is advantageous for a wide range of clinical applications, as well as for industrial medical technology applicability future applications and specific diagnostic questions can take place.
Das Verfahren kann mit den folgenden Schritten durchgeführt werden:The procedure can be carried out with the following steps:
1. Schritt : Ausweisung, Spezifizierung und Gewinnung der relevanten und repräsentativen sowie messtechnisch zugängli- chen kardialen- und/oder kreislaufphysiologischen Zustands- variablen und Ordnungs- Parameter, welche die Eigenschaften der komplexen Dynamik der autonomen Herz-Kreislauf- Regulationsprozesse implizit beinhalten, repräsentieren und eindeutig beschreiben, in Verbindung mit entsprechenden sys- temspezifischen Kontrollparametern, welche mindestens eine Kontrollgröße für die Dynamik der Myokard-Erregungsprozesse und/oder der Kreislauf-Regulationsprozesse hinsichtlich der Druck- und/oder Volumen-Regulation und/oder zentraler belastungsabhängiger Regulationsprozesse der Organkreisläufe dar- stellen und welche eine objektive Charakterisierung der zeitlichen Strukturbildung im Verlauf der Regulation grundsätzlich ermöglichen, durch Zuordnung der spezifischen pro- zessualen physiologischen Eigenschaften, ihrer dynamischen Qualität, ihrer dynamischen Entwicklung, sowie ihrer senso- rischen, adaptiven und/oder kompensatorischen Leistungen zu entsprechenden theoretischen Modellen, Simulations- und Analyseverfahren der Nichtlinearen Dynamik (NLD) durch die Konstruktion entsprechender mathematischer Gebilde, welche diese wesentlichen physiologischen Eigenschaften adäquat reprä- sentieren, sowie durch die Spezifizierung und Ausbildung einer entsprechenden Schnittstelle zur Prozess-Interaktion auf der Grundlage der diesbezüglich mit Hilfe mindestens zweier Sensoren in vivo gewonnener ausgewählter Prozessdaten bzw. der diesbezüglich eingesetzten Mittel zur Intervention und/oder Provokation und/oder Stimulation bestimmter kreislaufphysiologischer Wirkungen.Step 1: Identification, specification and extraction of the relevant and representative as well as metrologically accessible cardiac and / or circulatory physiological state variables and order parameters, which implicitly include, represent and represent the properties of the complex dynamics of the autonomic cardiovascular regulation processes clearly describe, in conjunction with corresponding system-specific control parameters, which represent at least one control variable for the dynamics of the myocardial excitation processes and / or the circulatory regulation processes with regard to pressure and / or volume regulation and / or central load-dependent regulatory processes of the organ circulations. and which fundamentally enable an objective characterization of the temporal structure formation in the course of the regulation, by assigning the specific procedural physiological properties, their dynamic quality, their dynamic development, and so on e of their sensory, adaptive and / or compensatory services corresponding theoretical models, simulation and analysis methods of non-linear dynamics (NLD) through the construction of appropriate mathematical structures that adequately represent these essential physiological properties, as well as through the specification and formation of an appropriate interface for process interaction on the basis of the relevant With the help of at least two sensors of selected process data obtained in vivo or the means used in this regard for intervention and / or provocation and / or stimulation of certain circulatory physiological effects.
2. Schritt: Zeitsynchrone Aufbereitung der durch den Schritt 1 ermittelten multiplen Messgrößen und der daraus abgeleite- ten Zustandsvariablen bzw. Kontroll-Parameter hinsichtlich ihrer spezifischen Eignung für die Anwendung der nachfolgenden Verfahren durch Anwendung bestimmter Verfahrensschritte: a. bei der Evaluierung entsprechender besonders rauscharmer, artefaktarmer skalarer Zeitreihen mit hoher Zeitauflösung und Spannungsauflδsung sowie niedrigem Digitalisierungsrau- schen sowie b. bei der weiterführenden Verarbeitung der Messgrößen und Zeitreihen hinsichtlich ihrer spezifischen Eignung für die entsprechend spezifizierten Repräsentations- Verfahren unter der Maßgabe einer erfolgreichen Rekonstruk- tion von bestimmten Ersatz-Zustandsraum (Phasenraum-) Repräsentationen aus den diesbezüglichen empirischen Zeitreihen, insbesondere unter der Bedingung, dass die topologischen Eigenschaften, d.h. die Nachbarschaftsverhältnisse zwischen dem jeweiligen empirisch gewonnenen Ersatz-Zustandsraum mit dem jeweiligen empirisch nicht zugänglichen Original-Step 2: Time-synchronous preparation of the multiple measurement variables determined by step 1 and the state variables or control parameters derived therefrom with regard to their specific suitability for the application of the following methods by application of specific method steps: a. when evaluating corresponding particularly low-noise, low-artifact scalar time series with high time resolution and voltage resolution as well as low digitization noise, and b. in the further processing of the measured variables and time series with regard to their specific suitability for the correspondingly specified representation methods, provided that a successful reconstruction of certain substitute state space (phase space) representations from the relevant empirical time series, in particular under the condition that the topological properties, ie the neighborhood relationships between the respective empirically obtained substitute state space with the respective empirically inaccessible original
Zustandraum weitestgehend übereinstimmen sollen, sowie c. bei der Durchführung der nachgeschalteten Analyseverfahren zur Vermeidung von Beeinträchtigungen des Analyseergebnisses durch Rauscheinflüsse und Artefakte . 3. Schritt: Ausweisung, Spezifizierung, Gewinnung und Signal- Repräsentation paralleler und simultaner Zeitreihen aus den zuvor entsprechend aufbereiteten Messdaten durch bestimmte Verfahrensschritte im Besonderen durch entsprechende Timing- Verfahren zur Feststellung der Auftrittszeiten bestimmter Signalkomponenten und/oder zur Ermittlung bestimmter Parameter und/oder Kennwerte und/oder Merkmale hinsichtlich ihrer weiteren Verwendung für die nachgeschalteten Analyse- Verfahren.State space should largely correspond, and c. in the implementation of the downstream analysis methods to avoid impairment of the analysis result due to noise and artifacts. 3rd step: designation, specification, acquisition and signal representation of parallel and simultaneous time series from the previously prepared measurement data by certain process steps, in particular by appropriate timing processes to determine the occurrence times of certain signal components and / or to determine certain parameters and / or characteristic values and / or features with regard to their further use for the downstream analysis methods.
4. Schritt: Ausweisung, Spezifizierung und Erstellung entsprechend geeigneter Zustandsraum-Repräsentationen mit Hilfe bestimmter Rekonstruktions-Verfahren, im Besonderen durch Anwendung von Delay-Verfahren auf die entsprechenden Zeit- reihen und durch Einbeziehung bestimmter Verfahrensschritte und Kriterien zur optimalen Wahl des jeweils verwendeten Einbettungsfensters (D.τ) bezüglich der für die praktisch hinreichende Anwendbarkeit erforderlichen Maßgaben einer möglichst einfachen und robusten Delay-Rekonstruktion bei endlichen Zeitreihen mit einer begrenzten Anzahl von Datenpunkten und Messgenauigkeit, und mit einer gemeinsamen oder getrennten Optimierung für die jeweils verwendeten Einbet- tungs-Dimension D und für die Delay-Zeit τ.Step 4: Designation, specification and creation of appropriate representations of the state of space with the help of certain reconstruction methods, in particular by applying delay methods to the corresponding time series and by incorporating certain method steps and criteria for the optimal selection of the embedding window used ( D.τ) with regard to the requirements for a practically sufficient applicability of a simple and robust delay reconstruction in finite time series with a limited number of data points and measurement accuracy, and with a common or separate optimization for the respective embedded dimension D and for the delay time τ.
5. Schritt: Repräsentation der rekonstruierten Trajektorien, Iteriertenfolgen bzw. Attraktoren bezüglich der jeweils gewählten Zustandsraum-Einbettungsdimension zur a. Untersuchung der Eigenschaften des durch die jeweilige Dynamik definierten Flusses sowie b. zur Beurteilung der Qualität der Zustandsraum-Rekonstruktion und der Lagebeziehungen der Zu¬Step 5: Representation of the reconstructed trajectories, iterative sequences or attractors with regard to the chosen state space embedding dimension for a. Investigation of the properties of the flow defined by the respective dynamics and b. for assessing the quality of the reconstruction of the state space and the positional relationships of the Zu¬
StandsVektoren und/oder der Zustandsraum Auffüllung und/oder Attraktor-Ausdehnung nach bestimmten statischen Attraktor- basierten und/oder topologischen Kriterien und/oder nach einem bestimmten Dynamik-basierten Ablauf der Trajektorien- Bewegung sowie c. der angemessenen Abschätzung und Wahl der Delay-Zeit τ und/oder der Einbettungsdimension D sowie d. zur Fehler-Minimierung wie z.B. Redundanz- bzw. Irrelevanz- fehler, sowie e. zur Beurteilung der Notwendigkeit und der Auswirkungen von weiteren der Einbettung nachgeschalteten und in bestimmten Fällen erforderlichen Verfahrensschritte zur Optimierung der Qualität der Zustandsraum Repräsentation durch entsprechende Koordinaten-Transformationen (wie z.B. Hauptachsen-Transformation der Korrelationsmatrix, Karhunen- Loeve-Transformation u.a.) .Status vectors and / or the status space filling and / or attractor expansion according to certain static attractor-based and / or topological criteria and / or according to a certain dynamic-based course of the trajectory movement and c. the appropriate assessment and choice of Delay time τ and / or the embedding dimension D and d. to minimize errors such as redundancy or irrelevance errors, and e. To assess the necessity and the effects of further process steps downstream of the embedding and, in certain cases, necessary process steps to optimize the quality of the state space representation by means of corresponding coordinate transformations (such as, for example, main axis transformation of the correlation matrix, Karhunen-Loeve transformation, etc.).
6. Schritt: Darstellung höherdimensionaler Zustandsräume durch Dimensions-Reduktion zur Exploration der jeweils erzeugten Attraktor-Topologie und Identifikation und/oder Erkennung der Zustände und/oder Verlaufsbeobachtung und in vi- vo Monitoring der jeweils untersuchten Kreislauf- Trajektorien-Entwicklung durch a. bestimmte Zustandsprojek- tionen des betreffenden Attraktors auf eine 2D bzw. 3D Mannigfaltigkeit oder durch b. Isoshell-Projektion des betreffenden Attraktors oder durch c .entsprechende Poincare- Schnitte oder durch e. entsprechende Rekurrenz-Abbildungen oder f. weiterer geeigneter Abbildungsverfahren bzw. Map- ping-Verfahren.6th step: Representation of higher-dimensional state spaces through dimension reduction for exploration of the attractor topology generated and identification and / or recognition of the states and / or course monitoring and in-vivo monitoring of the respectively examined circulation trajectory development by a. certain state projections of the relevant attractor onto a 2D or 3D manifold or through b. Isoshell projection of the relevant attractor or by c. Corresponding Poincare cuts or by e. corresponding recurrence pictures or f. other suitable mapping processes or mapping processes.
7. Schritt: Analyse der zeitlichen Dynamik und/oder signifi- kanter Dynamik-Wechsel durch die Eigenschaften der Flüsse im jeweils repräsentierten Zustandsraum, sowie durch Ermittlung bestimmter signifikanter strukturdynamischer-Kenngrößen und/oder Fluktuationsmaße und/oder bestimmter dynamischer Stabilitäts-Merkmale und/oder Komplexitätsmaße zur Charakte- risierung des aktuellen Strukturierungsgrades, sowie der zeitlichen Entwicklung der Strukturbildung von Kreislaufund/oder Myokarderregungs-Prozessen, insbesondere durch Berechnung der aktuell effektiven Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov- Exponenten bzw. der Kolmogorow- Entropie und/oder der lokalisierten Lyapunov-Exponenten und/oder des Ortsvektorverlaufs der jeweiligen Trajektorie und/oder der Attraktorlage-Parkettierungsflache .7th step: Analysis of the temporal dynamics and / or significant dynamic changes due to the properties of the rivers in the state space represented in each case, as well as by determining certain significant structural dynamic parameters and / or fluctuation measures and / or certain dynamic stability characteristics and / or Complexity measures for characterizing the current level of structuring, as well as the temporal development of the structure formation of circulatory and / or myocardial excitation processes, in particular by calculating the currently effective correlation dimension and / or the Lyapunov exponent or the Kolmogorow entropy and / or the localized Lyapunov exponents and / or the location vector course of the respective trajectory and / or the attractor location tiling area.
8. Schritt: Analyse der zeitlichen Dynamik und/oder signifi- kanter Dynamik-Wechsel bzw. Modenwechsel (Phasenübergänge) durch die Eigenschaften der miteinander korrelierenden Zeitreihen bezüglich der jeweils ermittelten Tachometrischen-, Parametrischen-, und/oder Zustands-Zeitreihen, im Besonderen durch die Bestimmung der mittleren Quadrate sukzessiver Dif- ferenzen der jeweiligen Intervall-Variabilitäten und/oder durch die Bestimmung der entsprechenden sukzessiven Algorithmischen Komplexität bezüglich der jeweils vorherbestimmten Zeitsequenzen und/oder durch Ermittlung entsprechender sukzessiver Merkmalvektoren bezüglich der jeweils bestimmten regulatorischen Episoden.Step 8: Analysis of the temporal dynamics and / or significant dynamics change or mode change (phase transitions) through the properties of the time series correlating with one another with respect to the respectively determined tachometric, parametric and / or state time series, in particular by the determination of the mean squares of successive differences of the respective interval variabilities and / or by the determination of the corresponding successive algorithmic complexity with respect to the respectively predetermined time sequences and / or by determination of corresponding successive feature vectors with respect to the respectively determined regulatory episodes.
9. Schritt: Analyse der Einflüsse der unterschiedlichen physiologischen Kontrollparameter bezüglich des Auftretens bzw. Wechsels bestimmter Dynamischer Moden des Herz-Kreislauf- Systems durch die Bestimmung der jeweiligen Abhängigkeit der diesbezüglich ermittelten Zustandsraum-Repräsentationen und/oder der entsprechenden Attraktor-Darstellungen bzw. Projektionen und/oder der daraus abgeleiteten Kenngrößen zur Kennzeichnung bzw. Identifikation der jeweils auftretenden Moden, von bestimmten Werten der Kontrollparameter, im Besonderen von den Kontrollparametern Herzrate (HR) , verschiedenen Blutdruckwerten und/oder dem mittleren Blutdruck, und/oder der Druck-Volumen-Arbeit, und/oder verschiedenen Blutvolumina bzw. Volumenstromstärken, und/oder vom Herzminutenvolumen u.a. diesbezüglichen Energie- bzw.Step 9: Analysis of the influences of the different physiological control parameters with regard to the occurrence or change of certain dynamic modes of the cardiovascular system by determining the respective dependency of the state space representations determined in this regard and / or the corresponding attractor representations or projections and / or the derived parameters for identifying or identifying the respectively occurring modes, of certain values of the control parameters, in particular of the heart rate (HR) control parameters, various blood pressure values and / or the mean blood pressure, and / or the pressure-volume work , and / or different blood volumes or volume flow rates, and / or cardiac output, among others related energy or
Leistungs-Parametern, wie z.B. die Herzratenabhängigkeit der Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov-Exponenten und/oder der Blutvolumen-Abhängigkeit des Lyapunov- Exponenten bzw. des Ortsvektors bzw. der Attraktorlage- Parkettierungsflache u.a. zum Zwecke der Charakterisierung und Spezifizierung der dynamischen Eigenschaften und Qualität des Eigenverhaltens verschiedener autonomer kardialer, zirkulatorischer, zentraler und/oder lokaler Regulationsprozesse.Performance parameters, such as the heart rate dependency of the correlation dimension and / or the Lyapunov exponent and / or the blood volume dependency of the Lyapunov exponent or the location vector or the attractor position tiling area, among other things, for the purpose of characterization and specification of the dynamic properties and quality of the behavior of various autonomous cardiac, circulatory, central and / or local regulatory processes.
10. Schritt: Zuordnung der Eigenschaften der Strukturdynamischen Analyseergebnisse zu physiologisch bzw. pathophysiolo- gisch relevanten klinischen Befundungsergebnissen, die mindestens eine funktionsdiagnostisch signifikante Beschaffen- heit des Herz-Kreislaufsystems bzw. bestimmte regulatorische Funktionalitäten repräsentieren.10th step: Assignment of the properties of the structural dynamic analysis results to physiologically or pathophysiologically relevant clinical findings, which represent at least one functionally diagnostically significant condition of the cardiovascular system or certain regulatory functionalities.
Das Verfahren und das System werden im Weiteren für zwei Anwendungsfälle beschrieben:The method and the system are described below for two applications:
a. Anwendungsfälle am geschlossenen Kreislauf (isovolämische Bedingungen)a. Closed circuit applications (isovolaemic conditions)
Hierbei werden einerseits im Fall des geschlossenen Kreislaufsystems diejenigen klinisch relevanten Prozessparameter bestimmt, welche bei der reflektorischen Regulation invol- viert sind und außerdem den jeweiligen funktioneilen dynamischen Systemzustand, auf der theoretischen Grundlage einer nichtlinearen Dynamischen Analyse (Komplexe Systemtheorie) , hinreichend kennzeichnen. Diese Analyseergebnisse ermögli- chen dann eine systemische Funktionsdiagnostik und Verlaufsbeobachtung der spezifischen Entwicklung der kardiovaskulären Zustände im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung, A- daptation oder Stabilisierung der regulären Herz-Kreislauf- Funktionen bzw. die Identifikation und Erkennung des Auf re- tens von kritischen Deregulationen. Mit dem beanspruchtenOn the one hand, in the case of the closed circulatory system, those clinically relevant process parameters are determined which are involved in the reflex regulation and which also adequately characterize the respective functional dynamic system state on the theoretical basis of a non-linear dynamic analysis (complex system theory). These analysis results then enable systemic functional diagnosis and follow-up of the specific development of cardiovascular conditions in connection with the maintenance, adaptation or stabilization of regular cardiovascular functions or the identification and detection of the occurrence of critical deregulations. With the claimed
Verfahren können des weiteren die Auswirkungen verschiedenartiger Kreislauf-Belastungen und deren Einflüsse auf die adaptiven regulatorischen Leistungen und dynamischen Moden unter in vivo Bedingungen untersucht werden. Hierbei sind die adaptiven Wirkungen der regulatorischen Leistungen auf die Kreislauffunktionen sowohl unter bestimmten spezifischen, parametrisierbaren und quantifizierbaren Belastungen und physikalischen bzw. pharmakologischen Interventionen als auch unter verschiedenartigen, unbestimmten, unspezifischen und/oder oder unvorhersehbaren und wechselnden exogenen bzw. endogenen Einwirkungen, sowie unter besonderen physischen und physiologischen Bedingungen bzw. Belastungen und/oder bei bestimmten pharmakologischen Interventionen erfassbar.Methods can also be used to investigate the effects of various types of circulatory stresses and their effects on adaptive regulatory performance and dynamic modes under in vivo conditions. Here are the adaptive effects of regulatory benefits the circulatory functions both under certain specific, parameterizable and quantifiable stresses and physical or pharmacological interventions as well as under different, undefined, unspecific and / or unpredictable and changing exogenous or endogenous effects, as well as under special physical and physiological conditions or stresses and / or or detectable in certain pharmacological interventions.
b. Anwendungsfälle bei offenem Kreislauf (hypo- bzw. hyper- volämische Bedingungen)b. Open circuit applications (hypo- or hypervolemic conditions)
Ein weiterer besonderer Anwendungsfall des beanspruchten Verfahrens betrifft bestimmte Situationen eines offenen Kreislaufs wie z.B. bei einer akuten Abnahme (Hypovolämie) oder Zunahme (Hypervolämie) des Blutvolumens. Dies kann einerseits unter kontrollierbaren und/oder quantifizierbaren Bedingungen und mit bekannten bzw. quantifizierbarem Volu- menzufluss bzw. -abfluss geschehen, wie z.B. bei einer inva- siven Eröffnungen der Gefäße zum Zwecke einer Blutentnahme oder bei einer Infusion bzw. Perfusion.Another special application of the claimed method relates to certain situations of an open circuit, such as if there is an acute decrease (hypovolaemia) or increase (hypervolemia) in the blood volume. On the one hand, this can take place under controllable and / or quantifiable conditions and with known or quantifiable volume inflow or outflow, e.g. in the case of an invasive opening of the vessels for the purpose of drawing blood or an infusion or perfusion.
Andererseits können aber auch grundsätzlich unkontrollierbare und/oder unvorhersagbare sowie nicht abschätzbare volämi- sehe Belastungen z.B. durch okkulte Volumenströme auftreten, wie z.B. ein plötzlicher Blutverlust (Outflow) bei verschiedenartigen vaskulären Läsionen bzw. Perforationen oder im Verlauf hämorrhagischer Komplikationen. Ebenso können auch unvorhersagbare akute hypervolämische Einschwemmungen z.B. in Form eines bestimmten Anteils einer Spüllösung in den Blutkreislauf im Zusammenhang mit bestimmten endoskopischen Eingriffen auftreten (Inflow) , welche unter der Wirkung eines bestimmten Distensionsdruckes auch über verschiedene Wege wie z.B. über das Gefäß- und Lymphsystem sowohl bei Per- forationen als auch bei intaktem Endometrium oder durch ent- sprechende (verzögerte) Resorption (z.B. Peritoneum ) erfolgen können.On the other hand, however, fundamentally uncontrollable and / or unpredictable and unpredictable volumic stresses can occur, for example due to occult volume flows, such as a sudden loss of blood (outflow) in the case of various types of vascular lesions or perforations or in the course of hemorrhagic complications. Likewise, unpredictable acute hypervolemic flushing, e.g. in the form of a certain proportion of a rinsing solution in the bloodstream in connection with certain endoscopic interventions (inflow), which under the effect of a certain distension pressure can also occur in various ways, e.g. via the vascular and lymphatic systems Perforations as well as with intact endometrium or through speaking (delayed) absorption (eg peritoneum) can take place.
Das beanspruchte Verfahren eignet sich ebenfalls für den Einsatz der unter a) und b) bezeichneten Fälle sowohl zur objektiven kardio-vaskulären Funktionsdiagnostik als auch zur schnellen in-vivo-Erkennung regulärer bzw. irregulärer, destabilisierter, dekompensatorischer und kritischer Zustände bzw. Zustandsveränderungen sowie zur Gewinnung objektiver und signifikanter klinischer diagnostischer und prognostischer Kriterien für die Kreislauf- Überwachung.The claimed method is also suitable for the use of the cases described under a) and b) both for objective cardio-vascular functional diagnostics and for the quick in-vivo detection of regular or irregular, destabilized, decompensatory and critical conditions or changes in conditions as well as Obtaining objective and significant clinical diagnostic and prognostic criteria for circulatory monitoring.
Das Verfahren stützt sich dabei grundsätzlich auf die im Weiteren beschriebenen Eigenschaften.The method is fundamentally based on the properties described below.
Das akute dynamische Eigenverhalten der operativ geschlossenen und auf komplexe und adaptive Weise vielfach miteinander vernetzten autonomen reflektorischen Kontrollmechanismen in Zusammenhang mit den spezifischen Leistungen der übergeord- neten, zentralen und lokalen Regulation des Herz-Kreislauf-The acute dynamic self-behavior of the autonomously closed autonomous reflex control mechanisms, which are closed in a complex and adaptive manner in a complex and adaptive manner, in connection with the specific performance of the higher-level, central and local regulation of the cardiovascular system.
Systems manifestiert sich in Form einiger weniger ausgewählter sowohl physiologisch relevanter als auch messtechnisch leicht zugänglicher efferenter Output-Komponenten der verschiedenen kovarianten und zeitkorrelierten autonomen Re- flexantworten (z.B. Baro-Reflex ) auf verschiedenen Effektor-Ebenen.Systems manifests itself in the form of a few selected, both physiologically relevant and easily accessible, efferent output components of the various covariant and time-correlated autonomous reflex responses (e.g. Baro-Reflex) on different effector levels.
Auf der Kardialen Effektor-Ebene manifestiert sich das reflektorische Regulationsverhalten (z.B. hinsichtlich der schnellen phasischen Komponente) im Wesentlichen in der besonderen Weise durch signifikante komplexe zeitliche Muster und spezifische Variabilitäten der Herzrhythmik, sowie durch ihre charakteristische zeitlichen Entwicklung im Verlauf jeder einzelnen Schlagfolge (beat-to-beat variability) . Die Herzraten-Variabilität HRV und ihre dynamische Entwicklung HRV (t) steht außerdem im unmittelbaren regulativen und ko- varianten Zusammenhang mit dem Reflexgeschehen auf der vaskulären Ebene, wobei sich entsprechend korrelierte Form- Variabilitäten des korrespondierenden arteriellen Druckver- laufs (Pulskurven-Variabilität) ausbilden, (mit charakteristischen Variabilitäten der Pulsform sowie der systolischen- , diastolischen- und dikroten- Druckamplituden) . Außerdem kor- relieren diese reflektorischen Efferenzen ebenso mit der E- bene der Vasomotorischen Effektor-Komponente mit entspre- chenden regulatorischen Wirkungen auf die mechanoelastischen und geometrische Variabilität der Gefäße, wodurch es bei jedem Herzschlag jeweils auch zu einer kovarianten Variabilität der Pulswellengeschwindigkeit bzw. der Puls-Transitzeit (pulse-transit-time, PTT) kommt. Durch die zeitsynchrone und kontinuierliche Ableitung der Kardialen Komponente z.B. durch Ableitung des Elektrokardiogrammes EKG(t) im Zusammenhang mit der Aufnahme von arteriellen Pulskurven p(t) von mindestens einem Ableitort (z.B. A. radialis und/oder A. femoralis) als vaskuläre Komponente werden damit in der Regel alle messtechnischen Voraussetzungen geschaffen, um daraus die geeigneten Systemparameter für das beanspruchte Verfahren zu bestimmen. Beschreibung der einzelnen Schritte des Verf hrens:At the cardiac effector level, the reflexive regulatory behavior (e.g. with regard to the fast phasic component) essentially manifests itself in a special way through significant complex temporal patterns and specific variability in cardiac rhythm, as well as through its characteristic temporal development in the course of each individual stroke sequence (beat to-beat variability). Heart rate variability HRV and its dynamic development HRV (t) also has a direct regulative and co-variant connection with the reflex action on the vascular level, whereby correspondingly correlated form variabilities of the corresponding arterial pressure curve (pulse curve variability) develop (with characteristic variabilities of the pulse shape as well as the systolic, diastolic and dicrotic pressure amplitudes). In addition, these reflective efferences also correlate with the level of the vasomotor effector component with corresponding regulatory effects on the mechanoelastic and geometrical variability of the vessels, which means that with each heartbeat there is also a covariable variability in the pulse wave velocity or the pulse - Transit time (pulse transit time, PTT) is coming. Due to the time-synchronous and continuous derivation of the cardiac component, e.g. by derivation of the electrocardiogram EKG (t) in connection with the acquisition of arterial pulse curves p (t) from at least one lead location (e.g. A. radial and / or A. femoralis) as a vascular component This means that all metrological requirements are generally created in order to determine the suitable system parameters for the claimed process. Description of the individual steps of the procedure:
Kurz-Übersicht :Brief overview:
1. Schritt: Ausweisung der relevanten und zugänglichen Zu- standsvariablen, Ordnungsparameter und Kontrollparameter und ausgewählten Prozessdaten sowie Spezifizierung der Schnittstelle (Sensorik und Prozess Interaktion) 2. Schritt: Aufbereitung der Messgrößen, Zustandsparameter und Kontrollparameter bzgl . Eignung für weitere Verfahrensschritte unter best . Bedingungen1st step: Identification of the relevant and accessible status variables, order parameters and control parameters and selected process data as well as specification of the interface (sensor and process interaction) 2nd step: Preparation of the measured variables, status parameters and control parameters regarding Suitability for further process steps under best. conditions
3. Schritt : Ermittlung verschiedener. simultaner Zeitreihen mit Hilfe von Timing Verfahren bzw. Parameter Extraktion bzw. Merkmal Extraktion 4. Schritt: Rekonstruktion von Zustandsraum-Repräsentationen und Optimierungs-VerfahrenStep 3: Identify various. Simultaneous time series with the help of timing procedures or parameter extraction or characteristic extraction Step 4: reconstruction of state space representations and optimization procedures
5. Schritt: Multiple Repräsentationen der rekonstruierten Attraktoren zur weiteren Untersuchung, attraktorbezogenen Optimierung und Fehler Minimierung des VerfahrensStep 5: Multiple representations of the reconstructed attractors for further investigation, attractor-related optimization and error minimization of the procedure
6. Schritt: Darstellung höherdimensionaler Zustandsrum- Repräsentationen durch Dimensionsreduktion zur Exploration 7. Schritt :Analyse der Attraktoren bzgl . der Eigenschaften der Flüsse im Zustandsraum und Bestimmung von strukturdyna- mischen Kenngrößen und FluktuationsmaßenStep 6: Representation of higher-dimensional status rum representations by reducing dimensions for exploration Step 7: Analysis of the attractors with regard to the properties of the rivers in the state space and determination of structural dynamic parameters and fluctuation measures
8. Schritt: Analyse der Eigenschaften korrelierender Zeitreihen und Bestimmung von sukzessiven dynamischen Kenngrößen und Komplexitätsmaßen 9.Schritt :Analyse der Abhängigkeit Dynamischer Moden von spezifizierten physiologischen Kontrollparametern zur Identifikation und Kennzeichnung der jeweils auftretenden Moden 10. Schritt: Zuordnung der Analyseergebnisse zu Beschaffenheit und Funktionalität des Herz-KreislaufsystemsStep 8: Analysis of the properties of correlating time series and determination of successive dynamic parameters and complexity measures. Step 9: Analysis of the dependence of dynamic modes on specified physiological control parameters to identify and identify the modes that occur. Step 10: Assignment of the analysis results to the nature and functionality of the cardiovascular system
Zu Schritt 1: ist im Besonderen dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabenstellung der Erfindung entsprechend, bestimmte relevante und repräsentative physiologische Zustandsvariable und Kontrollparameter gewonnen werden können, welche auf bestimmte Weise aus zeitsynchronen Ableitungen von Elektrokar- diogrammen und Blutdruck-Kurven evaluiert werden, und welche die komplexe Dynamik der autonomen Herz-Kreislaufprozesse hinreichend repräsentieren und eindeutig beschreiben, und wobei hierzu jeweils entweder die EKG-Signale, durch mindestens eine entsprechende EKG-Ableitung, kontinuierlich re- gistriert werden, welche mit den simultan dazu erfassten und mit der jeweiligen Herzaktion korrespondierenden Blutdruckkurven in einem zeitsynchronem Zusammenhang stehen und welche durch mindestens einen Blutdrucksensor an einem diesbezüglichen arteriellen Ableitort aufgenommen werden, oder wo- bei alternativ dazu, auch eine kontinuierliche und simultane Erfassung von mindestens zwei an unterschiedlichen arteriellen Ableitorten gemessenen Blutdruckkurven mit Hilfe mehrerer Blutdruck-Sensoren erfolgen kann, und dass daraus mindestens ein diesbezüglicher Kontrollparameter z.B. in Form der Herzrate (HR) , welcher entweder aus den jeweiligen RR- Intervallen oder der jeweiligen Pulsfrequenz gewonnen wird, und dass weitere Kontrollparameter hinsichtlich der Druckbzw. Volumen-Regulation aus den gemessenen Blutdruck-Kurven bzw. aus zusätzlichen volumetrischen Messungen gewonnen wer- den und dass weitere Kontroll-Parameter bezüglich der belastungsabhängigen Regulationsprozesse der Organkreisläufe aus zusätzlichen ergometrischen Messdaten entsprechend bestimmt werden.Regarding step 1: is particularly characterized in that, in accordance with the task of the invention, certain relevant and representative physiological state variables and control parameters can be obtained, which are evaluated in a certain way from time-synchronous derivations of electrocardiograms and blood pressure curves, and which the adequately represent and clearly describe the complex dynamics of the autonomic cardiovascular processes, and for this either the ECG signals are continuously registered by at least one corresponding ECG lead, which is recorded with the blood pressure curves recorded simultaneously and corresponding to the respective cardiac action are in a time-synchronous relationship and which are recorded by at least one blood pressure sensor at a related arterial site, or alternatively, also a continuous and simultaneous one Detection of at least two blood pressure curves measured at different arterial sensors can be carried out with the aid of several blood pressure sensors, and that at least one related control parameter, for example in the form of the heart rate (HR), can be obtained from either the respective RR intervals or the respective pulse frequency, and that further control parameters regarding the pressure or Volume regulation can be obtained from the measured blood pressure curves or from additional volumetric measurements and that further control parameters with regard to the load-dependent regulation processes of the organ circuits are determined accordingly from additional ergometric measurement data.
Vorteilhaft kann die zeitsynchrone und kontinuierliche De- tektion von EKG-Signalen von mindest einer Ableitposition nach einer der bekannten Ableitmethoden (Frank, Einthoven, Wilson u.a.) im Zusammenhang mit der Ableitung der jeweils mit jedem Herzschlag korrespondierenden arteriellen Pulskur- ven von mindestens einem Ableitort (z.B. A. radialis, A. fe- moralis u.a.) erfolgen, wobei entsprechende Verfahren zur Digitalen Datenakquisition und Messdatenaufbereitung Anwendung finden.The time-synchronous and continuous detection of ECG signals from at least one lead position according to one of the known lead methods (Frank, Einthoven, Wilson and others) can be advantageous in connection with the derivation of the arterial pulse curves corresponding to each heartbeat from at least one lead location ( For example, A. radialis, A. feminal, etc.) are carried out using appropriate methods for digital data acquisition and measurement data processing.
Die bestimmte Zuordnung der spezifischen prozessualen Eigenschaften des Herz-Kreislauf-Systems bezüglich ihrer dynamischen Qualität zu entsprechenden mathematischen Modellen, welche die wesentlichen physiologischen Eigenschaften adäquat repräsentieren, ist dadurch gekennzeichnet, dass hier- bei entsprechende Modelle, Simulationsverfahren, Repräsentationsverfahren und Analyseverfahren der Nichtlinearen Dynamik und/oder der Synergetik Verwendung finden, und in welche die entsprechenden physiologischen Zustandsvariablen und/oder Kontrollparameter als bestimmte Observable (Mess- großen) eingehen und entsprechend verrechnet werden und, wo- bei die hierzu notwendige Schnittstelle zur Prozessinteraktion einerseits durch die bezeichneten Sensoren und andererseits durch entsprechend ausgebildete Mittel wie z.B. verschiedene Applikatoren und/oder Aktoren zur Intervention und/oder Provokation und/oder Simulation der zu erzielenden kreislaufphysiologischen Wirkungen gekennzeichnet ist.The specific assignment of the specific process properties of the cardiovascular system in terms of their dynamic quality to corresponding mathematical models, which adequately represent the essential physiological properties, is characterized in that corresponding models, simulation methods, representation methods and analysis methods of non-linear dynamics and / or the use of synergies, and in which the corresponding physiological state variables and / or control parameters are entered as certain observables (measured variables) and are calculated accordingly and, where the necessary interface for process interaction is characterized on the one hand by the designated sensors and on the other hand by appropriately trained means such as various applicators and / or actuators for intervention and / or provocation and / or simulation of the circulatory physiological effects to be achieved.
Beschreibung der verwendeten Messgrößen Aufbereitungsverfahren gemäß Schritt 2 :Description of the measured variables used in the preparation process according to step 2:
Aufgrund der Möglichkeit einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der nachgeschalteten Repräsentations- und Analyse- Verfahren durch bestimmte Artefakte und Rauscheinflüsse sowie die hohe Empfindlichkeit mancher Algorithmen gegenüber numerischen Fehlern, muss die Art und Qualität der Messgrδ- ßen Aufbereitung besonderen Anforderungen genügen. Die Aufbereitung der Messdaten z.B. durch bekannte rauschreduzierende Methoden ist deshalb meist ungeeignet, da bei den hier untersuchten Nichtlinearen Prozessen das Superpositionsprin- zip nicht mehr gilt. Insbesondere ist die gebräuchliche Tiefpass-Filterung, welche einer gleitenden Mittelwertbildung entspricht in diesem Fall nicht anwendbar, da sie z.B. dazu beitragen kann, dass damit die Attraktor-Dimension fälschlicherweise erhöht wird. Wegen der Breitbandigkeit chaotischer Verfahren ist auch eine Filterung im Frequenzraum kein geeignetes Verfahren, um das Signal/Rausch- Verhältnis zu verbessern. Somit werden zur Lösung dieses Problems zwei unterschiedliche Strategien und Verfahren eingesetzt. Einerseits erfolgt eine Signalaufbereitung gemäß Schritt 2 zunächst im Signalraum nach den erfindungsseitig festgestellten optimalen Bedingungen und andererseits werden nötigenfalls weitere Verfahren zur Artefakt- bzw. Rausch- Reduktion in Verbindung mit dem später erfolgten Verarbeitungsschritt der Zustandsraum Rekonstruktion gemäß Schritt 4 angewendet. Meist werden bereits mit der eingesetzten Sig- nalaufbereitung hinreichend artefaktarme und rauscharme Zeitreihen gewonnen werden. Falls die noch nicht ausreicht, kann vorteilhaft eine zusätzliche Karhunen-Loeve- Transformation im Zustandsraum durchgeführt werden.Due to the possibility of a serious impairment of the downstream representation and analysis processes due to certain artifacts and noise influences as well as the high sensitivity of some algorithms to numerical errors, the type and quality of the measurement parameters must meet special requirements. The preparation of the measurement data, for example by means of known noise-reducing methods, is therefore usually unsuitable, since the superposition principle no longer applies to the non-linear processes examined here. In particular, the customary low-pass filtering, which corresponds to a moving averaging, cannot be used in this case, since it can, for example, contribute to incorrectly increasing the attractor dimension. Because of the broadband nature of chaotic methods, filtering in the frequency domain is also not a suitable method for improving the signal / noise ratio. Thus, two different strategies and procedures are used to solve this problem. On the one hand, signal processing according to step 2 takes place initially in the signal space according to the optimal conditions determined by the invention and, on the other hand, if necessary, further methods for artifact or noise reduction are used in conjunction with the processing step of the state space reconstruction according to step 4 which was carried out later. Usually, the sig- nal processing sufficiently low artifact and low noise time series can be obtained. If that is not yet sufficient, an additional Karhunen-Loeve transformation can advantageously be carried out in the state space.
Zu Schritt 2: ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem vorangehenden Schritt zeitsynchron und parallel registrierten Messgrößen in der Weise aufbereitet werden, dass diese die bezüglich der nachfolgenden Verfahrensschritte verbunde- nen Anforderungen hinreichend erfüllen insbesondere,Regarding step 2: is characterized in that the measured variables registered with the preceding step synchronously and in parallel are processed in such a way that they sufficiently meet the requirements associated with the subsequent method steps, in particular,
-dass zur Erreichung der für die Auswertung notwendigen zeitlichen Auflösung die Abtastrate für beide Eingangssignale EKG(t) und P(t) bei weitem über der hierbei üblichen re- gulären Abtastrate (z.B. nach der Shannon-Nyquist- Bedingung) liegen muss. Bei der verwendeten Ausführungsform beträgt die Abtastrate über 3000 Hz. Die auflösbaren Zeitschritte sollten kleiner als 0.3ms sein und,- that in order to achieve the temporal resolution necessary for the evaluation, the sampling rate for both input signals EKG (t) and P (t) must be far above the usual regular sampling rate (e.g. according to the Shannon-Nyquist condition). In the embodiment used, the sampling rate is above 3000 Hz. The resolvable time steps should be less than 0.3 ms and
-dass die Signalakquisition und Aufbereitung entsprechende-that the signal acquisition and processing are appropriate
Mittel zur Vermeidung bzw. Verminderung von Artefakten aufweist, insbesondere, dass damit möglichst rauscharme und artefaktarme Zeitreihen mit hoher Zeitauflösung und Spannungs- auflösung sowie niedrigem Digitalisierungsrauschen evaluiert werden, undHas means for avoiding or reducing artifacts, in particular that time series which are as low-noise and low-artifact as possible with high time resolution and voltage resolution as well as low digitization noise are evaluated, and
-dass weitere Verfahrensschritte vorgesehen sind, wodurch die Effizienz und Qualität der Signalaufbereitung und ihre Eignung zur erfolgreichen Zustandsraum-Repräsentation anhand der mit den nachfolgenden Verfahrensschritten erzielten Ergebnissen beurteilt werden kann, wie z.B. anhand bestimmter topologischer bzw. dynamischer Eigenschaften bzgl . der Attraktor-Rekonstruktion, und -dass bei der Signalaufbereitung der Rohsignale bestimmte Glättungsalgorithmen z.B. N-Punktglättungen eingesetzt werden, wobei weitere Untersuchungsmethoden Anwendung finden, welche die Auswahl der jeweils geeigneten und für die er- zielbare Messgenauigkeit der Trigger- Zeitmarken bedeutsame kritischen Punktzahl N ermöglichen, und-that further process steps are provided, whereby the efficiency and quality of the signal processing and its suitability for the successful representation of the state space can be assessed on the basis of the results obtained with the subsequent process steps, such as, for example, on the basis of certain topological or dynamic properties. the attractor reconstruction, and that certain smoothing algorithms, for example N-point smoothing, are used in the signal processing of the raw signals, further examination methods being used which enable the selection of the critical number of points N which is suitable and which is significant for the achievable measurement accuracy of the trigger time marks, and
-dass entsprechende Timing Verfahren vorgesehen sind, welche zur Gewinnung der entsprechenden Zeitmarken für die Bestim- mung der Auftrittszeiten sowohl der verschiedenen EKG- Komponenten (wie z.B. R-Zacke, p-Welle, T-Welle, late Potentials u.a.) sowie entsprechender Abschnitte (wie z.B. der betreffenden Steigungsmaxima, ST-Strecken u.a.) und der verschiedenen Pulskurven-Komponenten (wie z.B. Systolisches Ma- ximum, Diastolisches Minimum, Maximum der Dikroten Welle) , sowie entsprechender Abschnitte (wie z.B. der betreffenden Steigungsmaxima, Systolische, Diastolische Intervalle sowie Intervalle zwischen Systole und Dikroter Welle) geeignet sind.-that appropriate timing procedures are provided which are used to obtain the appropriate time stamps for determining the occurrence times of the various ECG components (such as R wave, p wave, T wave, late potentials, etc.) and corresponding sections ( such as the respective slope maxima, ST sections, etc.) and the various pulse curve components (such as systolic maximum, diastolic minimum, maximum of the dicrotic wave), as well as corresponding sections (such as the slope maxima concerned, systolic, diastolic intervals and intervals) between systole and dicrotic wave) are suitable.
Beschreibung der bezeichneten Timing-Verfahren gemäß Schritt 2 und 3 :Description of the designated timing procedures according to steps 2 and 3:
Die genaue Ableitung der Zeitmarken ist u.a. eine besonders kritische Bedingung für die erfolgreiche Anwendbarkeit des Verfahrens ist, wobei als Timing Verfahren die herkömmlichen Trigger-Verfahren (wie z.B. nach der Schwellenwertmethode) aufgrund der individuell und interindividuell auftretenden Pulskurven-Formvariabilitäten sowie aufgrund der unter- schiedlichen Dynamiken von EKG- und Puls-Signalen sowie verschiedener Artefakte und Baseline-Schwankungen oder Offset- Anteilen für den Einsatz bezüglich des beanspruchten Verfahrens nicht geeignet sind, da diese einerseits zu einem hierbei unzulässig großem time-jitter und auch zu falschen Zeit- marken führen können. Mit dem beanspruchten Timing Verfahren wurde das Problem einer weitgehenden Unabhängigkeit von der jeweils auftretenden Pulskurven-Variabilität, verschiedenen Artefakten und Baseline-Schwankungen gelöst, wodurch eine sichere Ableitung der wahren Triggermarken mit einem time- jitter unterhalb der jeweils auflösbaren Zeitschritte erreicht wird.The exact derivation of the time stamps is, among other things, a particularly critical condition for the successful applicability of the method, whereby the conventional trigger methods (such as according to the threshold value method) are used as the timing method due to the individually and inter-individually occurring pulse curve shape variability and due to the different ones Dynamics of ECG and pulse signals as well as various artifacts and baseline fluctuations or offset components are not suitable for use with regard to the claimed method, since on the one hand these can lead to an inadmissibly large time jitter and also to incorrect time marks , With the claimed timing process the problem of extensive independence from the pulse curve variability, various artifacts and baseline fluctuations was solved, which means that the true trigger marks are reliably derived with a time jitter below the time steps that can be resolved.
a. Bei einer Ausführungsform werden statt der üblichen Schwellenwerte in Form von vorherbestimmten Signalamplituden entsprechende vorherbestimmte Steigungen gewählt und diese als Steigungs-Schwellenwerte (ΔU(t)/Δt)= Si (i=l...n) eingestellt. Im Fall einer ansteigenden Signalflanke dienen diese Si als entsprechende Trigger Kriterien. Im Verlauf des Timing Verfahrens tastet ein jeweils vorherbestimmtes konstan- tes Zeitfenster (Suchfenster Δt) das jeweilige Signal mit den durch die Abtastfrequenz bedingten Zeitschritten ab.Dabei wird jeweils die im konstanten Zeitintervall akut auftretende Steigung ermittelt und mit dem vorgegebenen Steigungs-Schwellenwert Si verglichen. Beim Überschreiten des Steigungs-Schwellenwertes wird eine diesbezügliche Triggermarke gesetzt. Im Fall des EKG-Signals kann die Steigungs-Schwelle so eingestellt werden, dass die Triggerung z.B. in dem Zeitpunkt der Maximalen Steigung der R-Zacke erfolgt. Falls dies erforderlich ist, lassen sich damit auch einzeln oder in Kombination die entsprechenden Zeitmarken und Auftrittszeiten der maximalen Steigungen für die weiteren EKG-Komponenten gewinnen. Im Fall des Puls-Signals kann entsprechend auf den größten systolischen Anstieg bzw. auf den dikroten Anstieg getriggert werden. Die Wahl der ent- sprechend geeigneten Steigungs-Schwellenwerte sowie des Zeitfensters erfolgt durch vorangegangene empirische Untersuchungen. Zum Ausschluss von fehlerhaften Mehrfach- Triggerungen innerhalb derselben Herzaktion wird nach erfolgter erstmaliger Schwellenüberschreitung der Vorgang für eine bestimmte Zeitdauer gesperrt. b. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Timing Verfahren zur exakten und vor allem eindeutigen Bestimmung der jeweiligen Auftrittszeiten für die entspre- chenden Extremwerte (Maxima bzw. Mini a) der korrespondierenden EKG- und Pulssignale eingesetzt wobei außerdem eine Bestimmung der jeweils zugehörigen Maxima bzw. Minima der Blutdruc -Amplitudenwerte (z.B. Systolischer- , Diastoli- scher-Druck und Druckamplitude der Dikroten Welle) erfolgt. Hierzu wird mit Hilfe eines gefensterten Extremwert- Suchverfahrens beim Auftreten der jeweils abgeleiteten Trigger-Zeitmarke ein entsprechend vorherbestimmtes zeitliches Suchfenster eingestellt und das jeweils in diesem Suchfenster auftretende Signal-Maximum bzw. Minimum detektiert. Die frei wählbare Breite des jeweiligen optimalen Suchfensters ergibt sich aufgrund einer vorangehenden empirischen Bestimmung der entsprechenden Pulsbreiten für die entsprechenden Signal-Komponenten des EKG- bzw. Puls-Signals. Mit Hilfe dieser gefensterten Max.- bzw. Min. -Detektion ist demnach eine eindeutige und sichere Bestimmung der Auftrittszeiten und Amplituden aller gewünschten Signal-Komponenten mit der erforderlichen zeitlichen Genauigkeit gegeben.a. In one embodiment, instead of the usual threshold values in the form of predetermined signal amplitudes, corresponding predetermined slopes are selected and these are set as slope threshold values (ΔU (t) / Δt) = Si (i = l ... n). In the case of a rising signal edge, these Si serve as corresponding trigger criteria. In the course of the timing process, a predetermined constant time window (search window Δt) samples the respective signal with the time steps determined by the sampling frequency. The gradient that occurs acutely in the constant time interval is determined and compared with the predetermined gradient threshold value Si. When the slope threshold is exceeded, a trigger mark is set. In the case of the ECG signal, the slope threshold can be set so that triggering takes place, for example, at the time of the maximum slope of the R wave. If this is necessary, the corresponding time stamps and times of occurrence of the maximum gradients for the other ECG components can also be obtained individually or in combination. In the case of the pulse signal, the greatest systolic rise or the dicrotic rise can be triggered accordingly. The appropriate slope threshold values and the time window are selected by previous empirical studies. To rule out faulty multiple triggers within the same heart action, the process is blocked for a certain period of time after the threshold has been exceeded for the first time. b. In a further embodiment of the method, a timing method is used for the exact and, above all, unambiguous determination of the respective occurrence times for the corresponding extreme values (maxima or mini a) of the corresponding ECG and pulse signals, a determination of the respectively associated maxima or Minima of the blood pressure amplitude values (eg systolic, diastolic pressure and pressure amplitude of the dicrotic wave) take place. For this purpose, with the help of a windowed extreme value search method, a correspondingly predetermined time search window is set when the respectively derived trigger time mark occurs and the signal maximum or minimum occurring in this search window is detected. The freely selectable width of the respective optimal search window results from a previous empirical determination of the corresponding pulse widths for the corresponding signal components of the EKG or pulse signal. With the help of this windowed max. Or min. Detection, a clear and reliable determination of the occurrence times and amplitudes of all the desired signal components is thus given with the required temporal accuracy.
c. Aufgrund der in beiden Ableitungen auftretenden prinzi- piell unterschied-liehen Signalform z.B. der R-Zacke des EKG im Verhältnis zur Systolischen Pulskurve ist eine exakte Detektion der Auftrittszeit für das im Verhältnis zur R-Zacke viel breiter ausgeprägte Systolische Maximum grundsätzlich mit einer größeren Ungenauigkeit behaftet . Um hingegen eine optimale PTT-Zeitmessung zu erhalten, werden im Fall der mit dem EKG korrespondierenden Pulskurven die Zeitmarken für die Auftrittszeit des größten systolischen Anstiegs (max. Steigung) verwendet . Hierzu wird bei einer Ausführungsform nach der unter a. beschriebenen Methode nach dem Steigungs- Schwellenwert verfahren. Bei einer weiteren Ausbildungsform wird nach einer vorangehenden entsprechenden Signalglättung die Pulskurve differenziert und dann auf das differenzierte Puls-Signal das unter b. beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Auftrittszeit für das Maximum eingesetzt. Damit ist ebenso die Auftrittzeit für die maximale Steigung einer jeden Komponente der Pulskurve zu ermitteln.c. Because of the principally different signal shape occurring in both leads, for example the R wave of the EKG in relation to the systolic pulse curve, an exact detection of the time of occurrence for the systolic maximum, which is much broader in relation to the R wave, is generally associated with greater inaccuracy , However, in order to obtain an optimal PTT time measurement, in the case of the pulse curves corresponding to the EKG, the time stamps for the time of occurrence of the largest systolic increase (max. Gradient) are used. For this, in one embodiment according to the under a. Use the slope threshold as described. In another form of training after a corresponding signal smoothing, the pulse curve is differentiated and then on the differentiated pulse signal that under b. described method for determining the occurrence time used for the maximum. The occurrence time for the maximum slope of each component of the pulse curve can also be determined in this way.
d. Bei der Signalaufbereitung werden insbesondere die Rohsignale der Puls-kurven einer entsprechenden Glättung unter- zogen. Hierbei werden die jeweils eingesetzten bekannten Glättungsalgorithmen hinsichtlich der Erzielung eines geringst möglichen time-jitters empirisch optimiert. Hierzu werden die jeweils erzielbaren time-jitter unter den wechselnden Bedingungen der Signal- aufbereitung zuvor bestimmt. Auf der Grundlage dieser Daten werden dann entsprechende Optimierungsverfahren durchgeführt und validiert. Dieser Verfahrensschritt ist notwendig aufgrund der multiplen Abhängigkeit des jeweils auftretenden time-jitters und der diesbezüglichen kritischen Zeitmessung u.a. von der vorgegebenen Pulsform, der gewählten Abtastrate und Glättungs-stufe in das beanspruchte Verfahren. Bei einer Ausführungsform hat sich z.B. unter Verwendung einer Abtastrate von 3KHz für die Bestimmung der Auftrittszeit des systolischen Maximums eine Punktglättung mit einer Glättungsstufe von 20 bis 24 Punkten als optimal erwiesen. Hierbei blieb die maximal auftretende zeitliche Abweichung unterhalb von 0.3ms und damit unterhalb eines einzelnen Abtast-Zeitschrittes.d. When processing signals, the raw signals of the pulse curves in particular are subjected to a corresponding smoothing. The known smoothing algorithms used in each case are empirically optimized with a view to achieving the lowest possible time jitter. For this purpose, the time jitter that can be achieved is determined beforehand under the changing conditions of the signal processing. Appropriate optimization procedures are then carried out and validated on the basis of this data. This process step is necessary due to the multiple dependency of the time jitter that occurs and the related critical time measurement, among other things. of the specified pulse shape, the selected sampling rate and smoothing level in the claimed process. In one embodiment, e.g. using a sampling rate of 3 kHz for the determination of the time of occurrence of the systolic maximum, a point smoothing with a smoothing level of 20 to 24 points proved to be optimal. The maximum time deviation that occurred remained below 0.3 ms and thus below a single sampling time step.
e. Mit dem folgenden Schritt werden nun aus den aufbereite- ten EKG-Signalen sowie den simultan erfassten Pulskurven und den dazu jeweils ermittelten Zeitfolgen der bezeichneten Trigger-Zeitmarken die entsprechenden Prozessparameter bestimmt, welche das kardiovaskuläre Systemverhalten kennzeichnen und diese bezüglich ihrer charakteristischen syn- chronen zeitlichen Entwicklung mittels weiterer nachgeschal- teter Repräsentations- sowie Analyseverfahren weiterverarbeitet .e. With the following step, the corresponding process parameters, which characterize the cardiovascular system behavior and these with regard to their characteristic synchronous temporal development, are determined from the prepared ECG signals as well as the simultaneously recorded pulse curves and the respective time sequences of the designated trigger time marks by means of further further processed representation and analysis procedures.
Zu Schritt 3: ist dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte si- multane Zeitreihen ausgewiesen und entsprechend spezifiziert werden, welche aus den mit den vorangehenden Schritten zuvor entsprechend aufbereiteten Messdaten mit Hilfe der bezeichneten a. Timing Verfahren zur Feststellung der bestimmten Auftrittszeiten bezüglich bestimmter Signalkomponenten ent- sprechende Tachometrische Zeitreihen erstellt werden, im Besonderen:Regarding step 3: is characterized in that certain simultaneous time series are identified and specified accordingly, which are derived from the measurement data previously prepared with the preceding steps using the designated a. Timing procedures for determining the specific times of occurrence with respect to certain signal components corresponding tachometric time series are created, in particular:
a. Tachometrische Zeitreihen bezüglich der Herzratenvariabilität HRV(ti) bzw. RR(ti)- Tachogramm und/oder weitere EKG- spezifische ZeitIntervall-Tachogramme wie z.B. PQ (ti) , ST(ti) und/oder weitere Auftrittszeit-Tachogramme P(ti), R(ti), T(ti) innerhalb eines jeden EKG-Komplexes und/oder bezüglich der Puls-Transitzeit-Variabilität PTTV(ti) und/oder weiterer Pulskurven- spezifische Zeitintervall- bzw. Auftrittszeit-Tachogramme hinsichtlich der Systolischen-, Diastolischen- Komponente sowie der Dikroten Welle u.a.und,a. Tachometric time series with regard to the heart rate variability HRV (ti) or RR (ti) tachogram and / or further ECG-specific time interval tachograms such as e.g. PQ (ti), ST (ti) and / or further occurrence tachograms P (ti), R (ti), T (ti) within each ECG complex and / or with regard to the pulse transit time variability PTTV (ti) and / or further pulse curve-specific time interval or occurrence time tachograms with regard to the systolic, diastolic component and the dicrotic wave, etc.,
-dass außerdem bestimmte b. Parametrische Zeitreihen erstellt werden, wobei die diesbezüglichen Parameter, Kennwer- te oder Merkmale aufgrund bestimmter Parameter Evaluierungsverfahren ermittelt werden, im Besonderen:-that certain b. Parametric time series are created, the relevant parameters, parameters or characteristics being determined on the basis of certain parameter evaluation methods, in particular:
Parametrische Zeitreihen bezüglich der Blutdruckkurven erstellt werden, wobei bestimmte kennzeichnende Parameter anhand der absoluten bzw. relativen Blutdruckwerte und/oder anhand von bestimmten, die Pulsform betreffenden Merkmale evaluiert werden, z.B. dadurch, dass bestimmte ausgezeichnete Werte des systolischen, diastolischen-Blutdrucks sowie die Maximal-Amplituden der Dikroten Welle herangezogen und auf bestimmte Weise verrech- net werden, indem die diesbezüglichen Druckdifferenzen, Druckquotienten und/oder die Integralwerte eines bestimmten Flächensegmentes ermittelt werden und/oder indem daraus bestimmte Differenzen oder Quotienten gebildet werden und/oder dass durch Anwendung bekannter nachgeschalteter Signal- Analyseverfahren (z.B. Fourier-Analyse, Korrelationsanalyse, Wavelet-Analyse u.a.) bestimmte ein- bzw. mehrdimensionale Pulsform-spezifische Merkmale gewonnen werden, welche z.B. in Form von entsprechenden Merkmalvektoren und/oder Merkmal- räumen zusammengefasst werden, welche als bestimmte Parametrische Zeitreihen die sukzessive Entwicklung der Pulsform-Variabilität in signifikanter Weise wiedergeben.Parametric time series with respect to the blood pressure curves are created, with certain characteristic parameters being evaluated on the basis of the absolute or relative blood pressure values and / or on the basis of certain characteristics relating to the pulse shape, for example by the fact that certain excellent values of the systolic, diastolic blood pressure and the maximum Amplitudes of the dicrotic wave are used and offset in a certain way. be determined by determining the relevant pressure differences, pressure quotients and / or the integral values of a specific area segment and / or by forming certain differences or quotients therefrom and / or by using known downstream signal analysis methods (e.g. Fourier analysis, correlation analysis, wavelet -Analysis, among other things), certain one-dimensional or multi-dimensional pulse shape-specific features are obtained, which are summarized, for example, in the form of corresponding feature vectors and / or feature spaces, which, as certain parametric time series, reproduce the successive development of the pulse shape variability in a significant manner.
Beschreibung der bezeichneten Zeitreihen- Repräsentationsverfahren gemäß Schritt 3 (Zeitreihen Repräsentationen der verschiedenen Variabilitäten) :Description of the designated time series representation method according to step 3 (time series representations of the different variabilities):
a. Tachometrische Zeitreihen: kennzeichnen verschiedene zeit- dispersive Variabilitäten und Fluktuationen bzgl. bestimmter spezifizierter Zeitintervalle hinsichtlich der Auftrittszeiten verschiedener ausgezeichneter Signalkomponenten. Hinsichtlich der Vielzahl der aufgrund des Verfahrens ermittelbaren systemspezifischen Zeitintervalle ergeben sich multiple Varianten unterschiedlicher Tachometrischer Zeitrei- hen.a. Tachometric time series: characterize various time-dispersive variabilities and fluctuations with regard to certain specified time intervals with regard to the occurrence times of various excellent signal components. With regard to the large number of system-specific time intervals that can be determined using the method, there are multiple variants of different tachometric time series.
Im Besonderen werden aus der Zeitreihe bezüglich der Auftrittszeiten aufeinander folgender R-Zacken die jeweiligen zeitlichen Abstände ermittelt.In particular, the respective time intervals are determined from the time series with regard to the appearance times of successive R waves.
Die zeitliche Entwicklung der hierbei auftretenden regulatorisch bedingten signifikanten Zeitdifferenzen aufeinanderfolgender R-R-Intervalle kennzeichnet somit die Herzratenvariabilität (HRV) . Durch die Repräsentation des zeitlichen Verlaufs der aktuell auftretenden R-R -Intervallzeit für je- weils zwei aufeinander-folgende Herzschläge wird die HRV(ti) für i=l...N Schläge) in Form eines HRV-Tachogramms dargestellt.The temporal development of the regulatory-related significant time differences of successive RR intervals that occur thereby characterizes the heart rate variability (HRV). By representing the time course of the currently occurring RR interval time for each because two consecutive heartbeats, the HRV (ti) for i = 1 ... N beats) is shown in the form of an HRV tachogram.
In entsprechender Weise wird aus der Zeitdifferenz zwischen der aus dem EKG-Signal ermittelten Auftrittszeit der R-Zacke und der mit einer entsprechenden Verzögerung erscheinenden Auftrittszeit eines bestimmten ausgezeichneten Amplitudenbzw. Steigungswertes z.B. Amplitudenmaxima der Systole oder der Dikroten Welle bzw. deren Steigungsmaxima im Verlauf einer mit der aktuellen Herzerregung korrespondierenden Pulskurve für die jeweils ausgewählte Position des arteriellen Blutdruck-Sensors die entsprechende Puls-Transitzeit (PTT) bestimmt. Die fortlaufende zeitliche Entwicklung der bei je- der Herzaktion signifikant variierenden PTT kennzeichnen somit als PTT-Variabilität PTTV= PTT(ti) die Dynamik vaskulä- rer Regulations- Ereignisse und kann demzufolge als PTT- Zeitreihe in Form eines PTT- Tachogramms dargestellt werden.Correspondingly, the time difference between the occurrence time of the R wave, determined from the EKG signal, and the occurrence time of a certain excellent amplitude or respectively, which appears with a corresponding delay, Slope value e.g. Amplitude maxima of the systole or the dicrotic wave or their gradient maxima in the course of a pulse curve corresponding to the current heart excitation determines the corresponding pulse transit time (PTT) for the respectively selected position of the arterial blood pressure sensor. The continuous temporal development of the PTT, which varies significantly with each heart action, thus characterize the dynamics of vascular regulation events as PTT variability PTTV = PTT (ti) and can therefore be represented as a PTT time series in the form of a PTT tachogram.
Im Fall einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden die HRV(ti) sowie die PTTV(ti) auch anhand von zwei an unterschiedlichen Ableitpositionen registrierten arteriellen Blutdruck-Kurven z.B. A. brachialis und A. femoralis bestimmt. Hierbei wird die HRV(ti) anhand einer ausgewählten und fortlaufend registrierten Blutdruck-Kurve aufgrund der diesbezüglichen Zeitdifferenz jeweils zweier aufeinanderfolgender Pulsschläge bestimmt, wobei z.B. die entsprechenden zeitlichen Abstände der Zeitmarken für die Auftrittszeiten konsekutiver systolischer Steigungsmaxima ermittelt werden. Die PTTV(ti) ergeben sich in entsprechender Weise durch die jeweilige Zeitdifferenz mit der die jeweilige Pulswelle zunächst den herznäheren (proximalen) und daraufhin den herz- ferneren (distalen) Ableitort erreicht. Die entsprechenden signifikant variierenden Zeitdifferenzen zwischen den dies- bezüglichen Auftrittszeiten für die entsprechenden ausge- zeichneten Amplituden- bzw. Steigungswerte aus beiden Pulskurven werden dann anhand der jeweiligen Zeitmarken ermittelt.In the case of a special embodiment of the method, the HRV (ti) and the PTTV (ti) are also determined on the basis of two arterial blood pressure curves registered at different derivation positions, for example the brachial artery and the femoral artery. Here, the HRV (ti) is determined on the basis of a selected and continuously registered blood pressure curve on the basis of the relevant time difference in each case of two successive pulse beats, the corresponding time intervals of the time stamps for the occurrence times of consecutive systolic gradient maxima being determined, for example. The PTTV (ti) result in a corresponding manner from the respective time difference with which the respective pulse wave first reaches the heart (proximal) and then the heart (distal) lead. The corresponding significantly varying time differences between the relevant performance times for the corresponding The amplitude or slope values drawn from the two pulse curves are then determined on the basis of the respective time marks.
Die parallele und synchrone pulse- train- Repräsentation der zeitlichen Entwicklung der HRV(ti) und PTTV(ti) kann wiederum in Form zweier Tachogramm-Darstellungen erfolgen. Entsprechend wird auch beim Einsatz weiterer distal an verschiedenen Ableitpositionen angebrachter Pulsaufnehmer ver- fahren, wobei die entsprechenden PTT für die diesbezüglichen arteriellen Gefäßabschnitte bestimmt werden.The parallel and synchronous pulse-train representation of the temporal development of HRV (ti) and PTTV (ti) can again take the form of two tachograms. A corresponding procedure is also used when using further pulse recorders attached distally to different derivation positions, the corresponding PTT being determined for the relevant arterial vessel sections.
Im Hinblick auf eine genaue zeitliche Zuordnung bestimmter resultierender regulatorischer kardiovaskulärer Zustandsän- derungen im Zusammenhang mit der Einleitung besonderer klinischer Interventionen oder im Zusammenhang mit der Fixierung der Zeitpunkte von entsprechenden Probenentnahmen bei einer begleitenden in-vitro- Labordiagnostik und/oder zur Kennzeichnung bestimmter ausgezeichneter regulatorischer E- pisoden können diese durch extern auslösbare Zeitmarken in den diesbezüglichen Darstellungen entsprechend markiert werden.With regard to an exact chronological assignment of certain resulting regulatory cardiovascular status changes in connection with the initiation of special clinical interventions or in connection with the fixing of the times of corresponding sampling with accompanying in-vitro laboratory diagnostics and / or for the identification of certain excellent regulatory E - Pisodes can be marked accordingly in the relevant displays by means of externally triggered time stamps.
Des weiteren können aus den EKG-Signalen durch Anwendung des beschriebenen Timing Verfahrens weitere, die Myokard- Erregungsvorgänge kennzeichnende Zeitintervalle, wie z.B. PQ-Intervalle, QT-Intervalle, ST-Strecken und/oder QRS- Gruppen und ihre diesbezüglichen Variabilitäten bestimmt und auf unterschiedliche Weise in Form von Tachogrammen und/oder verschiedenartigen seif organization feature maps repräsentiert und dargestellt werden.Furthermore, from the EKG signals, by using the described timing method, further time intervals characterizing the myocardial excitation processes, e.g. PQ intervals, QT intervals, ST routes and / or QRS groups and their related variabilities are determined and represented and displayed in different ways in the form of tachograms and / or different types of seif organization feature maps.
b. Parametrische Zeitreihen: kennzeichnen verschiedene Para- meter-dispersive Variabilitäten und Fluktuationen einerseits bzgl . bestimmter ausgezeichneter Blutdruck-Amplitudenwerte bzw. Amplituden Differenzen und/oder Amplituden Verhältnisse und andererseits bzgl . bestimmter signifikanter Pulsform- Veränderungen bei entsprechenden Pulssignal-Komponenten. (Hinsichtlich der Gewinnung entsprechender parametrischer Zeitreihen sind wiederum vielfältige Varianten möglich.)b. Parametric time series: characterize various parameter-dispersive variabilities and fluctuations on the one hand with regard to certain excellent blood pressure amplitude values or amplitude differences and / or amplitude ratios and on the other hand regarding certain significant changes in pulse shape with corresponding pulse signal components. (With regard to the acquisition of corresponding parametric time series, a wide range of variants is again possible.)
Außer den unter a. beschriebenen Tachometrischen Zeitreihen können mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens aus den jeweiligen Pulskurven neben den genannten zeit-dispersiven Fluk- tuationen und Variabilitäten auch entsprechende signifikante dynamische Veränderungen der Pulsformen und Fluktuationen der Blutdrücke ermittelt werden. Bei der kontinuierlichen online- Erfassung jeder einzelnen Pulskurve lassen sich mit Hilfe entsprechender bekannter Analysemethoden und bestimm- ter Auswerteverfahren entsprechende klinisch relevante Kennwerte oder Prozess- Parameter gewinnen, welche ebenso in die weiter oben genauer bezeichneten Meta-Repräsentations- und Darstellungsformen eingehen. Hierbei sind u.a. die folgenden Analysen und Auswertungen denkbar:In addition to those under a. The tachometric time series described can be determined with the aid of the claimed method from the respective pulse curves in addition to the time-dispersive fluctuations and variabilities mentioned, as well as corresponding significant dynamic changes in the pulse shapes and fluctuations in blood pressure. With the continuous online recording of each individual pulse curve, corresponding clinically relevant characteristic values or process parameters can be obtained with the aid of corresponding known analysis methods and certain evaluation methods, which also go into the meta-representation and representation forms described in more detail above. Among other things, the following analyzes and evaluations are conceivable:
Feststellung bestimmter ausgezeichneter Butdruckwerte wie z.B. der Systolischen, Diastolischen und Dikroten Druckwerte und Ermittlung ihrer Variabilitäten bzw. FluktuationenDetermination of certain excellent but pressure values such as the systolic, diastolic and dicrotic pressure values and determination of their variabilities or fluctuations
Zeitreihen Repräsentation der dynamischen Entwicklung der Pulskurven selbst bzw. der Entwicklung der absoluten bzw. relativen Systolischen-, Diastolischen-, und/oder Dikroten Blutdruckwerte und/oder der daraus ermittelten entsprechenden Druckdifferenzen (z.B.Δ p =p (syst) -p (diast) ; bzw. p (syst) -p (dikr) etc.) und/oder der entsprechenden Druck Verhältnisse (z.B. Druckwert Quotienten) - Ermittlung von absoluten bzw. relativen Integralen Kennwerten sowie der diesbezüglichen Differenzen und/oder Quotienten aus den entsprechenden Flächensegmenten der Pulskurve und ihrer Variabilitäten und Fluk- tuationenTime series representation of the dynamic development of the pulse curves themselves or the development of the absolute or relative systolic, diastolic, and / or dicrotic blood pressure values and / or the corresponding pressure differences determined therefrom (eg Δ p = p (syst) -p (diast); or p (syst) -p (dikr) etc.) and / or the corresponding pressure ratios (e.g. pressure value quotient) - Determination of absolute or relative integral characteristic values as well as the related differences and / or quotients from the corresponding surface segments of the pulse curve and their variabilities and fluctuations
Ermittlung von entsprechenden kennzeichnenden formspezifischen Parametern aus dem registrierten Blutdruck- Kurvenverlauf aufgrund der gesonderten oder kombinier- ten Anwendung bekannter Signalanalyse Verfahren (z.B Fourier- bzw. Spektral-Analyse, Korrelationsanalyse, Wavelet-Analyse u.a.) und/oder Extraktion entsprechender Merkmale sowie Erzeugung von mehrdimensionalen Merkmal-Vektoren und Bestimmung ihrer Variabilitäten und Fluktuationen (z.B. Merkmal-Vektoren in Form von Spektralamplituden bei n vorbestimmten Frequenzen (f1, f2, .. , fn) bzw. durch die aus dem Puls-Signal ermittelten Werte für eine bestimmte Anzahl k der Wavelet- Koeffizienten (λl, λ2,...,λk) etc.)Determination of corresponding characteristic shape-specific parameters from the registered blood pressure curve profile based on the separate or combined application of known signal analysis methods (eg Fourier or spectral analysis, correlation analysis, wavelet analysis, etc.) and / or extraction of corresponding features and generation of multidimensional ones Characteristic vectors and determination of their variabilities and fluctuations (eg characteristic vectors in the form of spectral amplitudes at n predetermined frequencies (f1, f2, .., fn) or by means of the values determined from the pulse signal for a specific number k of the wavelet - coefficients (λl, λ2, ..., λk) etc.)
c . Puls-train-Repräsentationen: kennzeichnen den chronologischen und zeit-korrelierten Zusammenhang multipler Tachometrischer- und Parametrischer- simultaner Zeitreihen durch ihre zeitsynchrone parallele Zusammenfassung und Darstellung. (Auch hierbei sind vielzählige Varianten möglich)c. Pulse-train representations: characterize the chronological and time-correlated relationship of multiple tachometric and parametric simultaneous time series through their time-synchronous parallel summary and display. (Numerous variants are also possible here)
-Die komplexe Dynamik der reflektorischen Regulationsereignisse ist hinsichtlich der kardialen Ereignisse maßgeblich in der zeitlichen Entwicklung der HRV(ti) repräsen- tiert und wird in Form von entsprechenden Tachogrammen gemäß Abschnitt a. dargestellt. Hierzu werden die aus den diesbezüglich abgeleiteten Zeitmarken die variablen R-R- Abstände als Ordinatenwerte bei jeweils aufeinanderfolgenden Herzschlägen auf einer Zeit-Achse dargestellt. - Die Dynamik hinsichtlich der unter der Einwirkung bestimmter vegetativer Efferenzen reflektorisch beeinfluss- ten Myokard Erregungsvorgänge ist zudem auch in der zeitlichen Entwicklung der entsprechenden Zeitintervalle rep- räsentiert, welche die spezifische Myokard Erregung kennzeichnen. Entsprechend werden z.B. die PQ- bzw. QT- Intervalle und/oder ST-Strecken und/oder QRS-Gruppen ebenso durch entsprechende Tachogramme gemäß Abschnitt a. auf weiteren parallelen Zeit-Achsen dargestellt. In entspre- chender Weise ergeben sich z.B die PQV(ti) , QTV(ti) , STV(ti) aufgrund der entsprechenden abgeleiteten Zeitmarken innerhalb einer jeweiligen Herzaktion.-The complex dynamics of the reflex regulatory events are largely represented in the temporal development of the HRV (ti) with regard to the cardiac events and are represented in the form of corresponding tachograms according to section a. shown. For this purpose, the variable RR intervals are shown as ordinate values for successive heartbeats on a time axis from the time marks derived in this regard. - The dynamics with regard to the myocardial excitation processes influenced by the influence of certain vegetative efferences is also represented in the temporal development of the corresponding time intervals which characterize the specific myocardial excitation. Correspondingly, for example, the PQ or QT intervals and / or ST sections and / or QRS groups are also determined by corresponding tachograms in accordance with section a. shown on further parallel time axes. The PQV (ti), QTV (ti), STV (ti), for example, result in a corresponding manner on the basis of the corresponding derived time stamps within a respective heart action.
-Die efferenten Einflüsse auf die Vasomotorik und ihre Dy- namik sind in Form der Variabilität der akuten Pulswellen- Ausbreitungsgeschwindigkeit repräsentiert, wobei sich die diesbezüglichen vaskularen Ereignisse in der zeitlichen Entwicklung der jeweiligen PTTV(ti) des durch die entsprechende Ableitposition des betreffenden Pulssensors festge- legten Gefäßabschnittes manifestieren. Die den diesbezüglichen Gefäßabschnitten zugeordneten PTTV(ti) werden wiederum gemäß Abschnitt a. tachographisch auf einer diesbezüglichen Zeit-Achse dargestellt.The efferent influences on the vasomotor system and its dynamics are represented in the form of the variability of the acute pulse wave propagation speed, whereby the relevant vascular events are determined in the temporal development of the respective PTTV (ti) by the corresponding derivation position of the relevant pulse sensor. placed vessel section manifest. The PTTV (ti) assigned to the relevant vessel sections are again determined in accordance with section a. represented tachographically on a relevant time axis.
- Bestimmte zeitliche Variabilitäten hinsichtlich der hä- modynamischen Determinanten, welche ebenso die Dynamik und spezifischen Ausprägung der jeweiligen Blutdruck-Kurve kennzeichnen, werden zudem durch die zeitliche Entwicklung der entsprechenden Zeitintervalle (z.B. Pulsbreite der Systolischen- und/oder Dikroten Welle und/oder Dauer der- Certain temporal variabilities with regard to the hemodynamic determinants, which also characterize the dynamics and specific characteristics of the respective blood pressure curve, are also affected by the temporal development of the corresponding time intervals (e.g. pulse width of the systolic and / or dicrotic wave and / or duration of the
Diastole und/oder Zeitintervall zwischen der Auftrittszeit der Systole und Dikroten Welle u.a.) repräsentiert und auf entsprechende Weise gemäß Abschnitt a. tachographisch auf einer diesbezüglichen Zeit-Achse dargestellt. - Bestimmte Pulsform-Variabilitäten in der jeweils ausgeprägten Blutdruck-Kurve werden einerseits durch die im Abschnitt b. näher bezeichneten Werte für bestimmte ausgewiesene Blutdruck-Amplituden sowie durch die entsprechen- den jeweils ermittelten formspezifischen Parameter und Kennwerte in ihrem zeitlichen Verlauf als diesbezügliche Zeit-Spur dargestellt.Diastole and / or time interval between the time of occurrence of the systole and dicrotic wave, etc.) represents and in a corresponding manner according to section a. represented tachographically on a relevant time axis. - Certain pulse shape variabilities in the respective pronounced blood pressure curve are on the one hand by the in section b. Values specified in more detail for certain reported blood pressure amplitudes and represented by the corresponding shape-specific parameters and characteristic values in their chronological course as a relevant time trace.
Zusätzlich können ebenso alle diesbezüglich erfassten Signale selbst (EKG, Blutdruckkurven) zeitsynchron in Verbindung mit den jeweiligen Tachogrammen und den genannten daraus abgeleiteten Parametern und Kenngrößen auf weiteren Zeit-Achsen dargestellt werden.In addition, all the signals recorded in this regard (ECG, blood pressure curves) can also be displayed on other time axes synchronously in connection with the respective tachograms and the parameters and parameters derived therefrom.
Durch entsprechende simultane und mehrkanalige puls-train- Darstellungen aller aufgrund des Verfahrens verfügbaren tachometrischen- sowie parametrischen- Zeitreihen erhält der Anwender durch entsprechende Darstellung der jeweils ausgewählten Varianten eine entsprechende Übersicht hin- sichtlich der aktuellen Variabilitäten und Fluktuationen multipler Parameter, Kenngrößen und Signale sowie ihrer zeitlichen Entwicklung, welche das kardiovaskuläre Systemverhalten kennzeichnen.Appropriate simultaneous and multichannel pulse train displays of all tachometric and parametric time series available due to the method provide the user with a corresponding overview of the current variabilities and fluctuations of multiple parameters, parameters and signals as well as theirs by displaying the respectively selected variants temporal development, which characterize the cardiovascular system behavior.
Aus den verschiedenen zeitsynchronen parallel dargestellten multiplen Zeitreihen- und Signalverläufen lassen sich bestimmte klinisch signifikante Kovarianzen, Korrelationen und/oder Trendverläufe bezüglich der kardiovaskulären Ereignisse feststellen und mit den diesbezüglichen verschie- denartigen klinischen Interventionen oder zirkulatorischenCertain clinically significant covariances, correlations and / or trend trends relating to the cardiovascular events can be determined from the various time-synchronized multiple time series and signal courses shown in parallel, and with the related various clinical interventions or circulatory ones
Belastungen und/oder mit weiteren zusätzlich ermittelten Vitalparametern und/oder Labordiagnostischen Daten in direkten Zusammenhang bringen. Diese Form der Repräsentation mag für viele klinische Anwendungsf lle grundsätzlich ge- eignet sein, die Variabilität und Stabilität des Herz- Kreislauf Systems anhand von weitgehend phänomenologisch orientierten Auswerte -verfahren zu beurteilen.Relate stresses and / or directly to other additionally determined vital parameters and / or laboratory diagnostic data. This form of representation may in principle be suitable for many clinical applications, the variability and stability of the cardiac Circuit systems to be assessed using largely phenomenologically oriented evaluation processes.
Beschreibung der bezeichneten Meta-Repräsentationen und Ana- lyse-Verfahren gemäß Schritte 4,5,6 :Description of the designated meta-representations and analysis method according to steps 4,5,6:
Darüber hinaus werden zur gesonderten Darstellung der dynamischen Entwicklung des kardiovaskulären Systemverhaltens in Verbindung mit den synchron dazu erfassten zusätzlichen Pro- zess- Parametern weitere geeignete Meta- Repräsentationen erstellt wie z.B. in Form von Lorenz- Plots, Phasenräumen, Parameterräumen, Trajektorien-Plots, Poincare-Plots u.a. geeigneten aus der Systemtheorie sowie der Nichtlinearen Dynamik bekannten Mapping -Verfahren (seif-organization feature maps) , welche die jeweilige strukturdynamische Entwicklung kennzeichnen.In addition, further suitable meta-representations are created for separate representation of the dynamic development of cardiovascular system behavior in connection with the additional process parameters recorded synchronously with it, e.g. in the form of Lorenz plots, phase spaces, parameter spaces, trajectory plots, Poincare plots, etc. Suitable mapping processes (seif organization feature maps) known from system theory and nonlinear dynamics, which characterize the respective structural dynamic development.
Meta-Repräsentationen: kennzeichnen verschiedene Zustands- dispersive Variabilitäten und Fluktuationen bzgl . bestimmter spezifizierter mehrdimensionaler Meta-Repräsentationen, wobei ein entsprechender Zustandsvektor aufgrund mehrerer bestimmter ermittelter Zustands-Variablen in einem n- dimensionalen Zustandsraum und/oder durch entsprechende Rekonstruktionsverfahren ein n-dimensionaler Phasenraum und/oder entsprechende seif- organizing- feature-maps gebildet werden. (Auch hierbei sind zahlreiche unterschiedliche Varianten möglich)Meta representations: characterize various state-dispersive variabilities and fluctuations with regard to certain specified multidimensional meta-representations, a corresponding state vector being formed on the basis of a plurality of determined state variables in an n-dimensional state space and / or by means of corresponding reconstruction methods an n-dimensional phase space and / or corresponding soap-organizing feature maps. (Numerous different variants are also possible here)
Die Beurteilung impliziter autonomer komplexer strukturdyna- mischer regulatorischer Zusammenhänge kann hingegen erst dann in Aussicht gestellt werden, wenn die maßgeblichen kardiovaskulären komplexen dynamischen Ordnungszustände aus den vorliegenden Messdaten entsprechend herauspräpariert werden und damit auch einer expliziten Exploration und Analyse zu- gänglich gemacht werden. Diese Ordnungszustände manifestie- ren sich somit in Form entsprechender Ordnungsparameter und weisen zudem eine bestimmte spezifische Abhängigkeit von bestimmten physiologischen Kontrollparametern auf. Dies geschieht Hilfe der im Folgenden beschriebenen unterschiedli- chen Formen von Meta-Repräsentationen durch n-dimensionale Zustandsräume bzw. Phasenräume auf der Grundlage der gemessenen Zeitreihen, wobei durch die jeweils aktuell zugrundeliegende Dynamik ein entsprechender Fluss definiert wird, dessen Eigenschaften dann mit Hilfe einer nachgeschalten A- nalyse untersucht werden kann. Hierzu bedarf es entsprechend geeigneter Meta-Repräsentations-Verfahren welche die Rekonstruktion der Trajektorien, bzw. Iteriertenfolgen oder Attraktoren in einem N-dimensional eingebetteten Zustandsraum (Phasenraum) beinhalten und gegebenenfalls noch weitere zusätzliche Darstellungs-Verfahren zur Erzeugung von sog. Zustands-Portraits und Projektion auf eine entsprechend nie- derdimensionalere Mannigfaltigkeit zur Exploration von hö- herdimensionalen Zustandsräumen durch geeignete Projektione- nen bzw. Abbildungen und/oder bestimmte seif organization feature maps .The assessment of implicit autonomous, complex, structural-dynamic regulatory relationships, on the other hand, can only be promised if the relevant cardiovascular complex, dynamic order states are appropriately prepared from the available measurement data and thus also made available for explicit exploration and analysis. These states of order manifest Ren thus in the form of appropriate ordering parameters and also have a certain specific dependence on certain physiological control parameters. This is done with the help of the different forms of meta-representations described below through n-dimensional state spaces or phase spaces on the basis of the measured time series, a corresponding flow being defined by the currently underlying dynamics, the properties of which are then followed by a Analysis can be examined. Appropriate meta-representation methods are required for this, which include the reconstruction of the trajectories or iterative sequences or attractors in an N-dimensionally embedded state space (phase space) and, if necessary, further additional display methods for generating so-called state portraits and projection to a correspondingly lower-dimensional diversity for the exploration of higher-dimensional state spaces by means of suitable projections or images and / or certain seif organization feature maps.
Die erfindungsgemäße Anwendung all dieser Meta- Repräsentations-Verfahren wird dadurch begründet, dass das Gesamtverhalten eines komplexen Systems grundsätzlich einfa- eher zu beobachten und zu charakterisieren ist, als eines seiner Teile d.h. aus der beschränkten Beobachtung eines einzelnen physiologischen Phänomens z.B. einer ausgewählten Signalverlaufes oder einer HRV(ti) Tachogramm- eitreihe erscheint das Systemverhalten undurchschaubar komplex. Die Repräsentation hinsichtlich einer größeren Gesamtheit wird durch die simultan ermittelten multiplen kreislaufphysiologischen Determinanten zu einem entsprechenden Ensemble von Daten und ihre bestimmte Form der mehrdimensionalen MetaRepräsentation reduzieren einerseits auf signifikante Weise die Komplexität für den Beobachter und lässt andererseits die Anwendbarkeit mathematischer Analysemethoden zur Charakterisierung strukturdynamischer Systemzustände und Moden zu.The use of all these meta-representation methods according to the invention is justified by the fact that the overall behavior of a complex system is fundamentally easier to observe and characterize than one of its parts, ie from the limited observation of a single physiological phenomenon, for example a selected signal curve or one HRV (ti) tachogram series shows the system behavior impenetrably complex. The representation with respect to a larger totality becomes a corresponding ensemble of data through the simultaneously determined multiple circulatory physiological determinants and its certain form of the multidimensional MetaRepresentation on the one hand significantly reduce the complexity for the observer and on the other hand it leaves the applicability of mathematical analysis methods for the characterization of structural dynamic system states and modes.
Zu 4. und 5. Schritt: Rekonstruktionsverfahren und Optimie- rungsverfahren zur Rekonstruktion von Meta-RepräsentationenFor step 4 and 5: Reconstruction procedures and optimization procedures for the reconstruction of meta representations
a . Lorenz-Plot-Repräsentationen:a. Lorenz plot representations:
Eine weitere Meta- Repräsentation welche sich aus den oben bezeichneten Intervallzeiten wie z.B. der HRV(ti)- oder PTTV(ti) -Tachogrammen erstellen lässt, bietet der sog. Lo- renz-Plot. Mit dieser Repräsentations-Methode werden jeweils n aufeinanderfolgende Intervallzeiten, n=2,3,...k zu einem n-dimensionalen Zustandsvektor zusammengefasst und dessen zeitliche Entwicklung im Verlauf der Untersuchung kontinu- ierlich erfasst wird. Für den Fall einer zwei- bzw. dreidimensionalen Darstellung des Lorenz-Plots markieren diese Zustandsvektoren entsprechende Punkte in der Fläche bzw. im Raum. Im Verlauf der zeitlichen Entwicklung der Zustandsvektoren werden im dargestellten Koordinatenraum unterschied!i- ehe Gebiete eingenommen. Die Ausbildung charakteristischer Verteilungen, Trajektorien oder Attraktoren dient zur Charakterisierung und Kennzeichnung der jeweils durchlaufenen Dynamischer Moden, sowie u.a. zur Klassifizierung der Art der systemspezifischen Dynamik und Stabilität sowie der Unter- Scheidung von periodischem, quasiperiodischem, stochasti- schem, deterministischem oder chaotischem Systemverhalten. Somit lassen sich jeweils die entsprechenden Lorenz-Plots aus den zugeordneten und aufgrund des Verfahrens verfügbaren Tachogramm Datensätzen erstellen.Another meta-representation which results from the interval times described above, e.g. the HRZ (ti) or PTTV (ti) tachogram can be created using the so-called Lorenz plot. With this representation method, n consecutive interval times, n = 2,3, ... k are combined to form an n-dimensional state vector and its temporal development is continuously recorded in the course of the investigation. In the case of a two- or three-dimensional representation of the Lorenz plot, these state vectors mark corresponding points in the surface or in space. In the course of the temporal development of the state vectors, a distinction is made in the coordinate space shown! The formation of characteristic distributions, trajectories or attractors serves to characterize and identify the dynamic modes that have been passed through, as well as, among other things. to classify the type of system-specific dynamics and stability as well as to differentiate between periodic, quasi-periodic, stochastic, deterministic or chaotic system behavior. In this way, the corresponding Lorenz plots can be created from the assigned tachogram data sets available on the basis of the method.
Zur Kennzeichnung von bestimmten Untersuchungsphasen oder signifikanter Episoden oder zur Zuordnung zu bestimmten Interventionen oder Belastungen können die diesbezüglichen Punkte des Lorenz-Plots entsprechend graphisch oder farblich markiert werden. b. arameter-Raum-Repräsentationen:In order to identify certain examination phases or significant episodes or to assign them to certain interventions or burdens, the relevant points of the Lorenz plot can be marked graphically or in color. b. arameters-space representations:
Eine weitere Meta-Repräsentation, welche sich aus den oben bezeichneten simultan erfassten tachometrischen- und/oder parametrische Zeitreihen (z.B. mehrere ausgezeichnete Blutdruckwerte bzw. Druckdifferenzen und/oder ausgewählte Pulsform-Kenngrößen und ausgewählte Intervallzeiten) zu einem n- dimensionalen Parameter-Vektor zusammenfassen. Die Parameter-Räume können entweder aufgrund der Absolutwerte der diesbezüglichen Zustandsvariablen oder auf entsprechend normierten Relativwerten basieren.Another meta-representation, which can be summarized from the above-mentioned simultaneously recorded tachometric and / or parametric time series (e.g. several excellent blood pressure values or pressure differences and / or selected pulse shape parameters and selected interval times) to form an n-dimensional parameter vector. The parameter spaces can either be based on the absolute values of the relevant state variables or on correspondingly standardized relative values.
c. Zustandsraum (Phasenraum) Repräsentationen:c. State space (phase space) representations:
Bestimmte Analyseverfahren zur Evaluierung komplexer Dynami- scher Zustände basieren auf der Untersuchung des Verhaltens bestimmter rekonstruierter Kreislauf Attraktoren, welche in entsprechenden rekonstruierten n-dimensionalen Phasenräumen eingebettet sind. Der Vorteil dieses Analyseverfahrens liegt darin begründet, dass sämtliche maßgeblichen Einflüsse, wel- ehe im regulativen Zusammenhang mit der aktuellen Kreislaufsituation stehen, auch Teil des diesbezüglichen Attraktors im Phasenraum sind.Certain analysis methods for evaluating complex dynamic states are based on the investigation of the behavior of certain reconstructed circuit attractors, which are embedded in corresponding reconstructed n-dimensional phase spaces. The advantage of this analysis method lies in the fact that all relevant influences, which have a regulatory connection with the current circulatory situation, are also part of the related attractor in the phase space.
Grundsätzlich sind auch hierbei vielfältige Varianten der Phasenraum-Rekonstruktion denkbar. Hierbei werden zunächst diejenigen Varianten favorisiert, welche für die Kreislauf- Regulation als wesentliche und relevante MetaRepräsentationen angesehen werden und welche aufgrund von leicht zu ermittelnder kardiovaskulärer Größe wie z.B. aus den EKG- und Puls-Signalen zu rekonstruieren sind. Liegen einem untersuchten Systemverhalten des Kreislaufes determinierte Vorgänge zugrunde, so kann der zeitliche Verlauf einer einzigen Zustandsvariablen bereits alle wesentlichen Informationen über die gesamte Dynamik des Systems enthalten, welche mit Hilfe einer Phasenraum Rekonstruktion auf signifikante Weise repräsentiert wird.Basically, a variety of variants of the phase space reconstruction are also conceivable here. First of all, those variants are favored which are regarded as essential and relevant MetaRepresentations for the circulatory regulation and which are to be reconstructed on the basis of easy-to-determine cardiovascular size, for example from the ECG and pulse signals. If determined system behavior of the circuit is based on determined processes, the time profile of a single state variable can already contain all the essential information about the overall dynamics of the system, which is represented in a significant way with the help of a phase space reconstruction.
Allgemein sind zwei unterschiedliche Verfahren der Phasenraum-Rekonstruktion möglich, welche jeweils auf den Signal- verlauf einer ausgewählten Zustandsvariablen angewendet werden (z.B. aus einem kontinuierlich abgeleiteten EKG- oder Pulskurven-Signalverlauf oder anhand eines kontinuierlichen Tachographischen- bzw. Parametrischen- Signalverlaufs) .In general, two different methods of phase space reconstruction are possible, each of which is applied to the signal curve of a selected state variable (e.g. from a continuously derived ECG or pulse curve signal curve or using a continuous tachographic or parametric signal curve).
Beim ersten Rekonstruktionsverfahren wird ein n- dimensionaler Phasenraum dadurch aufgespannt, dass eine Koordinate das jeweils erfasste Signal selbst enthält, wobei jede weitere Koordinate k = 2,3,...,n jeweils das entspre- chende k-l-fach differenzierte Signal beinhaltet.In the first reconstruction method, an n-dimensional phase space is spanned in that a coordinate contains the signal detected in each case, each further coordinate k = 2, 3,..., N each containing the corresponding k-1-fold differentiated signal.
Beim zweiten Rekonstruktionsverfahren können auch entsprechend zeitlich verzögerte Signalwerte einen n-dimensionalen Zustandsvektor bilden. Hierzu muss eine bestimmte Verzöge- rungszeit (Delay=τ ) festgelegt werden.In the second reconstruction method, correspondingly delayed signal values can also form an n-dimensional state vector. To do this, a certain delay time (Delay = τ) must be specified.
Da bei den beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens die anlogen Sensorsignale einer entsprechenden AD-Wandlung unterzogen werden, führt dies im Falle des ersten Rekon- struktionsverfahrens besonders bei höherdimensionalen Rekonstruktionen zu zusätzlichen Problemen. Diese ergeben sich als Folge der mit einer diskreten Abtastung einhergehenden Unstetigkeiten und der begrenzten zeitlichen Auflösung in Verbindung mit den erforderlichen numerischen Mehrfach- Dif- ferentiationen.Since in the described embodiments of the method the analog sensor signals are subjected to a corresponding AD conversion, this leads to additional problems in the case of the first reconstruction method, particularly in the case of higher-dimensional reconstructions. These arise as a result of the discontinuities associated with a discrete sampling and the limited temporal resolution in connection with the required numerical multiple differentiations.
Aus diesem Grund wird in diesem Fall das Delay- Rekonstruktionsverfahren bevorzugt. Delay-RekonstruktJons-VerfahrenFor this reason, the delay reconstruction method is preferred in this case. Delay RekonstruktJons method
Dieses Verfahren stellt somit eine Schlüsseltechnologie zur Rekonstruktion der N-dimensionalen Zustandsvektoren aus den gemessenen Zeitreihen dar. Da die Messung sämtlicher Zu- standsvariablen des untersuchten Herz-Kreislauf-Systems praktisch unmöglich ist, besteht das Problem darin, dass a priori unklar ist, welche Messgrößen bzw. die daraus ableitbaren Zustandsvariablen die Dynamik des Systems im Wesentlichen beschreiben. Dieses Problem wird durch die Ausweisung, Spezifizierung und Gewinnung der hierfür relevanten und messtechnisch zugänglichen Zustandsvariablen nach Schritt 1. gelöst, wonach mit diesen dadurch gekennzeichneten Zustandsvariablen die entsprechenden Delay-Rekonstruktionen erfolgen können. Für die erfolgreiche Anwendung des Rekonstruktions- Verfahrens ist die Wahl der jeweils zugrundegelegten Einbettungsfensters von außerordentlicher Bedeutung, damit die Rekonstruktion der Dynamik erleichtert wird. Dieses Einbettungsfenster wird einerseits durch die gewählte Einbettungs- dimension D als auch durch die jeweils vorzugebende Delay- Zeit τ bestimmt, wobei die jeweilige Rekonstruktion entweder bei entsprechend vorgegebenen konstanten Werten für D oder τ oder für ein bestimmtes konstantes Produkt D x τ erfolgen kann. Da eine gelungene Rekonstruktion u.a. auch empfindlich von den jeweils verwendeten Delay-Zeiten, z.B. bei vorgege- bener Einbettungsdimension, abhängt und damit auch die praktische Anwendbarkeit des gesamten Verfahrens, werden zum Zwecke einer Optimierung zusätzlich bestimmte Verfahrensschritte gemäß Schritt 4 und entsprechende Kriterien angegeben.This method therefore represents a key technology for the reconstruction of the N-dimensional state vectors from the measured time series. Since the measurement of all state variables of the examined cardiovascular system is practically impossible, the problem is that it is unclear a priori which measurement variables or the state variables that can be derived from it essentially describe the dynamics of the system. This problem is solved by designating, specifying and extracting the relevant state-relevant and metrologically accessible state variables after step 1, according to which the corresponding delay reconstructions can be carried out using these state variables. For the successful application of the reconstruction method, the choice of the underlying embedding window is extremely important, so that the reconstruction of the dynamics is made easier. This embedding window is determined on the one hand by the chosen embedding dimension D and by the delay time τ to be specified in each case, the respective reconstruction being able to take place either with correspondingly predetermined constant values for D or τ or for a specific constant product D x τ. Because a successful reconstruction also sensitive to the delay times used, e.g. Given the specified embedding dimension, and thus also the practical applicability of the entire process, certain process steps according to step 4 and corresponding criteria are also specified for the purpose of optimization.
Bei der Delay-Rekonstruktion wird eine Delay-Zeit τ so gewählt, dass die Dynamik des Systems auf optimale Weise in Korrelation gebracht wird. Die Wahl einer geeigneten Delay-Zeit τ erfolgt anhand von empirischen Voruntersuchungen, wobei bezüglich des ausgewählten Signalverlaufs jeweils mehrere Rekonstruktionen für verschiedene Verzögerungen τi durchgeführt werden, wobei als Auswahlkriterium die optimale Ausbreitung des Attraktors im Phasenraum dient (Optimierung der Zustandsraum Auffüllung) , ohne dass es zu einer Überfaltung (Optimierung der Attraktor Topologie) kommt. Grundsätzlich ist jedoch die Dynamik des Systems unabhängig von der Art der Repräsentation. Obwohl demzufolge Koordinatentransformationen oder Variationen der Skalierung keinen Einfluss auf die Dynamischen Eigenschaften des resultierenden Attraktors haben, sollte bei der Bestimmung der Dynamischen Größen darauf geachtet werden, dass deren Eigenschaften in eine ausreichende Korrelation gebracht werden. Dies geschieht durch Wahl einer geeigneten Delay- Zeit .In the delay reconstruction, a delay time τ is chosen so that the dynamics of the system are correlated in an optimal way. A suitable delay time τ is selected on the basis of empirical preliminary examinations, with several reconstructions for different delays τi being carried out with respect to the selected signal curve, the selection criterion being the optimal spreading of the attractor in the phase space (optimization of the state space filling) without it overfolding (optimization of the attractor topology) occurs. In principle, however, the dynamics of the system are independent of the type of representation. Accordingly, although coordinate transformations or variations in scaling have no influence on the dynamic properties of the resulting attractor, care should be taken when determining the dynamic variables that their properties are brought into a sufficient correlation. This is done by choosing a suitable delay time.
Um einen Attraktor im n-dimensionalen Phasenraum zu rekonstruieren werden die beteiligten Zustandsgrößen nach dem folgenden Schema gewonnen: xl(t) = x(tl) , x(t2) , .... ,x(tn) x2 (t) = x(tl+τ), x(t2+τ) , .... ,x(tn) x3 (t) = x(tl+2τ), x(t2+2τ), , x(tn+2τ)To reconstruct an attractor in the n-dimensional phase space, the state variables involved are obtained according to the following scheme: xl (t) = x (tl), x (t2), ...., x (tn) x2 (t) = x (tl + τ), x (t2 + τ), ...., x (tn) x3 (t) = x (tl + 2τ), x (t2 + 2τ),, x (tn + 2τ)
xN(t) = x(tl+(N-l)τ, x(t2+(N-l)τ, ,x(tn+ (N-l)τ)xN (t) = x (tl + (N-l) τ, x (t2 + (N-l) τ,, x (tn + (N-l) τ)
Der Zustandsvektor X zu einer Zeit ti ist somit definiert alsThe state vector X at a time ti is thus defined as
X(ti,τ) = (x(ti) , x(ti+τ), x(ti+2τ) ,.... ,x(ti+ (N-l)τ) ) Um einen N-dimensionalen Zustand und dessen zeitliche Entwicklung vollständig zu beschreiben, müssen diese in einem N-dimensionalen Phasenraum vorliegen, welcher durch seine Einbettungsdimension D= N gekennzeichnet ist .X (ti, τ) = (x (ti), x (ti + τ), x (ti + 2τ), ...., x (ti + (Nl) τ)) In order to fully describe an N-dimensional state and its temporal development, these must exist in an N-dimensional phase space, which is characterized by its embedding dimension D = N.
Im Besonderen werden nun N-dimensionale Phasenraum- Rekonstruktionen für die kardiale Komponente aus dem EKG- Signal sowie für die vaskuläre Komponente aus dem Puls- Signal durchgeführt .In particular, N-dimensional phase space reconstructions are now carried out for the cardiac component from the EKG signal and for the vascular component from the pulse signal.
Entsprechend lassen sich auch Phasenraum-Rekonstruktionen aus den Tachometrischen- und/oder Parametrischen-Zeitreihen und/oder für entsprechende Korrelatione wie z. B. zwischen HRV(ti) und PTTV(ti)- Tachogrammen durchführen.Correspondingly, phase space reconstructions from the tachometric and / or parametric time series and / or for corresponding correlations such as e.g. B. between HRV (ti) and PTTV (ti) - perform tachograms.
In analoger Weise erfolgt demnach z.B. eine diesbezügliche Tachometrische Phasenraum Rekonstruktion nach der beschriebenen Zeitversatz-Einbettung (Delay-Rekonstruktion) . Aus einem einzelnen Tachogramm-Verlauf lassen sich auf diese Weise n-Kurvenverläufe gewinnen, welche mit einer Verzögerung (De- lay=τ ) gegeneinander verschoben sind. Entsprechend lässt sich zu einem vorbestimmten Auftrittsintervall ti ein Zu- standsvektor Xti,τ bestimmen:Accordingly, e.g. a related tachometric phase space reconstruction after the described time offset embedding (delay reconstruction). In this way, n curve curves can be obtained from a single tachogram curve, which are shifted relative to one another with a delay (delay = τ). Accordingly, a state vector Xti, τ can be determined at a predetermined occurrence interval ti:
Xti,τ = (x(ti), x(ti+τ), x(ti+2τ), K, x(ti + (n-l)τ))Xti, τ = (x (ti), x (ti + τ), x (ti + 2τ), K, x (ti + (n-l) τ))
Jeder entsprechende Vektor definiert somit einen Raumpunkt in einem entsprechend dimensionierten Phasenraum.Each corresponding vector thus defines a spatial point in a correspondingly dimensioned phase space.
Liegt im Fall der mit dem Verfahren untersuchten kardiovaskulären Dynamik ein komplex determiniertes Regulationsverhalten vor, dann füllen die sich im Prozessverlauf konstituierenden Raumpunkte nicht den gesamten Phasenraum aus (wie z.B. bei rein stochastischem Verhalten), sondern bilden entsprechende, die Dynamische Struktur kennzeichnende Unter- Mannigfaltigkeiten, welche die aktuell vorherrschenden strukturdynamischen Gegebenheiten repräsentieren. Unter Anwendung der in Abschnitt 0 näher beschriebenen Analysemethoden, können bestimmte Strukturdynamische Zustände und Zu- Standsänderungen beobachtet identifiziert und im Sinne ihrer kreislaufdiagnostischen Relevanz beurteilt werden.If, in the case of the cardiovascular dynamics examined with the method, there is a complexly determined regulatory behavior, then the spatial points that are constituted in the course of the process do not fill the entire phase space (as in the case of purely stochastic behavior), but instead form corresponding sub-characteristics that characterize the dynamic structure. Manifolds that represent the currently prevailing structural dynamics. Using the analytical methods described in more detail in section 0, certain structural dynamic states and changes in state can be observed identified and assessed in terms of their relevance to the circulatory diagnosis.
Grundsätzlich lassen sich mit Hilfe des beschriebenen Phasenraum-Rekonstruktions-Verfahren beliebig hochdimensionale Einbettungs-Dimensionen wählen. Wie die erfindungsseitige Erkenntnis zeigt, ergibt sich die praktisch günstigste Auswahl einer im Sinne der Bestimmung von Strukturmerkmalen besonders geeigneten Einbettungsdimension anhand von Untersuchungen der unter den Analyseverfahren beschriebenen Korre- lationsdimensions-Analyse, oder Lyapune -Exponenten und ihrer Abhängigkeit von der jeweils zugrundegelegten Einbettungsdimension. Diese Untersuchungen, welche von N=3 bis zu einer 40-dimensionalen Einbettung durchgeführt wurden, zeigten, dass signifikante Zustandsänderungen meist bei einer gewählten Einbettungsdimension von über 10 erkennbar waren.In principle, any high-dimensional embedding dimensions can be selected with the help of the phase space reconstruction method described. As the knowledge of the invention shows, the practically cheapest selection of an embedding dimension that is particularly suitable in terms of the determination of structural features results from investigations of the correlation dimension analysis described under the analysis methods, or Lyapune exponents and their dependence on the embedding dimension used in each case. These investigations, which were carried out from N = 3 up to a 40-dimensional embedding, showed that significant changes in state were mostly recognizable with a chosen embedding dimension of more than 10.
Hinsichtlich der Optimierung von τ bzw. D heben die bezeichneten Attraktor basierten Optimierungsverfahren darauf ab, dass bei der jeweiligen Einbettung eines Attraktors im Zu- standsraum dessen a. statische Eigenschaften (Topologie, Geometrie) jeweils optimal repräsentiert werden.With regard to the optimization of τ or D, the designated attractor-based optimization methods stand out so that when an attractor is embedded in the state space, its a. static properties (topology, geometry) are optimally represented.
Mit dem Verfahren zur Volu enmaximierung wird die empirische Beobachtung ausgewertet, dass im Fall zu kleiner τ der re- konstruierte Attraktor kollabiert (z.B. in Form eines langgezogenen Hyperellipsoid) , während sich bei zu großem τ die Struktur ausdehnt, bis sie einem Hyperwürfel ähnelt. Daneben können auch weitere Bewertungskriterien vorteilhaft angewendet werden, wie z.B. die Bestimmung des Füllfaktors oder der rekonstruierten Signalstärke (RSS) . Dem ersten Maximum die- ser Bewertungsfunktion als Funktion von τ entspricht dann ein optimales τ.The method for volume maximization evaluates the empirical observation that if the τ is too small, the reconstructed attractor collapses (eg in the form of an elongated hyperellipsoid), while if the τ is too large, the structure expands until it resembles a hypercube. In addition, other evaluation criteria can also be used advantageously, such as determining the fill factor or the reconstructed signal strength (RSS). The first maximum This evaluation function as a function of τ then corresponds to an optimal τ.
Vorteilhaft können auch Verfahren zur Optimierung der Ein- bettung eingesetzt werden, welche das Prinzip der Topologie- Erhaltung nutzen. Im Idealfall rauschfreier und beliebig langer Zeitreihen bleibt die Topologie des Original- Attraktors erhalten, woraus ein weiteres topologisch begründetes Kriterium ableiten lässt. Bei hinreichender Einbettung bleiben die Nachbarschaftsverhältnisse der Attraktoren unverändert (Invarianz) , wenn die Einbettungsdimension erhöht wird. Bei unzureichender Einbettung hingegen kann sich die Topologie ändern. Die Detektion derartiger Topologie- Änderungen kann im Sinne des Verfahrens mit dem Wabernpro- dukt oder nach der Methode der falschen Nachbarn erfolgen. Aufgrund der Attraktor-basierten Optimierungsverfahren können somit optimale Paare für D,τ ermittelt werden.Methods for optimizing embedding that use the principle of topology preservation can also be used advantageously. In the ideal case of noise-free and arbitrarily long time series, the topology of the original attractor is retained, from which another topologically justified criterion can be derived. If the embedding is sufficient, the neighborhood relationships of the attractors remain unchanged (invariance) if the embedding dimension is increased. If the embedding is insufficient, the topology can change. Such topology changes can be detected in the sense of the method using the Wabern product or using the method of the wrong neighbors. Based on the attractor-based optimization process, optimal pairs for D, τ can be determined.
Des weiteren können auch b. Dynamik-basierte Optimierungs- verfahren vorteilhaft eingesetzt werden, wobei diejenigen dynamischen Eigenschaften genutzt werden, welche den zeitlichen Ablauf der Trajektorien-Bewegung im Zustandsraum charakterisieren. Das Prinzip dieser Form der Optimierung greift auf den deterministischen Charakter der einem Attrak- tor zugrundeliegenden Dynamik zurück. Hierzu wird als ein zuverlässiges Kriterium die Größenordnung des Lyapunov- Exponenten λ ausgenutzt. Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn die Flüsse im Zustandsraum nur eine geringe Divergenz aufweisen, d.h. für nicht zu große λ.Furthermore, b. Dynamics-based optimization methods are advantageously used, whereby those dynamic properties are used which characterize the temporal course of the trajectory movement in the state space. The principle of this form of optimization uses the deterministic character of the dynamics on which an attribute is based. For this purpose, the order of magnitude of the Lyapunov exponent λ is used as a reliable criterion. This condition is met if the flows in the state space show only a small divergence, i.e. for not too large λ.
Zu Schritt 6: Darstellungsverfahren und ZustandsprojektionenStep 6: Representation procedure and state projections
Um auch zu einer geeigneten graphischen Repräsentation von höherdimensional eingebetteten (N größer 3) zu gelangen, welche eine unmittelbare Inspektion und Exploration der je- weils erzeugten Attraktor-Topologie bzw. des zeitlichen Verlaufs einer bestimmten aktuellen Trajektorien-Entwicklung und Attraktor-bildungen ermöglichen sollen, werden entsprechende Verfahren zur Dimensions-Reduktion eingesetzt.In order to arrive at a suitable graphical representation of higher dimensionally embedded (N greater than 3), which enables a direct inspection and exploration of the respective Appropriate methods for dimension reduction are used because the generated topology of the attractor or the temporal course of a specific current trajectory development and the formation of attractors are to be made possible.
Diese sind beschrieben als:These are described as:
a. Zustandsproj ektionen (Zustandsportrait) höherdimensio- naler Attraktoren auf eine 2D bzw. 3D- Mannigfaltigkeit. Hierbei werden die Punkte des Attraktors durch eine 2D Fläche projiziert, wobei das Skalarprodukt eines Punktes mit zwei Einheitsvektoren gebildet wird, welche die Ebene aufspannen. Die beiden Ergebnisse dieser Produktbildung ergeben die Koordinaten in der Ebene, durch die der Punkt im Zu- standsraum repräsentiert wird.a. State projections (state portrait) of higher-dimensional attractors on a 2D or 3D manifold. The points of the attractor are projected through a 2D surface, whereby the dot product of a point is formed with two unit vectors that span the plane. The two results of this product formation result in the coordinates in the plane by which the point in the state space is represented.
b. Isoshell-Projektionen : Eine 2D-Darstellung des Attraktors kann allgemein mit jedem Paar von Funktionalen erzeugt werden, die auf dem Zustandsraum definiert sind. Die spe- zielle Wahl eines solchen Funktionais ist der Abstand zu einem Referenzpunkt auf der Trajektorie. Mit einer solchen Wahl wird allen Punkten aus einer Hyper-Kugelschale um den Referenzpunkt der gleiche Wert zugeordnet (Isoshell- Projektion) .b. Isoshell projections: A 2D representation of the attractor can generally be generated with any pair of functionals defined on the state space. The special choice of such a function is the distance to a reference point on the trajectory. With such a choice, all points from a hyper-spherical shell around the reference point are assigned the same value (isoshell projection).
Poincare-Schnitte: Dies betrifft ein weiteres Verfahren zur Reduktion der darzustellenden Flüsse im Zustandsraum, durch zeitliche Diskretisierung. Die Abtastung des Flusses beim Durchstoßen durch eine Hyperfläche im Zustandsraum führt zu einer Dimensionsreduktion um eine Dimension. Die dabei entstehenden Schnitte werden als Poincare-Schnitte bezeichnetPoincare cuts: This relates to a further method for reducing the flows to be represented in the state space by temporal discretization. Scanning the flow as it penetrates a hypersurface in the state space leads to a dimension reduction by one dimension. The resulting cuts are called Poincare cuts
d. Rekurrenz-Abbildung : Dieses Darstellungs-Verfahren ist geeignet, die Konstanz der Kontrollparameter in den ermit- telten Zeitreihen zu beurteilen. Ausgangspunkt dieses Darstellungsverfahrens ist die Eigenschaft der Attraktoren, dass eine Trajektorie im Zustandsraum im Laufe der zeitlichen Entwicklung immer wieder in eine ε-Umgebung eines Refe- renzpunktes gerät (Rekurrenz) . Voraussetzung dafür ist, dass der Referenzpunkt zu dem Attraktor gehört, gegen den die Dynamik konvergiert. Das Verfahren ist vorteilhaft dann einzusetzen, wenn damit eine Beurteilung von periodischem und nicht-stationärem Verhalten, wie z.B. zur Identifikation von bestimmten kreislaufphysiologischen Zuständen und Zustands- änderungen erfolgen soll. Ein besonderes Merkmal kann daraus gewonnen werden, dass im Falle von periodischem Regulationsverhalten in der Rekurrenz-Abbildung entsprechende Linienstrukturen erzeugt werden, welche parallel zur Diagonalen sind. Anhand dieser äquidistanten Linien lässt sich die aktuelle Periodendauer leicht ermitteln. Im Fall eines Überganges zu nichtstationärem Verhalten zeigen sich signifikante Verdichtungen dieser Linien um die Diagonale. Durch die Inspektion der jeweils auftretenden Veränderungen in dieser Abbildung lassen sich Modenwechsel (Phasenübergänge) besonders leicht identifizieren.d. Recurrence mapping: This display procedure is suitable for checking the constancy of the control parameters in the time series. The starting point of this display method is the property of the attractors that a trajectory in the state space always gets into an ε environment of a reference point (recurrence) in the course of the temporal development. The prerequisite for this is that the reference point belongs to the attractor against which the dynamic converges. The method is to be used advantageously if it is to be used to assess periodic and non-stationary behavior, such as for identifying certain circulatory physiological conditions and changes in condition. A special feature can be obtained from the fact that, in the case of periodic regulation behavior, corresponding line structures are generated in the recurrence image, which are parallel to the diagonal. The current period can be easily determined using these equidistant lines. In the case of a transition to non-stationary behavior, there are significant densifications of these lines around the diagonal. By inspecting the changes that occur in this figure, mode changes (phase transitions) can be identified particularly easily.
Bei allen unter a. bis d. genannten Darstellungs-Verfahren lassen sich außerdem geeignete graphische bzw. farbliche En- kodierungsverfahren vorteilhaft zur Kennzeichnung und Markierung bestimmter Phasen oder Episoden im Zuge einer kontinuierlichen KreislaufÜberwachung vorteilhaft einsetzen. . Weitere nicht-dynamische Repräsentationsverfahren: Darüber hinaus lassen sich auf die genannten dynamischenIn all under a. to d. In addition, suitable graphic or color coding methods can advantageously be used for the identification and marking of certain phases or episodes in the course of continuous circuit monitoring. , Other non-dynamic representation methods: In addition, the dynamic can be mentioned
Repräsentationen zusätzlich die bekannten statistischen Verfahren mit entsprechenden Repräsentationsmethoden vorteilhaft anwenden, wie z.B. die Analyse der Häufigkeitsverteilungen für die entsprechenden Auftrittzeiten hinsichtlich der abgeleiteten Zeitreihen mittels entsprechender Histogramm-Darstellungen z.B. HRV (ti) -, TTV(ti) -Histogramm u.v. a .m.Representations additionally advantageously use the known statistical methods with corresponding representation methods, such as, for example, analyzing the frequency distributions for the corresponding times of occurrence with regard to the derived time series using appropriate methods Histogram displays e.g. HRV (ti), TTV (ti) histogram and much more.
Zu Schritt 7 und 8: Analyse-Verfahren:For steps 7 and 8: Analysis procedure:
Dieser umfasst die Analyse-Verfahren zur Gewinnung von geeigneten signifikanten und repräsentativen Strukturdynamischen Maßen und Fluktuationsmaßen bzgl . veränderter Attraktor Lagebeziehungen für die klinische Anwendung bei der Kreislaufdiagnostik und Überwachung.This includes the analysis procedures for obtaining suitable significant and representative structural dynamic measures and fluctuation measures regarding changed attractor positional relationships for clinical use in circulatory diagnostics and monitoring.
Konzeptueller Hintergrund der beanspruchten AnalyseverfahrenConceptual background of the claimed analytical methods
Die bisher bekannten Verfahren zur in vivo Diagnostik und Überwachung von Kreislauffunktionen basieren im Wesentlichen auf einer phänomenologisehen Bewertung explizit zugänglicher Vitalparameter in Verbindung mit entsprechenden statistischen Analysemethoden wie z.B. aus den normalen EKG- und Blutdruck-Daten. Eine systemische Beurteilung der implizit ablaufenden komplexen autonomen regulatorischen Vorgänge und ihrer adaptiven und auf komplexe Weise miteinander vernetzen physiologischen Systemzusammenhänge ist damit jedoch nicht möglich. Um entsprechende Voraussetzungen für eine im Hinblick auf die Abbildung und Unterscheidung aktueller dynami- scher Kreislaufzustände geeignete Methode zu schaffen, werden die diesbezüglichen Messdaten in adäquater Weise aufbereitet und repräsentiert. Die im folgenden beschriebenen A- nalyseverfahren stützen sich somit auf diese entsprechenden und zuvor rekonstruierten Repräsentationen bzw. Meta- Repräsentationen. Auf der Grundlage dieser hochdimensionalenThe previously known methods for in vivo diagnosis and monitoring of circulatory functions are essentially based on a phenomenological evaluation of explicitly accessible vital parameters in connection with corresponding statistical analysis methods such as e.g. from the normal ECG and blood pressure data. However, a systemic assessment of the implicitly complex autonomous regulatory processes and their adaptive and complexly networked physiological system relationships is not possible. In order to create the appropriate prerequisites for a method that is suitable with regard to the mapping and differentiation of current dynamic circulatory states, the relevant measurement data are appropriately prepared and represented. The analysis methods described below are therefore based on these corresponding and previously reconstructed representations or meta representations. Based on this high dimensional
Zustandsvektoren und der zeitlichen Entwicklung der jeweiligen Trajektorienverläufe und Attraktororbitale erfolgt dann die Gewinnung klinisch relevanter systemischer strukturdynamischer Merkmale bzw. Kennwerte wie z.B. des aktuellen Strukturierungsgrades und/oder bestimmter Komplexitätsmaße und/oder bestimmter Dynamischer Stabilitätsmerkmale und/oder bestimmter Kennwerte bzw. Merkmale zur Verlaufsbeobachtung bestimmter Attraktoreigenschaf en.State vectors and the temporal development of the respective trajectory courses and attractor orbitals are then used to obtain clinically relevant systemic structural dynamic features or characteristic values such as the current level of structuring and / or certain complexity measures and / or certain dynamic stability features and / or certain parameters or features for monitoring the course of certain attractiveness properties.
Der besondere Vorteil all dieser beanspruchten Analysever- fahren ist darin zu sehen, dass dadurch empirisch generalisierbare systemspezifische Aussagen über das kollektive kooperative prozessuale Systemverhalten gewonnen werden können, ohne dass die Kenntnis über alle hierbei involvierten physiologischen Subsysteme und deren Interaktion im Einzel- nen vorausgesetzt werden muss. Die Analyseverfahren haben somit zum Gegenstand: die Vermessung von Zuständen der Kreislaufregulation im Phasenraum zur Gewinnung von Aussagen über die raumzeitli- chen Beziehungen der Attraktor-Orbitale zueinander die Analyse von metrischen Beziehungen im Phasenraum zur Kennzeichnung eines daraus abgeleiteten Maßes zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung von durchlaufenen Kreislaufzuständen. Diese umfassen im Besonderen: a. die Bestimmung der Korrelationsdimension, b. die Bestimmung des Lyapunov-Exponenten bzw. der Kolmogorow- Entropie bzw. der lokalisierten Lyapunov-Exponenten c. des Ortsvektor-Verlaufs d. der Attraktorlage- Parkettierungsflache, welche entweder einzeln oder im Zusammenhang bei der Durchführung des Analyseverfahrens ermittelt werden, wobei - die Bestimmung der Korrelationsdimension als signifikanter Kennwert zur Beurteilung strukturdynamische Ordnungsparameter in Abhängigkeit von der jeweils vorgegebenen (gewählten) Einbettungsdimension genutzt wird, und die Bestimmung der Lyapunov-Exponenten (exponentielle Divergenz) als signifikanter Kennwert, in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Einbettungsdimension, zur Beurteilung des Entwicklungsverlaufs der akut vorherr- sehenden dynamischen Komplexität des Herz-Kreislauf- Systems genutzt wird, und die Bestimmung der Attraktorlage-Parkettierungsflache als geignetes Strukturmaß zur Verfolgung der Attraktor- Entwicklung genutzt wird, und die Bestimmung der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen der betreffenden Intervallzeit-Variabilitäten vorteilhaft zur Kennzeichnung und Monitoring der akuten dynamischen Fluktuationen und der KreislaufStabilität genutzt wird.The particular advantage of all of these claimed analytical methods can be seen in the fact that empirically generalizable system-specific statements about the collective cooperative procedural system behavior can be obtained without knowledge of all the physiological subsystems involved and their interaction having to be assumed , The object of the analysis methods is therefore: the measurement of states of the circulatory regulation in the phase space to obtain statements about the spatiotemporal relationships of the attractor orbitals to one another, the analysis of metric relationships in the phase space to identify a measure derived therefrom for monitoring the long-term development of circulatory states , These include in particular: a. the determination of the correlation dimension, b. the determination of the Lyapunov exponent or the Kolmogorow entropy or the localized Lyapunov exponent c. the position vector course d. the attractor location - tiling area, which is determined either individually or in connection with the implementation of the analysis method, whereby - the determination of the correlation dimension is used as a significant characteristic value for assessing structurally dynamic order parameters depending on the respectively given (selected) embedding dimension, and the determination of the Lyapunov exponents (exponential divergence) as a significant characteristic value, depending on the chosen embedding dimension, is used to assess the course of development of the acutely predictive dynamic complexity of the cardiovascular system, and the determination of the attractor location tiling area as a suitable structural measure is used to track the development of the attractor, and the determination of the mean squares of successive differences of the relevant interval time variabilities is advantageously used to identify and monitor the acute dynamic fluctuations and the stability of the circulation.
Die o.g. Analyseverfahren können außerdem in ihrer jeweiligen Korrelation mit weiteren physiologischen Parametern und Laborwerten: wie z.B. Korrelation mit der Herzrate, Blutvolumen bzw. Flow, Serum-Natriumwerten, sowie weiterer kreislaufbezogener Belastungsgrδßen und/oder bestimmten physiologischen Kontrollparametern zur Diagnostik und Überwachung der Abhängigkeiten der Kreislaufregulation von spezifizier- ten endogenen bzw. exogenen Belastungen sowie der Feststellung und Abschätzung regulatorischer bzw. deregulatorischer Bereiche bzw. von kompensatorischen bzw. dekompensatorischen Episoden vorteilhaft eingesetzt werden.The above Analysis methods can also be correlated with other physiological parameters and laboratory values: such as Correlation with the heart rate, blood volume or flow, serum sodium values, as well as other circulatory load parameters and / or certain physiological control parameters for diagnosis and monitoring of the dependencies of the circulatory regulation on specified endogenous or exogenous pressures as well as the determination and estimation of regulatory or deregulatory loads Areas or of compensatory or decompensatory episodes are advantageously used.
a. Korrelationsdimensions Analyse:a. Correlation dimension analysis:
Ein Mittel zur Analyse der jeweils auftretenden Attraktor-A means of analyzing the attractors
Orbitale stellt die Bestimmung ihrer Dimension dar. Unter den akut vorherrschenden bzw. wechselnden regulatorischen Aktivitäten kann sich z.B. während einer transienten Phase die Anzahl der Variablen, welche die jeweilige Einbettungs- dimension festlegen, auf signifikante Weise erniedrigen. Die Bestimmung der aktuellen von einem System im Phasenraum eingenommenen Dimension ist demnach geeignet, ein signifikantes Maß für die beteiligten dynamischen Moden und ihrer Übergänge abzugeben. Dies ist besonders von Vorteil, da die Dimension eines Attraktors eine Eigenschaft besitzt, die gegenüber Maßstabsveränderungen invariant ist und demnach die jeweils praktisch ausgewählte Repräsentation und Darstellung keinen Einfluss auf die Dynamik des Systems hat. Inzwischen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet die folgenden Dimensionsvarianten aus der Theorie der Komplexen Dynamik bekannt: Kapazitäts- und Hausdorff-Dimension, Informationsdimension, Korrelationsdimension. Diese und weitere zukünftige Varian- ten können prinzipiell im Sinne des Verfahrens zur Dimensionsanalyse herangezogen werden. Bei den hier dargestellten Ausführungsformen wurde zunächst die Korrelationsdimension verwendet. Dieser Dimensionsdefinition liegt die Korrelationssumme zugrunde, welche angibt, mit welcher Wahrschein- lichkeit der Abstand zweier beliebig ausgewählter Trajekto- rienpunkte kleiner r ist. Da die Berechnung der Korrelationssumme mit einem größeren Rechenaufwand verbunden ist, wird in diesem Fall zur Berechnung der Korrelationsdimension ein vereinfachter und effizienter Algorithmus nach Grassber- ger und Procaccia verwendet.Orbitals represent the determination of their dimension. The acutely prevailing or changing regulatory activities can, for example, occur during a transient phase significantly reduce the number of variables that determine the respective embedding dimension. The determination of the current dimension taken up by a system in the phase space is therefore suitable to provide a significant measure for the dynamic modes involved and their transitions. This is particularly advantageous since the dimension of an attractor has a property that is invariant to changes in scale and therefore the representation and representation that is practically selected in each case has no influence on the dynamics of the system. The following dimension variants from the theory of complex dynamics are now known to the person skilled in the art in this area: capacity and Hausdorff dimension, information dimension, correlation dimension. In principle, these and other future variants can be used in the sense of the method for dimension analysis. In the embodiments shown here, the correlation dimension was initially used. This dimension definition is based on the correlation sum, which indicates the probability with which the distance between two arbitrarily selected trajectory points is less than r. Since the calculation of the correlation sum is associated with a greater computational effort, a simplified and efficient algorithm according to Grassberger and Procaccia is used in this case to calculate the correlation dimension.
b . Lyapunov-Exponentb. Lyapunov exponent
Ein weiteres Maß für das Stabilitätsverhalten der jeweils bestimmten Trajektorien des untersuchten Dynamischen Systems der Kreislaufregulation ist der Lyapunov-Exponent (λ) . Bei der Bestimmung von λ wird das exponentiell divergente Verhalten benachbarter Trajektorien im Phasenraum genutzt. Dieses Verfahren gestattet somit Aussagen über die Trajektorien zueinander, wobei die jeweilige Dynamik der Kreislaufregula- tion anhand des Grades seiner exponentiellen Divergenz unterschieden und entsprechend klassifiziert werden kann, woraus sich klinisch relevante Kriterien hinsichtlich der dynamischen Stabilität des Kreislaufs ableiten lassen. In der theoretischen Dynamik nichtlinearer Systeme lässt sich λ aus den Bewegungsgleichungen der Dynamik bestimmen. Im Fall von physiologischen Messwerten besteht die Schwierigkeit, dass die systemkennzeichnenden Differentialgleichungen prinzipiell unbekannt sind. Für die Bestimmung von λ anhand der jeweils gemessenen Zeitreihen wird deshalb die von A. Wolf (Lit.) für reine Zeitreihen vorgeschlagene Berechnung verwendet .The Lyapunov exponent (λ) is a further measure of the stability behavior of the trajectories of the dynamic system of circulatory regulation examined. When determining λ, the exponentially divergent behavior of neighboring trajectories in the phase space is used. This method thus allows statements about the trajectories to one another, the respective dynamics of the tion based on the degree of its exponential divergence and can be classified accordingly, from which clinically relevant criteria regarding the dynamic stability of the circulatory system can be derived. In the theoretical dynamics of nonlinear systems, λ can be determined from the equations of motion of the dynamics. In the case of physiological measured values, there is the difficulty that the system-defining differential equations are in principle unknown. The calculation proposed by A. Wolf (Lit.) for pure time series is therefore used to determine λ on the basis of the time series measured in each case.
c. Ortsvektor-Verlaufc. Position vector history
Die Bestimmung der Attraktorlage anhand der Ortsvektoren der Trajektorien weist den Vorteil auf, dass auch im Fall hoch- dimensionaler Attraktoren, welche sich prinzipiell einer direkten graphischen Repräsentation durch dreidimensionale räumliche Darstellungen entziehen, dennoch eine Verlaufsbeobachtung signifikanter Veränderungen der Attraktor- Entwicklung im Zusammenhang mit wechselnden regulatorischen Episoden anhand einer einzigen skalaren Kenngröße in Form des Betrages des Ortsvektors ermöglicht wird. Im Fall einer Ausführungsform wird der zeitliche Verlauf des Ortsvektors zur kontinuierlichen KreislaufÜberwachung (Monitoring) bzw. zur Belastungs-Analyse vorteilhaft eingesetzt.The determination of the attractor position on the basis of the location vectors of the trajectories has the advantage that even in the case of high-dimensional attractors, which in principle elude direct graphical representation through three-dimensional spatial representations, a course observation of significant changes in the attractor development in connection with changing regulatory Episodes based on a single scalar parameter in the form of the amount of the location vector is made possible. In the case of an embodiment, the time profile of the location vector is advantageously used for continuous circuit monitoring or for load analysis.
Aus einer Zeitversatzeinbettung mit n>3 resultieren mehrdi- mensionale Punkte, die sich nicht anschaulich darstellen lassen, um mögliche klinisch relevante Merkmale zu erkennen und zu bewerten. Daher muss eine Dimensionsreduzierung vorgenommen werden, um ein Abbild der Attraktor-Entwicklung deutlich zu machen. Dies kann indirekt über die Lage der aktuellen Trajektorie des Attraktors über dessen Ortsvektor tuellen Trajektorie des Attraktors über dessen Ortsvektor erreicht werden.A time offset embedding with n> 3 results in multi-dimensional points that cannot be clearly depicted in order to identify and evaluate possible clinically relevant features. Therefore, a dimension reduction must be carried out in order to make an image of the attractor development clear. This can be done indirectly via the location of the current trajectory of the attractor via his location vector current trajectory of the attractor can be reached via its location vector.
In Figur 2 ist hierzu die Bestimmung der Lage der Trajekto- rie anhand des aktuellen Ortsvektors gezeigt.FIG. 2 shows the determination of the position of the trajectory based on the current location vector.
Eine Veränderung der Attraktorlage einer zeitlich sich entwickelnden Punktefolge im Raum kann anhand dessen Beträge der Ortsvektoren aus der Zeitversatzeinbettung in einem Ver- lauf hergestellt werden.A change in the attractor position of a chronologically developing sequence of points in space can be produced in one course on the basis of the amounts of the location vectors from the time offset embedding.
d. Attraktorlage-Parkettierungsflached. Attraktorlage-Parkettierungsflache
Zur Gewinnung eines relativen Interaktionsmaßes z.B. bezüg- lieh der entsprechend gewählten Intervall-Zeiten zueinander kann durch eine Parkettierung über eine definierte Anzahl von Intervall-Zeiten im Phasenraum und dessen Flächenbestimmung durch Polygonsummation bestimmt werden. Dies kann Auskunft geben über das Ausmaß eines bestimmten Attraktors. Hierbei kennzeichnen z.B. kleinere Flächenmaße bestimmte stabilisierende Ereignisse. Bei dieser Methode werden mindestens drei aufeinanderfolge Intervall-Zeiten in einem Phasenraum, Zustandsraum bzw. Parameterraum betrachtet und dessen eingeschlossene Fläche berechnet .To obtain a relative measure of interaction e.g. With respect to the correspondingly selected interval times to one another, parqueting can be determined over a defined number of interval times in the phase space and its area determination by polygon summation. This can provide information about the extent of a particular attractor. Here mark e.g. smaller area dimensions determine stabilizing events. With this method, at least three consecutive interval times in a phase space, state space or parameter space are considered and the enclosed area is calculated.
In Figur 3 ist die Bestimmung der eingeschlossenen Fläche von aufeinanderfolgenden Intervall-Zeiten in einem Phasenraum gezeigt.FIG. 3 shows the determination of the enclosed area of successive interval times in a phase space.
In der Figur 4 ist diese Methode auf ein erfasstes Tachogramm angewendet. Hierbei sind 50 aufeinanderfolgende Intervallzeiten herangezogen worden, um eine belegte Fläche im Merkmalraum jeweils zu bestimmen. Zu Schritt 8: Analyse der korrelierenden Zeitreihen mittlere Quadrate sukzessiver Differenzen (MQSD)In FIG. 4, this method is applied to a recorded tachogram. 50 consecutive interval times were used to determine an occupied area in the feature space. Step 8: Analysis of the correlating time series of mean squares of successive differences (MQSD)
Da der Verlauf eines Tachogrammes das regulative Verhalten der Kreislaufprozesse ausdrückt, kann im Bezug auf dieses abgeleitete Maß der MQSD für die prozessuale Variabilität bzw- Fluktuation auf regulatorische Aktivitäten geschlossen werden. Diese lassen sich anhand eines „Fluktuations-Maßes" beschreiben. Hierbei werden eine definierte Anzahl von In- tervallzeiten in einem Fenster bezüglich ihrer quadratischen Änderungen bewertet. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich die mittleren quadratischen Änderungsgrδßen bezüglich jedes zweiten Intervalls besonders deutlich hervorheben. Der Zeitversatz beträgt in diesem Falle τ=2.Since the course of a tachogram expresses the regulatory behavior of the circulatory processes, the MQSD for process variability or fluctuation can be inferred from this derived measure of regulatory activities. These can be described on the basis of a "fluctuation measure". Here, a defined number of interval times in a window are evaluated with regard to their quadratic changes. It has been found that the mean quadratic change magnitudes with respect to every second interval stand out particularly clearly In this case the time offset is τ = 2.
In der Figur 5 ist der Verlauf der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen von Intervallzeiten-Änderungen gezeigt.FIG. 5 shows the course of the middle squares of successive differences in changes in interval times.
Stark ausgefüllte Kurvenbereiche weisen auf eine verstärkte regulative Tätigkeit hin. Deutlich wird diese Aktivität, wenn man sich die Veränderungen der Kurve nach Anwendung e- ner Differentation betrachtet.Strongly filled curve areas indicate increased regulatory activity. This activity becomes clear when you look at the changes in the curve after applying a differentiation.
In der Figur 6 sind Änderungsverlaufe der mittleren Quadrate sukzessiver Differenzen von Intervallzeiten-Änderungen bzgl . RR- und PTT-Tachogramme gezeigt.FIG. 6 shows changes in the middle squares of successive differences between changes in interval times with respect to RR and PTT tachograms shown.
Außerdem ist es denkbar, anhand der Zeitreihen, zu Analysezwecken hinsichtlich der zeitlichen Dynamik bzw. der Dyna- mikwechsel, weitere bekannte bzw. zukünftig propagierte Komplexitätsmaße einzusetzen, wie z.B. die Bestimmung unterschiedlicher Varianten der Algorithmischen Komplexität, wobei ein derartiges Maß dann auf sukzessive Weise bezüglich jeweils vorbestimmter Zeitsequenzen und aufgrund der von den Zeitreihen jeweils generierten und entsprechend enkodierten Zeichenfolgen, bestimmt werden kann.In addition, it is conceivable to use the known time series, for analysis purposes with regard to the temporal dynamics or the dynamics change, to use further known or future propagated complexity measures, such as the determination of different variants of the algorithmic complexity, with such a measure then relating successively each predetermined time sequences and on the basis of the Time series of generated and encoded strings can be determined.
Darüber hinaus ist auch denkbar, dass anhand der Zeitreihen für bestimmte ausgezeichnete Episoden entsprechend zugeordnete Merkmalvektoren erstellt werden, welche nach einer bestimmten Klassifizierung und/oder Repräsentation in einem diesbezüglichen Merkmalraum im Verlauf der Zeitreihenent- wicklung den jeweils dadurch ausgezeichneten Zuständen eben- so zeitlich zugeordnet werden.In addition, it is also conceivable that correspondingly assigned feature vectors are created on the basis of the time series for certain excellent episodes, which, after a certain classification and / or representation in a relevant feature space in the course of the time series development, are also assigned to the respective states which are thereby distinguished ,
Zu Schritt 9 : Analyse der Kontrollparameter-AbhängigkeitStep 9: Analysis of the control parameter dependency
Als wesentliche explizit erfassbare und durch das bean- spruchte Verfahren gekennzeichnete physiologische Kontroll- Parameter, welche im Sinne einer Nichtlinearen Dynamik im Zusammenhang mit der autonomen Selbstorganisation und die sich jeweils manifestierenden Ordnungsparameter bzw. Dynamische Moden des Herz-Kreislauf-Systems wirken, werden im Be- sonderen gekennzeichnet durch a. die Herzrate, b. den mittleren Blutdruck, c. das Herzminutenvolumen, d. das Schlagvolumen, e. bestimmte Volumenstromstärken, f. Volumen Inflow bzw. Outflow, g. bestimmte ergometrische Arbeits- bzw. LeistungsparameterThe physiological control parameters that are explicitly ascertainable and characterized by the claimed method, which act in the sense of nonlinear dynamics in connection with autonomous self-organization and the manifesting order parameters or dynamic modes of the cardiovascular system, are described in the Be - specifically identified by a. the heart rate, b. mean blood pressure, c. the cardiac output, d. stroke volume, e. certain volume flow rates, f. Volume inflow or outflow, g. certain ergometric work or performance parameters
Diese unter a. bis f. bezeichneten Kontrollparameter können mit Hilfe bestimmter geeigneter Sensoren und Messverfahren erfasst und quantifiziert werden, so dass die festgestellten Absolutwerte oder Relativwerte für die Kontrollparameter mit den aus dem vorherigen Verfahrensschritten 1 bis 8 gewonnenen Repräsentationen und/oder Metarepräsentationen und/oder den abgeleiteten Kenngrößen, welche die diesbezüglichen Herz-Kreislauf-Zustände charakterisieren, entsprechend kor- reliert werden. Einerseits können durch Anwendung des Ver- fahrens hierbei bestimmte gesonderte Untersuchungen zur Er- mittlung derartiger Korrelationen durchgeführt werden, wobei beispielsweise die Abhängigkeit der jeweils durchlaufenen Attraktor-Orbitale und/oder der Korrelationsdimension und/oder des Lyapunov-Exponenten u.a. mit den entsprechend zugeordneten Werten für den jeweiligen Kontrollparameter wie z.B. der Herzrate in Verbindung gebracht werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn für einen bestimmten UntersuchungsZeitraum bestimmte Werte für den Kontrollparameter vom untersuchten Individuum nun gezielt eingenommen und über diese Zeit weit- gehend konstant gehalten werden können, wobei sich die den Kontrollparametern zugeordneten Moden entsprechend stabilisieren können. Dies kann in den meisten Fällen durch bestimmte kontrollierte Maßnahmen bzw. Interventionen erreicht werden. Im exemplarisch ausgewählten Fall der Herzrate als spezifischer Kontrollparameter, kann eine kontrollierte Einstellung der jeweils zu erzielenden Herzraten, entweder durch bestimmte physische Belastungen (z.B. Ergometrie) oder durch bestimmte pharmakologische Interventionen induziert werden. Mit der Durchführung dieser Korrelationsuntersuchun- gen werden als Ergebnis einerseits die Gesamtverläufe und andererseits auch diejenigen individuell signifikanten und charakteristischen Werte des betreffenden Kontrollparameters bestimmbar, welche jeweils die individuell signifikanten Ü- bergänge der Dynamischen Strukturbildung kennzeichnen und welche somit weitere neuartige und klinisch relevante patientenspezifische Kenngrößen mit einem weitreichenden zukünftigen diagnostischen Potential abgeben.This under a. to f. Designated control parameters can be recorded and quantified with the help of certain suitable sensors and measuring methods, so that the absolute values or relative values determined for the control parameters with the representations and / or meta presentations obtained from the previous method steps 1 to 8 and / or the derived parameters which relate the relevant ones Characterize cardiovascular conditions, be correlated accordingly. On the one hand, by using the method, certain separate tests can be carried out to determine averaging of such correlations are carried out, for example the dependency of the respectively passed through attractor orbitals and / or the correlation dimension and / or the Lyapunov exponent are inter alia associated with the correspondingly assigned values for the respective control parameters such as the heart rate. For this purpose, it is advantageous if specific values for the control parameter can now be specifically taken by the examined individual for a specific examination period and can be kept largely constant over this time, the modes assigned to the control parameters being able to stabilize accordingly. In most cases, this can be achieved through certain controlled measures or interventions. In the case of the heart rate selected as an example as a specific control parameter, a controlled setting of the heart rates to be achieved in each case can be induced either by certain physical loads (for example ergometry) or by certain pharmacological interventions. When carrying out these correlation studies, the results as a result of the overall progress and, on the other hand, those individually significant and characteristic values of the control parameter in question can be determined, each of which characterizes the individually significant transitions of the dynamic structure formation and which thus also include other novel and clinically relevant patient-specific parameters a far-reaching future diagnostic potential.
Hierzu sind wiederum unterschiedliche Darstellungsformen für die jeweils geeignete graphische Repräsentation denkbar, welche eine angemessene Übersicht hinsichtlich der Ausbildung bestimmter ausgezeichneter struktureller Kreislaufmoden bei bestimmten ausgezeichneten Werten für den Kontrollparameter gestatten. Eine besondere Form der graphischen Visualisierung kann u.a. darin bestehen, dass der Verlauf der durch die diesbezügliche Analyse ermittelten verschiedenartigen Kennwerte wie z.B. für die Korrelations- Dimensionswerte, Lyapunov- Exponenten, Ortsvektoren u.a. jeweils einzeln oder im Zusammenhang als zugeordnete Ordinatenwerte gegenüber den Kontrollparameterwerten als Abszissenwerte aufgetragen werden. Aus einer solchen visualisierten Darstellung lassen sich einerseits die diesbezüglich auftretenden strukturdynamischen Charakteristika und Kovarianzen unmittelbar erkennen, wodurch sich u.a. auch die Richtigkeit der jeweils durchgeführten Analyse überprüfen lässt. Andererseits können die bei charakteristischen Werten des Kontrollparameters auftretenden Modenwechsel in Form sprunghafter Änderungen der Kennwerte (Phasenübergänge) leicht festgestellt und entsprechend markiert werden bzw. als entsprechende zugeordnete Wertepaare tabelliert werden. Diese patientenspezifisch signifikanten kritischen Werte für den jeweiligen Kontrollparameter kennzeichnen in ähnlicher Weise, wie etwa die aus der Strömungsdynamik bekannte Reynoldszahl bestimmte Übergänge im strukturdynamischen Eigenverhalten der autonomen Kreislaufspezifischen Regulationsmechanismen.For this purpose, different forms of representation are again conceivable for the respectively suitable graphic representation, which allow an adequate overview with regard to the formation of certain excellent structural circulation modes with certain excellent values for the control parameter. A special form of graphic visualization can consist, among other things, in that the course of the various characteristic values ascertained by the relevant analysis, such as for the correlation dimension values, Lyapunov exponents, location vectors and others, is plotted individually or in conjunction as assigned ordinate values against the control parameter values as abscissa values become. From such a visualized representation, on the one hand, the structural dynamic characteristics and covariances that occur in this regard can be recognized directly, which, among other things, also allows the accuracy of the analysis carried out to be checked. On the other hand, the mode changes occurring in the case of characteristic values of the control parameter in the form of abrupt changes in the characteristic values (phase transitions) can easily be determined and marked accordingly or tabulated as corresponding assigned value pairs. These patient-specific significant critical values for the respective control parameters characterize in a similar way, such as the Reynolds number known from flow dynamics, certain transitions in the structural dynamic behavior of the autonomous circuit-specific regulation mechanisms.
Wie erfindungsseitig diesbezüglich vorgenommene Untersuchun- gen zeigen, war im gewählten Fall der Herzrate als Kontroll- Parameter, bei Herz - und Kreislaufgesunden Probanden zunächst bei niedrigen Herzraten bis ca. lOObpm eine stetige und kovariante Abhängigkeit aller betreffenden, die Ordnungs-parameter charakterisierenden, Kennwerte festzustel- len, wohingegen mit zunehmender Herzrate über lOObpm hinaus, jeweils patientenbezogen, signifikante sprunghafte und kovariante Wechsel bei mehreren und bestimmten ausgezeichneten Werten für die Herzrate auftraten. Andererseits kann auch im Zuge einer klinischen Verlaufsbeobachtung oder Überwachung die simultane Bestimmung und Darstellung der vorherrschenden Kontrollparameterwerte jeweils zeitsynchron mit den jeweiligen parallel dazu repräsentier- ten und auf die vorbezeichnete Weise dargestellten akuten Kreislaufzuständen erfolgen und vorteilhaft zur Erweiterung und Spezifizierung der Diagnostischen Aussagen herangezogen werden.As examinations undertaken in this regard by the invention show that in the selected case of the heart rate as a control parameter, in cardiac and circulatory healthy subjects, at first low heart rates up to approx. 100 bpm, a constant and covariant dependency of all relevant characteristic values characterizing the order parameters was found - len, whereas with increasing heart rate above 100 bpm, in each case patient-related, significant sudden and covariant changes occurred with several and certain excellent values for the heart rate. On the other hand, in the course of a clinical course observation or monitoring, the simultaneous determination and display of the prevailing control parameter values can also take place synchronously with the respective acute circulatory conditions represented in parallel and represented in the aforementioned manner and can advantageously be used to expand and specify the diagnostic statements.
Wie die erfindungsseitige Erkenntnis zeigt, sind ausgeprägte und individuell signifikante sprunghafte kovariante Veränderungen der Korrelationsdimension und des Lyapunov-Exponenten z.B. hinsichtlich der Myokard-Erregungsvorgänge bei den gleichen bestimmten ausgezeichneten charakteristischen Herz- raten erkennbar.As the knowledge of the invention shows, pronounced and individually significant sudden covariant changes in the correlation dimension and the Lyapunov exponent are e.g. recognizable in terms of myocardial excitation processes at the same certain excellent characteristic heart rates.
Untersuchungsverfahren am offenen Kreislauf und Korrelationen mit dem Volumenspezifischen Kontrollparametern:Investigation procedure on the open circuit and correlations with the volume-specific control parameters:
Beispielhaft soll nun im Gegensatz zu den zuvor dargestellten Anwendungen des Verfahrens, welche in der Regel im Zusammenhang mit isovolämischen Bedingungen d.h. beim geschlossenen Kreislauf-System stehen, nunmehr ein bestimmter Anwendungsfall unter den verschiedenen Bedingungen eines of- fenen Kreislaufsystems beschrieben werden (siehe Anwendungsfall S. 23, Zeile 22, Abschnitt b.) Da im Zusammenhang mit einem invasiv eröffneten Kreislauf kontrollierbare und meist auch quantifizierbare sowohl hypervolämische als auch hypo- volämische KreislaufSituationen auftreten können, wird als diesbezüglich relevanter Kontrollparameter das einfliessende bzw. abfliessende Volumen bzw. der entsprechende Volumen- fluss (+dV/dt= Inflow, bzw. -dV/dt=Outflow) angesehen, wobei dieser Kontrollparametergrößen mit Hilfe bestimmter bekannter Volumetrischer Verfahren zusätzlich bestimmt werden und zu den aus den Verfahrensschritten 1 bis 8 ermittelten Ana- lyseergebnissen in Form der bezeichneten Repräsentationen, Meta-Repräsentationen bzw. Kenngrößen in direkte Beziehung gebracht werden . Dabei kann der jeweils aktuell vorherrschende Flow entweder durch seine Absolutwerte oder Relativ- werte oder in Form diskreter herzratenbezogener Volumina quantitativ ausgewiesen werden.In contrast to the previously described applications of the method, which are generally related to isovolemic conditions, ie in a closed circulatory system, a specific use case under the different conditions of an open circulatory system will now be described as an example (see use case p. 23, line 22, section b.) Since controllable and usually also quantifiable both hypervolemic and hypo-volemic circulatory situations can occur in connection with an invasively opened circuit, the inflowing or outflowing volume or the corresponding volume- flow (+ dV / dt = inflow, or -dV / dt = outflow), whereby these control parameter sizes are additionally determined with the aid of certain known volumetric methods and in addition to the analysis determined from method steps 1 to 8 lysis results in the form of the designated representations, meta-representations or parameters are brought into direct relationship. The currently prevailing flow can be shown quantitatively either by its absolute values or relative values or in the form of discrete heart rate-related volumes.
Als vorteilhafte Darstellungsformen zur kontinuierlichen KreislaufÜberwachung können vor allem mindestens zwei zeit- synchrone Zeitreihen angesehen werden, welche einerseits bestimmte charakteristische skalare Kennwerte für die Ordnungsparameter als diesbezügliche Ordinatenwerte repräsentieren, wie z.B. den Ortsvektor, die Parkettierungsflache oder die MQSD-Kenngröße, sowie die diesbezüglichen Flowgrö- ßen- Kontrollparameter als Abszissenwerte enthalten. Damit lassen sich auf einfache Weise volämischen Belastungen und ihre unmittelbaren Auswirkungen auf die akute Regulationsbzw. Kompensationsleistung des Kreislaufs direkt beobachten. Wie erfindungsseitige Voruntersuchungen bereits erkennen lassen, zeigt z.B. der Ortsvektorverlauf des PTT-Attraktors ebenso wie des HR-Attraktors unter einer 30-dimensionalen Einbettungsdimension in Korrelation mit dem volumenbezogenen Kotrollparameter i.d.F. des Outflows bei einer stetigen ca. achtminütigen Blutentnahme von insgesamt 5ooml eine stetige kovariante Entwicklung im Zusammenhang mit der dadurch spezifizierten kontrollierten hypovolämischen Kreislauf- Belastung. Ebenso weisen die volumenabhängigen Attraktor- Entwicklungverlaufe in den diesbezüglichen Zustandsraum- Projektionen sowie die daraus abgeleiteten Kennwerte (Korre- lationsdimension, Lyapunov-Exponent u.a.) ein übereinstimmendes kovariantes Verhalten auf, wobei auch in diesem Fall wiederum charakteristische, deutlich unterscheidbare und klassifizierbare Wechsel der strukturdynamischen Zustände bei bestimmten Volumina- bzw. Flow-Werten beobachtet werden, welche eindeutig mit bestimmten Phasen der regulativen Episoden in Zusammenhang gebracht werden können.At least two time-synchronous time series can be regarded as advantageous forms of representation for continuous circuit monitoring, which on the one hand represent certain characteristic scalar parameters for the order parameters as related ordinate values, such as the location vector, the tiling area or the MQSD parameter, and the related flow size. ß control parameters included as abscissa values. This means that volemic loads and their immediate effects on acute regulation or Observe the compensation performance of the circuit directly. As preliminary investigations by the invention already show, the location vector course of the PTT attractor as well as the HR attractor shows a constant covariant development under a 30-dimensional embedding dimension in correlation with the volume-related control parameter idF of the outflow with a continuous approx. Eight-minute blood draw of a total of 5ooml in connection with the controlled hypovolemic circulatory load specified thereby. Likewise, the volume-dependent development of the attractor in the relevant state space projections and the derived values (correlation dimension, Lyapunov exponent etc.) show a coherent behavior, whereby in this case again characteristic, clearly distinguishable and classifiable changes in the structural dynamic states are observed at certain volume or flow values, which can clearly be associated with certain phases of the regulatory episodes.
Während unter der klinischen Bedingung, dass die Volumen- Zuflüsse (Inflow) bzw. Abflüsse (Outflow) prinzipiell messbar und auch kontrollierbar sind, und damit auch die bezeichneten Korrelationen der Kreislaufspezifischen Ordnungsparameter mit den volumenspezifischen Kontrollparametern grundsätzlich bestimmbar sind, stellt sich in den anders ge- lagerten klinischen Fällen in denen das Auftreten prinzipiell unkontrollierbarer bzw. schwer abschätzbarer okkulter Volumenströme, wie z.B. bei akutem Blutverlust (Outflow) bzw. bei Flüssigkeitseinschwemmungen (Inflow) erwartet werden kann, (siehe dazu S. 22 Abschnitt a) ) die Frage nach der Anwendbarkeit des beanspruchten Verfahrens hinsichtlich einer Risikoüberwachung und schnellen in vivo Erkennung irregulärer, destabilisierter, dekompensatorischer oder kritischer Herz-Kreislauf- Zustände in Verbindung mit der Gewinnung objektiver und signifikanter diagnostischer und prog- nostischer Kriterien. Grundsätzlich bietet dafür auch schon die alleinige Nutzung der verfahrensgemäßen Analyseergebnisse, auch ohne eine zusätzliche Korrelation mit dem volumenspezifischen Kontrollparameter, ein hinreichendes diagnostisches Potential. Bei bestimmten klinischen Erfordernissen ist aber auch eine kombinierte Anwendung und Einbeziehung weiterer zusätzlicher Diagnostischer Strategien denkbar.While under the clinical condition that the volume inflows (outflows) are in principle measurable and also controllable, and thus the designated correlations of the circulatory-specific order parameters with the volume-specific control parameters can basically be determined, in the other ge - stored clinical cases in which the occurrence of in principle uncontrollable or difficult to estimate occult volume flows, such as in the case of acute blood loss (outflow) or in the event of liquid flooding (inflow), (see p. 22 section a)) the question of the applicability of the claimed method with regard to risk monitoring and rapid in vivo detection of irregular, destabilized, decompensatory or critical Cardiovascular conditions in connection with the acquisition of objective and significant diagnostic and prognostic criteria. Basically, the sole use of the analytical results according to the method, even without an additional correlation with the volume-specific control parameters, offers sufficient diagnostic potential. For certain clinical requirements, however, a combined application and inclusion of further additional diagnostic strategies is also conceivable.
TUR-Problematik und Anwendungsbeispiel des Verfahrens:TUR problem and application example of the procedure:
Im Fall eines klinischen Anwendungsbeispiels bezüglich der in Verbindung mit bestimmten endoskopischen Eingriffen möglichen und außerdem weitgehend unkontrollierbaren Einschwem- mung eines bestimmten Anteils einer Spüllösung in den Blutkreislauf, welche zu diesbezüglichen schweren Komplikationen führen (TUR-Syndrom) kann, lässt sich das Verfahren sowohl einzeln oder in Kombination mit sog. Bilanzierenden Verfahren zur Abschätzung erfolgreich zur Risikoüberwachung sowie zur Ableitung bestimmter Abbruchkriterien einsetzen.In the case of a clinical application example with regard to the possible and largely uncontrollable flushing of a certain portion of a rinsing solution into the bloodstream, which can lead to serious complications (TUR syndrome) in connection with certain endoscopic interventions, the method can be done both used individually or in combination with so-called accounting procedures for assessment successfully for risk monitoring and for deriving certain termination criteria.
Während die bekannten Verfahren versuchen, allein anhand der Abschätzung des im Körperkreislauf verbleibenden bzw. des resorbierten Anteiles der Spüllösung mit Hilfe bilanzierender Wägeverfahren bzw. mit Hilfe einer bestimmten Indikator- Methode (z.B. Atemalkohol-Methode) diesbezügliche kritische Stoffmengen als Kriterium zur Risikoabschätzung bzw. zum Abbruch der Operation zugrundelegen, erscheint es jedoch fraglich, ob damit prinzipiell überhaupt eine zuverlässige Risikobewertung erreicht werden kann. Die bekannten Verfahren sind deshalb mit dem prinzipiellen Nachteil behaftet, wel- eher sich schon aus dem diesbezüglichen zugrundegelegten Ansatz ergibt. Danach erscheint dieser schon auch deshalb kaum aussichtsreich zu sein, weil aufgrund der äußerst hohen Komplexität, Adaptivität und Plastizität der autonomen Kreislaufprozesse, praktisch davon auszugehen ist, dass selbst das gleiche eingeschwemmte Volumen, je nach dem akut vorherrschenden KreislaufStatus, sowohl individuell als auch interindividuell eine höchst unterschiedliche und extrem variable Belastung für das Herz-Kreislaufsystem darstellen kann. Dies wird sich demnach, aufgrund der komplexen Abhän- gigkeit von den jeweiligen physiologischen bzw. pathophysio- logischen Bedingungszusammenhängen, auch auf völlig unterschiedliche Weise auf die akute bzw. postoperative klinische Symptomatik und ihre Folgen auswirken.While the known methods attempt to calculate critical amounts of substance as a criterion for risk assessment or based solely on the assessment of the amount of rinsing solution remaining in the body circulation or the absorbed portion of the rinsing solution with the help of balancing weighing methods or with the help of a specific indicator method (e.g. breath alcohol method) On the basis of termination of the operation, it seems questionable whether a reliable risk assessment can be achieved in principle. The known methods are therefore subject to the fundamental disadvantage, which is more likely to result from the underlying approach. According to this, it appears to be barely promising because, due to the extremely high level of complexity, adaptability and plasticity of the autonomous circulatory processes, it can practically be assumed that even the same flushed volume, depending on the currently prevailing circulatory status, is individually as well as interindividually one can represent very different and extremely variable stress for the cardiovascular system. Due to the complex dependency on the respective physiological or pathophysiological conditions, this will affect the acute or postoperative clinical symptoms and their consequences in completely different ways.
Darüber hinaus lässt sich die Vielzahl der unterschiedlichen beim TUR-Syndrom akut bzw. postoperativ auftretenden kardiovaskulären Komplikationen auch nicht eindeutig und monokausal mit der individuell festgestellten hypervolämischen Belastung bzw. der jeweils absorbierten oder resorbierten Stoffmenge (fluid overload) in Verbindung bringen. Dies er- gibt sich auch schon aufgrund der unterschiedlichen Verstoffwechselung und der damit verbundenen variierenden Zeitkonstanten und Wirkungsverzögerung, sowie aufgrund der unterschiedlichen Eliminationszeiten der Spüllösung sowie der komplexen Abhängigkeit von der patientenspezifischen Herz- Kreislauf- und Nierenfunktion. Eine hinreichend klinisch aussagefähige Beurteilung, ob und bis zu welchem Grad tatsächlich eine Kompensation der eingeschwemmten Spüllösung durch die individuellen funktionellen regulatorischen Leis- tungen des Patientenkreislaufsystems im akuten Fall erfolgt, ist selbst im Fall der Kenntnis des Flüssigkeitsvolumens bzw. des fluid overload grundsätzlich nicht möglich. Zusam- mengefasst lässt sich die systembedingte konzeptionelle Problematik, welche bei der Problemlösung berücksichtigt werden muss, dadurch kennzeichnen, dass aufgrund der komplexen, adaptiven und vielfach vernetzten regulativen und dynamischen Zusammenhänge zwischen dem jeweils eingeschwemmten Volumenfluss und den akut vorherrschenden hämodynamisehen und pharmakokinetischen Wechselwirkungen, sowie den wech- selnden Metabolisations- und Eliminationsbedingungen, sowie dem individuellen Spektrum möglicher TUR-Komplikationen, es demnach unmöglich erscheint aus diesen volumetrischen Daten allein, entsprechend aussagekräftige klinische Kennwerte zur Abschätzung der multiplen Risiken zu gewinnen. Dies wäre auch unter der Voraussetzung einer exakten und kontinuierlichen Bestimmung des aktuellen Inflows bzw. des aktuell resorbierten Volumens der Spüllösung, dennoch prinzipiell aussichtslos. Das konkrete Patienten-Risiko hängt jedoch von den vielfach miteinander vernetzten individuell effektiv wirksamen und in der akuten KreislaufSituation zur Verfügung stehenden Kompensationsleistungen aufgrund der vielfältigen dynamischen Regulationsmechanismen des Kreislaufs (wie z.B. von den Übergreifenden-, Zentralen-, Lokalen- Regulationsmechanismen und Organfunktionen) ab, sowie von den jeweils aktuell eingeleiteten klinischen Maßnahmen und Interventionen (z.B. forcierte Diurese) .In addition, the large number of different cardiovascular complications that occur acute or postoperatively in TUR syndrome cannot be unambiguously and monocausally linked to the individually determined hypervolemic load or the amount of substance absorbed or absorbed (fluid overload). This is also due to the different metabolism and the associated varying time constants and delayed action, as well as due to the different elimination times of the flushing solution and the complex dependence on the patient-specific cardiovascular and kidney function. A sufficiently clinically meaningful assessment of whether and to what degree the flushed flush solution is actually compensated for by the individual functional regulatory services of the patient's circulatory system in acute cases is not possible even if the volume of the fluid or the fluid overload is known. In summary, the system-related conceptual problems that must be taken into account when solving the problem can be characterized by the fact that, due to the complex, adaptive and often networked regulatory and dynamic relationships between the volume flow and the acute prevailing hemodynamic and pharmacokinetic interactions, as well as the changing metabolism and elimination conditions, as well as the individual spectrum of possible TUR complications, it therefore seems impossible from these volumetric data alone to obtain meaningful clinical parameters for the assessment of the multiple risks. This would also be hopeless in principle, provided that the current inflow or the currently absorbed volume of the flushing solution is determined precisely and continuously. The specific patient risk, however, depends on the often effectively interconnected, individually effective and available compensation services in the acute circulatory situation due to the diverse dynamic regulatory mechanisms of the circulatory system (such as the overarching, central, local regulatory mechanisms and organ functions), as well as from the currently initiated clinical measures and interventions (e.g. forced diuresis).
Die Aufgabe einer effektiven und TUR-Risikoüberwachung wird durch Anwendung des beanspruchten Verfahrens und durch die entsprechenden Vorrichtung gelöst. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, welche auf die Erfassung von stoffspezifischen Messgrößen gerichtet sind und volumenbezogenen Kriterien zur Kennzeichnung kritischer Belastungen herangezogen werden, stützt sich das beanspruchte Verfahren vornehmlich auf den dynamischen Aspekt der autonomen körpereigenen Regulationsprozesse. Das beanspruchte Verfahren nutzt auf vorteilhafte Weise die komplexen Leistungen dieser vielfältigen und vernetzten physiologischen Mechanismen, wie z.B. die Vielzahl hochspezifischer körpereigener Kreislauf-Sensoren (z.B. die Afferenzen der Baro-, Volumen-, bzw. Dehnungsrezeptoren u.a.) sowie die Leistungen des Zentralen- und Vegetativen Nervensystems, sowie deren efferente Wirkungszusammenhänge . Außerdem wird die Eigenschaft der Konvergenz des Herz-Kreislauf-Systemverhaltens auf nur wenige physiologisch relevante, aber hoch signifikante und leicht messbare efferente Wirkungen vorteilhaft im Sinne des Verfahrens ausgenutzt .The task of effective and TUR risk monitoring is achieved by using the claimed method and by the corresponding device. In contrast to the known methods, which are aimed at the acquisition of substance-specific parameters and volume-related criteria for the identification of critical loads, the claimed method is based primarily on the dynamic aspect of the autonomous body's own regulation processes. The claimed method advantageously uses the complex performance of these diverse and networked physiological mechanisms, e.g. the large number of highly specific endogenous circulatory sensors (e.g. the afferents of the baro, volume or stretch receptors, etc.) as well as the performance of the central and vegetative nervous system, as well as their efferent interdependencies. In addition, the property of the convergence of the cardiovascular system behavior to only a few physiologically relevant, but highly significant and easily measurable efferent effects is advantageously used in the sense of the method.
Ebenso wird ein bestimmter Umstand bezüglich der bei demLikewise, a certain circumstance with regard to the
Verfahren ausgewiesenen und dadurch bestimmten physiologischen Messgrößen, auf vorteilhafte Weise zu Analyse- bzw. Diagnosezwecken genutzt, in welchen die komplexe Dynamik der reflektorisch regulierten kardiovaskulären Ereignisse in den bestimmten gemessenen Zeitreihen entsprechend enkodiert ist und wobei die daraus mit Hilfe des Verfahrens rekonstruierten Attraktoren in den diesbezüglichen Zustandsräumen diese umfassend repräsentieren, wodurch die Kreislaufdynamik hinreichend beschrieben werden kann. Bei der klinischen Anwendung des Verfahrens zur TUR- Risikoüberwachung können zusätzliche weitere Ergebnisse entsprechender präoperativer Untersuchungen zu Referenzzwecken bezüglich des operativen und/oder postoperativen Verlaufs herangezogen werden. Denkbar ist außerdem auch eine kombinierte Anwendung in Verbindung mit zusätzlichen bilanzierenden Verfahren und/oder die Einbeziehung weiterer Vitalparameter, Laborwerte oder sonstiger Referenzen (wie z.B. die als derzeitiger Goldstandard anerkannte Messung der Serum- Natrium-Werte) .Method and thus determined physiological measurement variables, advantageously used for analysis or diagnosis purposes, in which the complex dynamics of the reflex-regulated cardiovascular events in the determined measured time series are encoded accordingly, and the attractors reconstructed therefrom with the help of the method in the relevant ones State spaces represent these comprehensively, which means that the circulatory dynamics can be adequately described. When the TUR risk monitoring method is used clinically, additional additional results from corresponding preoperative examinations can be used for reference purposes with regard to the operative and / or postoperative course. A combined application in connection with additional accounting procedures and / or the inclusion of further vital parameters, laboratory values or other references (such as the measurement of the serum sodium values recognized as the current gold standard) is also conceivable.
Zu Schritt 10 : Zuordnung der Eigenschaften und Merkmale der Analyseergebnisse zu physiologischen Eigenschaften und BefundenFor step 10: assignment of the properties and characteristics of the analysis results to physiological properties and findings
Die Eigenschaften und Merkmale der mit den vorangehen Schritten ermittelten Analyseergebnisse sind dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse die Eigenschaften sowie der Verlauf der zeitlichen Entwicklung komplexer dynamischer Ordnungszustände, sowie ihr direkter Zusammenhang mit bestimmten systemspezifischen Kontrollparametern ermittelt werden und diese Eigenschaften bestimmte Merkmale abgeben, welche zur Charakterisierung der Dynamischen Qualität des autonomen physiologischen regulatorischen Eigenverhaltens des menschlichen oder tierischen Herz-Kreislaufsystems herangezogen werden, insbesondere die Veränderungen dieser Merkmale unter der Einwirkung verschiedenartiger multipler exogener bzw. endogener Belastungen und wobei bezüglich dieser Belastungen daraus bestimmte spezifizierte und quantifi- zierte Kontrollparameter ermittelt werden, und wobei aus denThe properties and characteristics of the analysis results determined with the previous steps are characterized in that the properties and the course of the temporal development of complex dynamic order states, as well as their direct connection with certain system-specific control parameters, are determined during the analysis and these properties provide certain characteristics which are used for Characterization of the dynamic quality of the autonomous physiological regulatory behavior of the human or animal cardiovascular system can be used, in particular the changes in these characteristics under the influence of various multiple exogenous or endogenous loads, and certain specified and quantified control parameters are determined from these loads, and being from the
Ergebnissen der diesbezüglichen Korrelationen bezüglich der Kontrollparameter zu den Analyseergebnissen, des weiteren bestimmte charakteristische Werte für den betreffenden Kontrollparameter ermittelt werden, welche gemäß Schritt 9 die individuell signifikanten Übergänge der diesbezüglichen Dy- namischen Strukturbildung sowie ihre dynamische Stabilität kennzeichnen, undResults of the relevant correlations with regard to the control parameters to the analysis results, and furthermore certain characteristic values for the relevant control parameters are determined, which according to step 9 show the individually significant transitions of the related parameters. naming structure formation and its dynamic stability, and
-dass die Zuordnung dieser die Dynamische Qualität kenn- zeichnenden Merkmale zu entsprechenden Eigenschaften, welche die entsprechenden physiologischen bzw. pathophysiologischen Funktionen und ihre diesbezüglichen Eigenschaften repräsentieren und kennzeichnen dadurch geschieht, dass hierzu weiteres klinisches bzw. experimentelles Datenmaterial als ent- sprechende Referenz herangezogen wird, wodurch die bisher meist phänomenologisch ausgerichteten Befunde anhand der Zuordnung zu den Analyseergebnissen objektiviert und entsprechend quantifiziert werden, und wobei daraus ganz neuartige entsprechende klinisch relevante funktionelle Parameter, Kenngrößen und diagnostische Kriterien abgeleitet werden, insbesondere, dass eine derartige Zuordnung und Referenz (als Fremd- und Selbstreferenz) durch die gezielte Intervention, Stimulation bzw. Provokation zur Erzielung bestimmter physiologischer Wirkungen durch Anwendung entsprechend vor- gesehener Verfahren und Mittel zur Prozess-Interaktion geschieht, insbesondere durch eine gezielte Provokation des Baroreflexes wie z.B. unter kontrollierter Orthostase Belastung (Kipptisch, Schellong-Test) und/oder durch intraabdominale Druckerhöhung (Valsalva-Manöver) und/oder durch Thermo- Stimulation (Kältepressor-Test) und/oder durch pharmakologi- sche Intervention (Phenylephrin-Methode ) u.a., welche gegebenenfalls auch als entsprechende Voruntersuchung beispielsweise vor der eigentlichen Überwachungsaufgabe durchgeführt werden kann, und-that the assignment of these features, which characterize the dynamic quality, to corresponding properties, which represent and characterize the corresponding physiological or pathophysiological functions and their related properties, is done by using further clinical or experimental data material as a corresponding reference, whereby the previously phenomenologically oriented findings are objectified and quantified accordingly on the basis of the assignment to the analysis results, and from which completely new corresponding clinically relevant functional parameters, parameters and diagnostic criteria are derived, in particular that such an assignment and reference (as external and Self-reference) through the targeted intervention, stimulation or provocation to achieve certain physiological effects through the use of appropriate methods and means for process interaction on happens, in particular through a targeted provocation of the baroreflex, e.g. under controlled orthostatic stress (tilting table, Schellong test) and / or by intra-abdominal pressure increase (Valsalva maneuver) and / or by thermal stimulation (cold pressure test) and / or by pharmacological intervention (phenylephrine method), among others, which if necessary, can also be carried out as a corresponding preliminary examination, for example before the actual monitoring task, and
-dass die mit derartigen Voruntersuchungen gewonnen Test- Ergebnisse im Sinne eines operativen Funktionstests für die Einsatzbereitschaft des Verfahrens dienen können. Weitere diesbezügliche Zuordnungen sind außerdem aufgrund zukünftiger klinischer und theoretischer Untersuchungen zu erwarten und können dann vorteilhaft im Sinne einer erweiterten Anwendbarkeit des Verfahrens vorteilhaft eingesetzt werden. Mit dem beanspruchten Verfahren sind hingegen die technischen und methodischen Voraussetzungen geschaffen, welche 'dazu verwendet werden können, um damit ein ganz neues klinisch relevantes Untersuchungsfeld mit weitreichem zukünftigen Anwendungspotential zu eröffnen, wenngleich zur Zeit noch keine vollständig physiologisch interpretierbare Einblicke bezüglich der mit dem Verfahren erzielbaren Analy- seergebnisse existieren. Für weitere zukünftige experimentelle Untersuchungen mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn diese mit entsprechenden Modellsimulationen auf der Grundlage der bezeichneten Messdaten verknüpft werden.-that the test results obtained with such preliminary examinations can serve as an operational function test for the operational readiness of the method. Further assignments in this regard are also due to future clinical and theoretical investigations expect and can then be used advantageously in terms of an expanded applicability of the method. The claimed method, on the other hand, creates the technical and methodological prerequisites that can be used to open up a completely new, clinically relevant field of investigation with far-reaching future application potential, although currently no fully physiologically interpretable insights into the achievable with the method Analysis results exist. For further future experimental investigations with the aid of the claimed method, it is advantageous if these are linked to corresponding model simulations on the basis of the designated measurement data.
Zusammenfassen lässt sich das vorgeschlagene Verfahren auch folgendermaßen:The proposed method can also be summarized as follows:
Verfahren zur Evaluierung und in-vivo-Erkennung der dynami- sehen Qualität eines autonomen regulatorischen Eigenverhaltens des Herzens und/oder des Herz-Kreislaufs eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere zur Kennzeichnung und Unterscheidung komplexer dynamischer Herz- Kreislaufzustände und/oder Zustandswechsel hinsichtlich des pathologisch bzw. regulären Verhaltens und/oder hinsichtlich der Wirkungen verschiedenartiger multipler und wechselnder Belastungen und zur Gewinnung von objektiven und quantitativen funktionellen Parametern, Kenngrößen, Merkmalen sowie Unterscheidungskriterien, welche die diesbezüglichen Zustän- de und/oder Wirkungen kennzeichnen zum Einsatz bei der klinischen Funktionsdiagnostik, Überwachung und Therapiekontrolle, mit den Schritten:Process for evaluating and in vivo detection of the dynamic quality of an autonomous regulatory behavior of the heart and / or the cardiovascular system of a human or animal body, in particular for the identification and differentiation of complex dynamic cardiovascular states and / or state changes with regard to the pathological or regular behavior and / or with regard to the effects of various types of multiple and changing loads and to obtain objective and quantitative functional parameters, parameters, features and differentiation criteria that characterize the relevant conditions and / or effects for use in clinical functional diagnostics, monitoring and therapy control, with the steps:
a) Ausweisung und Spezifizierung der physiologischen Ord- nungsparameter und Kontrollparameter hinsichtlich der pro- zessualen regulatorischen Eigenschaften, insbesondere der Gewinnung der external zugänglichen Prozessinformation und/oder der Erzielung kontrollierbarer Prozessinteraktionen bezüglich der strukturdynamischen komplexen Moden im zweiten Modenwechsel;a) Identification and specification of the physiological order parameters and control parameters with regard to the pro- cessual regulatory properties, in particular the acquisition of externally accessible process information and / or the achievement of controllable process interactions with regard to the structure-dynamic complex modes in the second mode change;
b) Detektion der von der autonomen Herz-Kreislauftätigkeit ausgehenden korrespondierenden physiologischen Ausgangssignale und Kontrollparameter, welche die dynamische Qualität der autonomen reflektorischen bzw. regulatorischen Tätigkeit und/oder die regulatorischen Leistungen auf die verschiedenen Effekt-Organe beinhalten;b) detection of the corresponding physiological output signals and control parameters emanating from the autonomic cardiovascular activity, which contain the dynamic quality of the autonomous reflex or regulatory activity and / or the regulatory performance on the various effect organs;
c) empirische Generalisierung der Messdaten durch Aufberei- tung und Zusammenfassung von Prozessparametern, die aus mindestens einem der kontinuierlich erfassten Signalverläufe der physiologischen AusgangsSignale und/oder der Kontrollparameter evaluiert werden zu einer größeren Gesamtheit empirischer Daten bezüglich ihrer sukzessiven zeitlichen Ent- wicklung insbesondere zu einem zeitlich strukturierten und synchronisierten Ensemble von Zustandsvektoren, welche entsprechende Zustandssektoren bilden, zum Zwecke einer verallgemeinerten Repräsentation und Beschreibung der dynamischen Entwicklung der dadurch gekennzeichneten aktuellen Systemzu- stände sowie der auf diese Zustände einwirkenden verschiedenartigen Prozessvariablen und/oder zur abstrakten Beschreibung und mathematischen Analyse des autonomen regulatorischen Eigenverhaltens des Herz-Kreislaufssystems und/oder zur Erweiterung der Anwendbarkeit von Verfahren zur Signal-Exploration unter Ausnutzung der mit dieser Abstraktion bewirkten Komplexitäts-Reduktion,c) empirical generalization of the measurement data by preparing and summarizing process parameters which are evaluated from at least one of the continuously recorded signal profiles of the physiological output signals and / or the control parameters to form a larger set of empirical data with regard to their successive temporal development, in particular at one time structured and synchronized ensemble of state vectors, which form corresponding state sectors, for the purpose of a generalized representation and description of the dynamic development of the current system states characterized thereby and the various process variables acting on these states and / or for the abstract description and mathematical analysis of the autonomous regulatory behavior the cardiovascular system and / or to extend the applicability of methods for signal exploration using the abstraction with this n reduced complexity,
d) die Interaktion mit den Herz-Kreislaufsystem durch gezielte Einwirkungen mittels Stimulation, Provokation und/oder Intervention zur Auslösung bestimmter physiologi- scher Wirkungen, insbesondere durch Anwendung physikalischer und/oder pharmakologischer Mittel und Strategien zur parametrischen Variation der Kontrollparameter,d) the interaction with the cardiovascular system through targeted actions by means of stimulation, provocation and / or intervention to trigger certain physiological effects, in particular by using physical and / or pharmacological means and strategies for parametric variation of the control parameters,
e) Zuordnung der empirischen prozessualen physiologischen Eigenschaften des Herz-Kreislaufssystems sowie der aufbereiteten physiologischen Ausgangssignale, Prozessparameter, Zu- standsvariable und Kontrollparameter zur abstrakten mathematischen Repräsentation, Beschreibung und Modulierung, welche die Eigenschaften der autonomen Regulationsprozesse sowie ihre zeitliche Entwicklung bezüglich der Dynamik hinreichend umfassen und generalisieren, insbesondere bezüglich ihrer Beziehung zur komplexen Systemtheorie und nichtlinearen Dynamik;e) Assignment of the empirical process-related physiological properties of the cardiovascular system as well as the prepared physiological output signals, process parameters, state variables and control parameters for abstract mathematical representation, description and modulation, which sufficiently include the properties of the autonomous regulatory processes and their temporal development with regard to the dynamics and generalize, especially regarding their relationship to complex systems theory and nonlinear dynamics;
f) Repräsentation eines oder mehrerer zu einer größeren Gesamtheit zusammengefasster physiologischer Ausgangssignale und Kontrollparameter bezüglich mindestens einer die zugrunde liegende Dynamik beinhaltende und diese kennzeichnende abstrakte Eigenschaft zu deren verallgemeinerter mathematischer Beschreibung und zur nachgeschalteten Analyse, hinsichtlich der Charakterisierung Strukturdynamischer Systemeigenschaften und/oder Systemzustände bzw. dynamischer Moden, insbesondere durch korrelierende Zeitreihen und/oder durch mehrdimensionale Zustande- bzw. Merkmalsvektoren und/oder durch rekonstruierte mehrdimensional eingebettete Zustandsraum-Repräsentationen und/oder Zustandsraumabbildun- gen und/oder durch endcodierte Zeichenfolgen;f) Representation of one or more physiological output signals and control parameters combined to form a larger group with regard to at least one abstract property containing and characterizing the underlying dynamics for their generalized mathematical description and for subsequent analysis, with regard to the characterization of structural dynamic system properties and / or system states or dynamic Modes, in particular through correlating time series and / or through multidimensional state or feature vectors and / or through reconstructed multidimensionally embedded state space representations and / or state space maps and / or through end-coded character strings;
g) Bewertung der Qualität verschiedener alternativer Zu- standsraumrekonstruktionen auf der Grundlage jeweils derselben vorliegenden Zeitreihen, bezüglich der Auswahl und Optimierung des geeigneten Einbettungsfensters, insbesondere hinsichtlich der Wahl der hierbei erforderlichen Einbet- tungsdimension und/oder der Delayzeit, h) Analyse der Zeitreihen und/oder der Flüsse im Zustandsraum und/oder der Zeichenfolgen bezüglich der Eigenschaften der zugrunde liegenden Dynamik, insbesondere der Vermessung korrelierender Zeitreihen und/oder der topologischen Trajek- torienbeziehungen (Metrik) und/oder Dynamik der Attraktore- nentwicklung und/oder der Bestimmung des vorherrschenden Komplexitätsgrades,g) evaluating the quality of various alternative state space reconstructions on the basis of the same existing time series, with regard to the selection and optimization of the suitable embedding window, in particular with regard to the choice of the embedding dimension required and / or the delay time, h) Analysis of the time series and / or the flows in the state space and / or the character strings with regard to the properties of the underlying dynamics, in particular the measurement of correlating time series and / or the topological trajectory relationships (metric) and / or dynamics of the attractor development and / or the determination of the prevailing degree of complexity,
i) Ermittlung und Bestimmung signifikanter Kenngrößen und/oder Maße, welche die vorherrschende dynamische Struktur und/oder die Stabilität und/oder den Ordnungsgrad und/oder die Komplexität kennzeichnen;i) determining and determining significant parameters and / or dimensions which characterize the predominant dynamic structure and / or the stability and / or the degree of order and / or the complexity;
j) Bestimmung der Kontrollparameterabhängigkeit verschiedener Repräsentationen und/oder Kenngrößen bezüglich unterschiedlicher Kontrollparameter,j) determining the control parameter dependency of different representations and / or parameters with regard to different control parameters,
k) Klassifizierung und Zuordnung der in den Analyseergebnis- sen ermittelten abstrakten Eigenschaften, Merkmalen undk) Classification and assignment of the abstract properties, characteristics and determined in the analysis results
Kenngrößen bezüglich der dynamischen Qualität zu den empirischen physiologischen bzw. patho-physiologisch relevanten klinischen Befundungsergebnissen, die mindestens eine Beschaffenheit des Herz-Kreislaufsystems und/oder eine regula- torische und/oder kompensatorische Funktionalität repräsentieren.Parameters relating to the dynamic quality of the empirical physiological or pathophysiologically relevant clinical findings, which represent at least one condition of the cardiovascular system and / or a regulatory and / or compensatory functionality.
Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung der Figur 1 weiter erläutert. Die Figur 1 betrifft einen prinzi- piellen Aufbau zur Durchführung des Verfahrens zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens .The invention is further explained with reference to the drawing of Figure 1. FIG. 1 relates to a basic structure for carrying out the method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being.
In Figur 1 ist ein Patient 1 gezeigt, an dessen Arm 10 ein Blutdruckmesssystem 3 angeschlossen ist. Bei dem Blutdruck- messsystem handelt es sich um ein beat to beat Messsystem, bei dem der Blutdruck kontinuierlich ermittelt werden kann. Eine pneumatische Blutdruckmanschette, die der Kalibrierung des Tonometriesensors des beat to beat Blutdruckmesssystems dient, wird am linken Oberarm über der arteria brachialis fixiert. Am gleichen Arm, an dem diese Blutdruckmanschette angebracht ist, wird die arteria radialis palpatorisch lokalisiert und über ihr der Tonometriesensor fixiert.FIG. 1 shows a patient 1, to whose arm 10 a blood pressure measuring system 3 is connected. At the blood pressure measuring system is a beat to beat measuring system in which the blood pressure can be determined continuously. A pneumatic blood pressure cuff, which is used to calibrate the tonometry sensor of the beat to beat blood pressure measurement system, is attached to the left upper arm above the brachial artery. The radial artery is palpatorically located on the same arm to which this blood pressure cuff is attached and the tonometry sensor is fixed above it.
Das EKG-System 2 ist am Patienten 1 in üblicher Weise am Thorax 11 angeschlossen.The ECG system 2 is connected to the patient 1 in the usual way to the thorax 11.
Sowohl das EKG-System 2, als auch das Blutdruckmesssystem 3 sind derart ausgelegt, dass eine kontinuierliche Ermittlung von Messdaten möglich ist. Die Messdaten des EKG 20 und die Messdaten des BlutdruckmessSystems 30 werden an eine entsprechende Verstärkervorrichtung 4 geleitet und dann über einen A/D-Wandler digitalisiert. Der A/D-Wandler ist dabei beispielsweise in einem Messrechner 5 angeordnet. Die Mess- datenaquisition wird dabei vollkommen zeitsynchron für das EKG und die Blutdruckmessung ' vorgenommen, so dass stets Messdatensamples für beide Parameter zum gleichen Zeitpunkt vorliegen.Both the EKG system 2 and the blood pressure measurement system 3 are designed in such a way that a continuous determination of measurement data is possible. The measurement data of the EKG 20 and the measurement data of the blood pressure measurement system 30 are sent to a corresponding amplifier device 4 and then digitized via an A / D converter. The A / D converter is arranged in a measuring computer 5, for example. The measurement data acquisition is carried out completely synchronously for the ECG and the blood pressure measurement, so that measurement data samples for both parameters are always available at the same time.
Diese kontinuierlich und zeitaufgelöst gemessenen MessdatenThis measurement data measured continuously and in a time-resolved manner
20, 30 werden dann in einer Recheneinheit 5 einem Auswer- tungsprozess 6 unterzogen. Der Auswertungsprozess ist bereits weiter oben im Text ausführlich beschrieben worden, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird. Aus den im Aus- wertungsprozess 6 ausgewerteten Messdaten wird dann eine beispielsweise für den Arzt oder Operateur auf einem Bildschirm 8 darstellbare Repräsentation der ausgewerteten Messdaten erstellt. Als Repräsentation kann die weiter oben bereits ausführlich beschriebene Darstellung der jeweiligen Zeitreihen im Parameterraum und/oder dem Phasenraum oder ei- ne andere Darstellung dienen. Eine solche Darstellung kann der jeweilige Arzt dann interpretieren und aus ihnen die notwendigen Schlüsse ziehen. In einer Weiterbildung kann auf dem Bildschirm auch das bereits automatisch interpretierte Ergebnis dargestellt werden.20, 30 are then subjected to an evaluation process 6 in a computing unit 5. The evaluation process has already been described in detail in the text above, so that it will not be dealt with further here. From the measurement data evaluated in the evaluation process 6, a representation of the evaluated measurement data, which can be displayed, for example, for the doctor or surgeon, is then created. The representation of the respective time series in the parameter space and / or the phase space or an serve another representation. The respective doctor can then interpret such a representation and draw the necessary conclusions from it. In a further development, the automatically interpreted result can also be displayed on the screen.
Von dem Messrechner 5 werden die ermittelten Messdaten beispielsweise einer algorithmischen Auswertung der erfassten Messdaten unterzogen. Die algorithmische Auswertung umfasst dabei mindestens ein Bestimmungsmittel 6a zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro- Reflexantwort des Patienten 1 aus den Messdaten, mindestens ein Gewinnungsmittel 6b zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus den bestimmten zeitaufgelösten Ba- ro-Reflexantworten, mindestens ein Auswertungsmittel 6c zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe und mindestens ein Zuordnungsmittel 6d zur automatischen Zuordnung der zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe der Messwerte zu physiologischen Eigenschaf- ten und Merkmalen des Patienten 1.From the measurement computer 5, the measurement data determined are subjected, for example, to an algorithmic evaluation of the measurement data acquired. The algorithmic evaluation comprises at least one determination means 6a for the automatic determination of at least one time-resolved baro-reflex response of the patient 1 from the measurement data, at least one acquisition means 6b for the automatic acquisition of at least one time series from the determined time-resolved baro reflex responses, at least one evaluation means 6c Evaluation of the temporal behavior of the at least one time series and at least one allocation means 6d for automatically assigning the temporal behavior of the at least one time series of the measured values to physiological properties and characteristics of the patient 1.
In einer hier nicht dargestellten Variante des Systems zur Durchführung des Verfahrens zur Diagnose und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufssystems eines Lebewesens kann an- stelle des EKG-Systems ein weiteres beat to beat Blutdruckmesssystem verwendet werden. Diese zweite beat to beat Blutdruckmesssystem wird dann an einer anderen distalen Position des Patientenkörpers angebracht, als das erste Blutdruckmesssystem. Dabei kann insbesondere eine erste Messung am Arm und eine zweite Messung am Bein des jeweiligen Patienten vorgenommen werden. Auch hier ist wichtig, dass die beiden Messsignale vollkommen zeitsynchron aufgezeichnet werden.In a variant of the system (not shown here) for carrying out the method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being, a further beat to beat blood pressure measuring system can be used instead of the EKG system. This second beat to beat blood pressure measurement system is then attached to a different distal position of the patient's body than the first blood pressure measurement system. In particular, a first measurement on the arm and a second measurement on the leg of the respective patient can be carried out. Here, too, it is important that the two measurement signals are recorded completely synchronously.
In Fig. 1A ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, die im Wesentlichen mit der in Fig. 1 übereinstimmt, so dass Bezug auf die entsprechende Beschreibung genommen wird. Hier werden Inputparameter für den Patienten 1 und für den Mess- technikrechner 5. bereitgestellt.FIG. 1A shows an alternative embodiment which essentially corresponds to that in FIG. 1, so that Reference is made to the corresponding description. Input parameters for patient 1 and for measurement technology computer 5 are provided here.
Zum Zwecke einer besseren Übersicht wird die Synoptische Darstellung in Fig. 7 angegeben. In der graphischen Darstellung sind die im Sinne der Erfindung jeweils ermittelten Parameter spezifiziert und in einen diesbezüglichen größeren Zusammenhang gestellt. Darüber hinaus sind die wesentlichen Verfahrensschritte sowie die dadurch erzielbaren Ergebnisse in verallgemeinerter Form zusammengefasst . Danach lassen sich auch die näher beschriebenen Anwendungsfälle sowie weitere denkbare Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung zuordnen.The synoptic representation in FIG. 7 is given for the purpose of a better overview. In the graphic representation, the parameters determined in the sense of the invention are specified and placed in a larger context in this regard. In addition, the essential process steps and the results that can be achieved are summarized in a generalized form. The use cases described in more detail and other conceivable possible uses of the invention can then also be assigned.
Im Sinne einer Verallgemeinerung werden die prozessualen dynamischen Parameter, welche die autonomen Mechanismen der Herz-Kreislauf-Regulation kennzeichnen, unter systemtheoretischen Gesichtspunkten zunächst in zwei Gruppen unter- schieden. Die eine Gruppe bezeichnet und spezifiziert alle in diesem Zusammenhang verwendeten Zustandsvariable und Ordnungsparameter, während in der anderen Gruppe die jeweils zugeordneten und spezifisch ausgewiesenen Kontrollparameter aufgeführt sind.In terms of a generalization, the procedural dynamic parameters, which characterize the autonomous mechanisms of cardiovascular regulation, are first differentiated into two groups from a system-theoretical point of view. One group designates and specifies all status variables and order parameters used in this context, while the other group lists the control parameters that are assigned and specifically identified.
Hierbei sind die Zustandsvariable und/oder Ordnungsparameter durch die jeweils ermittelten Herz-Kreislauf Parameter spezifiziert, welche a, die autonomen bzw. reflektorischen Myokard-Erregungsprozesse, b. die hämodynamisch wirksamen autonomen bzw. reflektorischen Regulationsprozesse und c. die vaskulär wirksamen autonomen bzw. reflektorisch wirksamen Regulationsprozesse (Lokale Regulation) kennzeichnen. Diese werden im Zusammenhang mit den nachfolgend beschriebenen Anwendungsfällen naher spezifiziert.Here, the state variables and / or order parameters are specified by the cardiovascular parameters determined in each case, which a, the autonomous or reflective myocardial excitation processes, b. the hemodynamically effective autonomous or reflex regulatory processes and c. characterize the vascularly effective autonomous or reflexive regulatory processes (local regulation). These are specified in connection with the use cases described below.
Als Kontrollparameter sind alle im Sinne der Erfindung ge- zielt auf das Herz-Kreislaufsystem eines Lebewesens appli- zierte bzw. auf den Körper einwirkende Belastungen sowie bestimmte Interventionen und/oder die von dem Lebewesen selbst aufgebrachten und entsprechend quantifizierten Arbeits- bzw. Leistungsumsätze zu verstehen. Im Einzelnen sind dieseAll control parameters in the sense of the invention are is aimed at understanding the cardiovascular system of a living being or the stresses exerted on the body as well as certain interventions and / or the correspondingly quantified work or performance turnover applied by the living being itself. In detail, these are
a. durch bestimmte volumetrische Belastungen spezifiziert. Hierunter fallen auch die unterschiedlichen Bedingungen der Hypervolämischen- (+ kennzeichnet den Inflow) als auch der Hypovolämisehen (- kennzeichnet den Outflow) Belastungen. Hierzu gehören u.a. alle diesbezüglichen Volumenwerte und Flow-Werte sowie deren zeitliche Verläufe V(t), dV(t)/dt, V( (N) /beat.a. specified by certain volumetric loads. This also includes the different conditions of hypervolaemic (+ indicates the inflow) and hypovolemic (- indicates the outflow) stress. These include all relevant volume values and flow values as well as their temporal profiles V (t), dV (t) / dt, V ((N) / beat.
b. Des weiteren werden bestimmte, dem Körper zugeführte Pharmaka als entsprechende Pharmakologische Interventionen dadurch spezifiziert, dass hierbei sowohl die verschiedenartigen Dosis-Parameter sowie die für die Pharmakokinetik relevanten Applikationsbedingungen quantifiziert werden. Hier- zu gehören u.a. alle diesbezügliche Dosiswerte und Dosisraten wie z.B. Einzeldosis ED, Tagesdosis TD, Effektivdosis ED 50 sowie Dosisverlauf D(t) bzw. Dosisleistung dD(t)/dt bzw. Herzratenbezogene Dosen D(t)/beat.b. Furthermore, certain pharmaceuticals supplied to the body are specified as corresponding pharmacological interventions by quantifying both the different dose parameters and the application conditions relevant for pharmacokinetics. This includes all related dose values and dose rates such as Single dose ED, daily dose TD, effective dose ED 50 and dose course D (t) or dose rate dD (t) / dt or heart rate-related doses D (t) / beat.
c. Unter dent Ergometrischen Größen sind alle diejenigen physischen Belastungen zu verstehen, welche der Körper selbst aufbringt. Die hierbei geleisteten Umsätze werden somit durch die entsprechenden Arbeits- bzw. Leistungsbeträge und/oder durch deren zeitliche Verläufe W(t), P(t) quantifi- ziert. Des weiteren werden ebenso diejenigen Arbeits- bzw.c. The ergometric values are to be understood as all those physical stresses which the body applies itself. The sales achieved here are thus quantified by the corresponding amounts of work or benefits and / or by their temporal profiles W (t), P (t). Furthermore, those working or
Leistungsbezogenen Herzraten eines Individuums spezifiziert, welche sich im Zusammenhang mit den regulatorischen Wirkungen und als Folge einer gezielten und quantifizierten physischen Belastung ergeben, im Besonderen deren zeitliche Ent- Wicklung HR(W,t) bzw. HR(P,t) . d. Unter einer weiteren Kategorie der Belastungsgrößen sind alle diejenigen Bedingungen zu verstehen, welche dazu geeignet sind, das regulatorische Systemverhaltenn entweder mit Hilfe von bestimmten Stimulations- oder Provokation-Methoden gezielt zu beeinflussen. Hierzu können u.a. bestimmte Or- thostase-Belastungen des Herz-Kreislaufsystems durch entsprechende Veränderungen der Körperlage z.B., mit Hilfe eines Kipptisches hervorgerufen werden, wobei diese Lage- Veränderungen durch die Werte für den jeweiligen Kippwinkel gegenüber der Orthostase-Lage spezifiziert wird. Ebenso lassen sich damit auch die abgeleiteten Größen für die Winkelgeschwindigkeit bzw. Winkelbeschleunigung entweder für jeweils einen vorbestimmten Kippvorgang und/oder im Zusammenhang mit veränderlichen Orthostase-Belastungen quantifizieren.Performance-related heart rates of an individual are specified, which arise in connection with the regulatory effects and as a result of a targeted and quantified physical load, in particular their temporal development HR (W, t) or HR (P, t). d. Another category of the load variables is to be understood as all those conditions which are suitable for specifically influencing the regulatory system behavior either with the aid of certain stimulation or provocation methods. For this purpose, certain orthostatic loads on the cardiovascular system can be brought about by corresponding changes in the body position, for example, with the aid of a tilting table, these changes in position being specified by the values for the respective tilt angle relative to the orthostasis position. Likewise, the derived variables for the angular velocity or angular acceleration can also be quantified either for a predetermined tilting process and / or in connection with variable orthostasis loads.
Eine andere Form der Provokation bestimmter regulatorischer Reflex-Reaktionen (z.B. des Baro-Reflexes) stellt das sog. Valsalva-Manöver dar. Der hierbei vom Individuum ausgeübte expiratorische Pressdruck z.B. gegen ein festen oder variierbaren Widerstand wird durch die diesbezüglichen Druckwerte bzw. deren zeitlicher Verlaufe und/oder durch entsprechende abgeleitete Größen spezifiziert.Another form of provocation of certain regulatory reflex reactions (e.g. the baro reflex) is the so-called Valsalva maneuver. The expiratory pressure exerted by the individual, e.g. against a fixed or variable resistance is specified by the relevant pressure values or their temporal course and / or by corresponding derived values.
Mit dem sog. Kältepressor Test kann außerdem eine gezielte thermoregulatorisch bedingte Reaktion des Herz- KreislaufSystems herbeigeführt werden. Zur Quantifizierung der diesbezüglich eingesetzten Temperatur-Reize können demnach die entsprechend geeigneten thermodynamischen Parameter herangezogen werden, welche die Thermostimulation kennzeichnen.With the so-called cold compressor test, a targeted thermoregulatory reaction of the cardiovascular system can also be brought about. To quantify the temperature stimuli used in this regard, the correspondingly suitable thermodynamic parameters can be used, which characterize the thermal stimulation.
Wie die Synopsis in Figur 7 weiterhin zeigt, werden alle für den jeweiligen Anwendungsfall herangezogenen und entsprechend ermittelten Parameterwerte zu entsprechenden Ensembles zusam- mengefasst und in die weitere Verarbeitung einbezogen. Aus diesen simultan und zeitsynchron erhobenen Daten selbst werden einerseits entsprechende parallele Zeitreihen gebildet und andererseits dienen diese als Grundlage für die verfah- rensgemäße Ausführung der diesbezüglichen Verknüpfungen, Korrelationen, Analysen und Darstellungen, welche zur Erzielung der verschiedenen erfindungsgemäßen Ergebnisse erforderlich sind. Somit enthält der untere Teil der Synopsis auch noch einmal eine Zusammenstellung einiger denkbarer Optionen be- züglich verschiedener Kenngrößen bzw. Meta-Repräsentationem.As the synopsis in FIG. 7 also shows, all parameter values used and correspondingly determined for the respective application are combined into corresponding ensembles. quantified and included in the further processing. Corresponding parallel time series are formed on the one hand from these simultaneously and synchronously collected data, and on the other hand these serve as the basis for the process-related execution of the related links, correlations, analyzes and representations which are required to achieve the various results according to the invention. Thus the lower part of the synopsis also contains a compilation of some conceivable options with regard to different parameters or meta representations.
Im folgen werden nun zwei ausgewählte Anwendungsbeispiele in ihrer jeweils verwendeten Ausführungsform beschrieben.In the following, two selected application examples are described in their respective embodiment used.
Anwendungsfall (Überwachung Hypovolämischer Belastungen bei Blutspenden)Use case (monitoring of hypovolaemic loads when donating blood)
Zur Gewinnung volumenbezogener Kontrollparameter enthält das Verfahren geeignete Messmittel zur zur kontinuierlichen vo- lumetrischen Datenerfassung im Verlauf einer Blutspende.To obtain volume-related control parameters, the method contains suitable measuring devices for continuous volumetric data acquisition during the course of a blood donation.
Hierdurch wird die Menge des gespendeten Blutvolumens V(t) und/oder der diesbezügliche Outflow dV(t)/dt kontinuierlich und zeitsynchron zu den weiteren Herz-Kreislaufparametern erfasst. Hieraus wird durch entsprechende Bestimmungsmittel die gespendete Blutvolumenänderung pro Herzaktion V (N) /beat bestimmt.As a result, the amount of the donated blood volume V (t) and / or the related outflow dV (t) / dt is recorded continuously and in synchronism with the other cardiovascular parameters. From this, the donated blood volume change per heart action V (N) / beat is determined by appropriate determination means.
Zur Gewinnung bestimmter kardiovaskulärer Zustandsparameter und/oder Ordnungsparameter werdenTo obtain certain cardiovascular condition parameters and / or order parameters
(i) die entsprechenden, die Myokard-Erregung kennzeichnenden Parameter aus den zeitsynchron zu den volumetrischen Mess- größen erfassten EKG-Ableitungen mit höchstmöglicher Auflösung und Abtastrate ermittelt, wobei unterschiedliche Ablei- tungsarten und Ableitungspositionen für die EKG-Signale zur Anwendung kommen. Aus diesen kontinuierlich während des Verlaufs der Blutspende registrierten EKG-Signalen werden einerseits die Auftrittszeiten der P- , Q- ,R- , S- , T- Signalkomponenten für jeden einzelnen EKG-Komplex durch An- wendung von entsprechenden Trigger- und Timing-Verfahren (Bestimmungsmittel) , wie die gefensterte Maximum-Detektion, Steigungs-Schwellenwert Verfahren u.a. mit einer Genauigkeit von 0,1 ms (time jitter) bestimmt. Des Weiteren werden die R-R- Zeitintervalle bzgl . der Auftrittszeiten der R-Zacken für jeweils aufeinanderfolgende Herzaktionen bestimmt und als tachographische (R-R-Tachogramm) Zeitreihen synchron zu den anderen Zeitreihen dargestellt. Die dabei auftretenden regulatorisch bedingten signifikanten Zeitdifferenzen aufeinanderfolgender RR-Intervalle kennzeichnen somit die Herz- ratenvariabilität ITRV(t) und repräsentieren in Form chronologischer RRtachographischer Zeitreihen die komplexe Dynamik der autonomen Regulatorischen Prozesse.(i) the corresponding parameters characterizing the myocardial excitation are determined from the EKG leads recorded at the same time as the volumetric measurement variables with the highest possible resolution and sampling rate, different lead types and lead positions for the ECG signals Application come. These ECG signals, which are continuously recorded during the course of blood donation, on the one hand become the occurrence times of the P, Q, R, S, and T signal components for each individual ECG complex by using appropriate trigger and timing methods (Determination means), such as the windowed maximum detection, slope threshold method, etc. determined with an accuracy of 0.1 ms (time jitter). Furthermore, the RR time intervals regarding the times of occurrence of the R-waves for successive cardiac actions in each case and shown as a tachographic (RR tachogram) time series in synchronism with the other time series. The regulatory-related significant time differences of successive RR intervals thus characterize the heart rate variability ITRV (t) and represent the complex dynamics of the autonomous regulatory processes in the form of chronological RRtachographic time series.
(ii) Als eine weitere, die hämodynamische Regulation kenn- zeichnende Messgrδßen werden an mindestens einer Ableitposition (z.B. Arteria radialis, A. femoralis) die korrespondierenden arteriellen Blutdruckkurven mit Hilfe eines entsprechenden Blutdruck-Messsystems kontinuierlich und zeitsynchron mit jeder Herzaktion (beat to beat Messung) einer Genauigkeit von ca. 2 mmHg erfasst . Anhand dieser Druckkurven werden einerseits die Auftrittszeiten mittels entsprechender Trigger- und Timing-Verfahren für die systolischen Maxima, diastolischen Minima sowie der Maxima der dikroten Welle ermittelt sowie daraus bestimmte Zeitintervalle bezüg- lieh der entsprechenden Auftrittszeiten bestimmt.(ii) As a further measurement characterizing the hemodynamic regulation, the corresponding arterial blood pressure curves are continuously and synchronously synchronized with each heart action (beat to beat measurement) at at least one derivation position (eg radial artery, femoral artery) with the help of a corresponding blood pressure measurement system ) with an accuracy of approx. 2 mmHg. On the one hand, these pressure curves are used to determine the occurrence times using appropriate trigger and timing methods for the systolic maxima, diastolic minima and the maxima of the dicrotic wave, and to determine specific time intervals with respect to the corresponding occurrence times.
Andererseits werden die bei den jeweiligen AuftrittZeiten vorliegende Druckwerte aus den Druckkurven bestimmt. Im Besonderen werden die systolischen- und diastolischen Druck- werte, sowie die der dikroten Welle bestimmt. Darüber hinaus werden ebenso die Größe der Druckdifferenzen, bzw. Verhältnisse aus den genannten Werten bestimmt und in Form entsprechender Zeitreihen parallel und zeitsynchron zu den weiteren tachographischen und/oder parametrischen Zeitreihen darge- stellt.On the other hand, the pressure values available at the respective performance times are determined from the pressure curves. In particular, the systolic and diastolic pressure values as well as those of the dicrotic wave are determined. Furthermore the magnitude of the pressure differences or ratios are also determined from the values mentioned and are shown in the form of corresponding time series in parallel and in synchronism with the other tachographic and / or parametric time series.
(iii) Als weitere, die vaskuläre Regulation (Lokale Regulation) kennzeichnende Messgröße wird die Puls-Transitzeit (PTT) anhand der jeweiligen Aufrittszeit einer R-Zacke aus dem EKG-Signal und den mit einer entsprechenden Verzögerung detektierten Auftrittszeiten der Systolen aus den mit der aktuellen Herzerregung korrespondierenden Pulskurve ermittelt. Zur Repräsentation der Dynamik vaskulärer Regulations- Ereignisse werden diese PTT-Zeitreihen in Form von PTT- Tachogrammen ebenfalls parallel und zeitsynchron dargestellt. Als entsprechende abgeleitete Größen werden daraus einerseits die für jede einzelne Herzaktion akut vorherrschende Pulswellengeschwindigkeit im Zusammenhang mit der jeweils gewählten Ableitposition des Blutdruck-Sensors und den vorliegenden patientenspezifischen anatomischen Längen des diesbezüglich untersuchten Gefäßabschnittes berechnet und ihre dynamische Variabilität in Form von PWG(t) Zeitreihen entsprechend dargestellt. Für den bei jeder Herzaktion vorherrschenden und durch die lokalen Regulationsmechanismen beeinflusste Elastizität der Gefäßwände lässt sich als ein direktes Maß der Volumenelastizitätsmodul x(t) hinsichtlich seiner dynamischen Variabilität aus der jeweiligen Pulswellengeschwindigkeit für die betreffende Herzaktion und der Dichte p des Blutes (= 1,06 g/cm3) berechnen. Die Zeitrei- hendarstellung des bei jeder Herzaktion effektiv wirksamen(iii) As a further parameter that characterizes vascular regulation (local regulation), the pulse transit time (PTT) is determined on the basis of the respective occurrence time of an R wave from the EKG signal and the occurrence times of the systoles detected with a corresponding delay from those with the current heart excitation corresponding pulse curve determined. To represent the dynamics of vascular regulatory events, these PTT time series are also shown in the form of PTT tachograms in parallel and synchronously. On the one hand, the correspondingly derived values are used to calculate the pulse wave speed that is acutely prevailing for each individual heart action in connection with the respectively selected derivation position of the blood pressure sensor and the patient-specific anatomical lengths of the vascular section examined in this regard, and its dynamic variability in the form of PWG (t) time series shown. A direct measure of the elasticity of the volume elasticity x (t) with regard to its dynamic variability from the respective pulse wave velocity for the respective heart action and the density p of the blood (= 1.06 g / cm 3 ). The time series representation of the effective one with each heart action
Volumenelastizitätsmoduls und seine vasomotorisch bedingte Variabilität wird ebenso wie die zuvor bezeichneten Zeitreihen zu Analysezwecken der dynamischen Struktur der autonomen kardiovaskulären Regulationsprozesse herangezogen. (iv) Als weiterer Verfahrenschritt wird die Bildung, Korrelation simultaner Meta-Repräsentationen auf der Grundlage der unter (i) bis (iii) spezifizierten Zeitreihen für das vorbezeichnete Anwendungsbeispiel weiter spezifiziert.Volume elasticity module and its vasomotor-related variability as well as the time series described above are used for analysis purposes of the dynamic structure of the autonomous cardiovascular regulatory processes. (iv) As a further method step, the formation, correlation of simultaneous meta-representations is further specified on the basis of the time series specified under (i) to (iii) for the aforementioned application example.
Zur Verlaufsbeobachtung und objektiven und quantitativen Charakterisierung des Gesamtverhaltens der komplexen dynami- sehen Entwicklung des autonomen regulatorischen Verhaltens des kardiovaskulären Systems werden für diesen Anwendungs- fall die folgenden unter den auf Seite 42 angeführten MetaRepräsentationen ausgewählt.To monitor the course and to objectively and quantitatively characterize the overall behavior of the complex dynamic development of the autonomous regulatory behavior of the cardiovascular system, the following are selected for this application from the MetaRepresentations listed on page 42.
Dies sind c. der Ortvektor-Verlauf (Seite 58), die Mittle- ren Quadrate sukzessiver Differenzen (MQSD) (Seite 60) sowie eine für diese Anwendung geeignete 3D Merkmalraum- Repräsentation, in welche als Ordnungsparameter jeweils die Beträge des RR- und PTT-Ortsvektors sowie als Kontrollparameter das jeweilige Blutvolumen eingehen. Zur Berechnung der diesbezüglichen Ortsvektoren werden die RR- und PTT-These are c. the location vector course (page 58), the middle squares of successive differences (MQSD) (page 60) as well as a 3D feature space representation suitable for this application, in which the amounts of the RR and PTT location vector as well as Control parameters the respective blood volume. To calculate the relevant location vectors, the RR and PTT
Tachogrammverlaufe herangezogen. Für das Delay- Rekonstruktionsverfahren wird eine hochdimensionale Einbettungsdimension (vorteilhaft sind Dimensionen größer 25 und Delay-Zeiten in der Größenordnung der mittleren RR- Intervalllänge) gewählt und die Rekonstruktion des Zustands- vektors betrieben. Für jeden N-dimensionalen Zustandsvektor werden jeweils die skalaren Beträge berechnet und in Form entsprechender Ortsvektorbeträge RR-OVB(t) bzw. PTT-QVB(t) entweder als zeitsynchrone Zeitreiben im Zusammenhang (pul- se-trains) mit den weiteren diesbezüglichen Zeitreihen dargestellt oder diese gehen in eine für diesen Anwendungsfall ausgewählte 3-dimensionale Merkmal-Raum-Darstellung mit den Koordinaten x: RR-OVB(t), y: PTT-OVB(t) als kardiovaskuläre Zustandsvariable und z: V(t) als volumenbezogener Kontroll- parameter ein. Beispielhaft sind in der Fig. 8 für ein ausgewähltes Profil aller der o.g. und spezifizierten Zeitreihen in einer 11- Kanaligen zeitsynchronen Darstellung a) bis k) zusammenge- fasst, welche im Verlauf einer Blutspende (unter parametri- sierter hypovolämisehen Belastung) unter Anwendung des beanspruchten Verfahrens unter in-vivo Bedingungen gewonnen wurden.Tachogram courses used. A high-dimensional embedding dimension is selected for the delay reconstruction method (dimensions greater than 25 and delay times in the order of the mean RR interval length are advantageous) and the reconstruction of the state vector is carried out. The scalar amounts are calculated for each N-dimensional state vector and represented in the form of corresponding location vector amounts RR-OVB (t) and PTT-QVB (t) either as time-synchronous time rubs in connection (pulse trains) with the other relevant time series or they go into a 3-dimensional feature-space representation selected for this application with the coordinates x: RR-OVB (t), y: PTT-OVB (t) as a cardiovascular state variable and z: V (t) as a volume-related control - parameters on. As an example, FIG. 8 summarizes a selected profile of all of the above and specified time series in an 11-channel time-synchronous representation a) to k), which is used in the course of a blood donation (under parameterized hypovolemic stress) using the claimed Procedures were obtained under in vivo conditions.
Die Figuren 8 zeigt die signifikanten Veränderungen der hochaufgelösten dynamischen Signatur des autonomen kardiovaskulären Systemverhaltens sowie den empfindlichen Zusammenhang der vorbezeichneten und spezifizierten Ordnungspara- meter, welche im Anwendungsfall als klinisch relevante und signifikante Kenngrößen dienen in Verbindung mit den volumenbezogenen Kontrollparametern.FIG. 8 shows the significant changes in the high-resolution dynamic signature of the autonomous cardiovascular system behavior as well as the sensitive relationship between the aforementioned and specified ordering parameters, which in the application serve as clinically relevant and significant parameters in connection with the volume-related control parameters.
Ebenso zeigen die Figuren 9 und 10 zwei ausgewählte 3- dimensionale Merkmalraum-Darstellungen gemäß der o.g. Beschreibung im Verlauf einer Blutspende unter parametrisch kontrollierter hypovolämischen Belastung Gesamt-Outflow =500 ml) an zwei unterschiedlichen Patienten. Zu sehen sind die jeweils signifikanten Verläufe der Trajektorientopologie und Trajektorienentwicklung hinsichtlich dreier ausgezeichneter Phasen über den gesamten Spendenverlauf. Während die Figur 9 den Normalverlauf einer diesbezüglichen Trajektorienentwicklung wiedergibt, erscheint im Fall eines Spenders mit einigen während des Spendenverlaufs aufgetretenen ventriku- lären Extrasystolen (ES) eine signifikant veränderte Topologie und Entwicklung. Erkennbar ist eine rigorose Veränderung des gesamten dynamischen Verhaltens der autonomen Regulation des Spenders auch außerhalb der Auftrittszeiten der ES. Im klinischen Anwendungsfall wird auch dieses Verfahren mit den erfindungsgemäß entsprechenden Verfahrens- und Darstellungsvarianten zur Objektivierung, Quantifizierung und Kennzeichnung des autonomen dynamischen kardiovaskulären Regula- tionsverhaltens herangezogen,FIGS. 9 and 10 likewise show two selected three-dimensional feature space representations in accordance with the above description in the course of blood donation under parametrically controlled hypovolemic load (total outflow = 500 ml) on two different patients. You can see the significant trends of the trajectory topology and trajectory development with regard to three excellent phases over the entire course of the donation. While FIG. 9 shows the normal course of a trajectory development in this regard, in the case of a donor with some ventricular extrasystoles (ES) that occurred during the course of the donation, a significantly changed topology and development appears. A rigorous change in the overall dynamic behavior of the autonomous regulation of the donor can be seen even outside the appearance times of the ES. In clinical application, this method is also used with the method and representation variants corresponding to the invention for objectification, quantification and identification of the autonomous dynamic cardiovascular regulatory behavior.
Anwendungsfall (Diagnostik ,und Überwachung der autonomen kardialen Regulation unter kontrollierten physischen Bedingungen)Use case (diagnosis and monitoring of autonomic cardiac regulation under controlled physical conditions)
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden als Ordnungsparameter bestimmte Myokard-Erregungsgrößen im Zusammenhang mit der Herzrate als Kontrollparameter unter gezielter parametri- sierter physischer Belastung bestimmt. Im Besonderen werden hierbei die Ausbildung bestimmter Erregungsmoden des Myo- kards in Form signifikanter dynamischer Strukturen durch Anwendung der zu diesem Anwendungszweck ausgewählte Verfahrensschritte im Sinne der Ansprüche ausgeführt. Zur Spezifizierung des Kontrollparameters wird jeweils eine vorbe- stimmte patientenspezifische resultierende Herzrate (HR) in beats/min eingestellt, welche sich jeweils unter einer bestimmten ergometrischen Belastung des Patienten ergibt. Für den hier exemplarisch ausgewählten Anwendungsfall werden als Ordnungsparameter einerseits die Korrelationsdimensions Analyse gemäß Seite 56 angewendet, womit bei jeweils unterschiedlich gewählten Phasenraum-Einbettungsdimensionen (von DIM= 5 bis DIM= 40) die jeweils bei einer bestimmten Herzrate auftretende Korrelationsdimension und andererseits die herzratenspezifische exponentielle Divergenz in Form des Lyapunov-Exponenten gemäß Seite 57 als ein die Dynamik derIn this exemplary embodiment, certain myocardial excitation variables in connection with the heart rate are determined as control parameters as control parameters under targeted parameterized physical exertion. In particular, the formation of certain excitation modes of the myocardium in the form of significant dynamic structures is carried out by using the method steps selected for this purpose in the sense of the claims. To specify the control parameter, a predetermined patient-specific resulting heart rate (HR) is set in beats / min, which results in each case under a specific ergometric load on the patient. For the application example selected here as an example, the correlation dimension analysis according to page 56 is used as order parameters, which means that with differently chosen phase space embedding dimensions (from DIM = 5 to DIM = 40), the correlation dimension that occurs at a specific heart rate and, on the other hand, the heart rate-specific exponential divergence in the form of the Lyapunov exponent according to page 57 as a the dynamics of
Myokard-Erregung kennzeichnender Parameter bestimmt.Characteristic parameters of myocardial excitation determined.
Hierzu werden auf der Grundlage der über den Untersuchungs- verlauf erfassten EKG-Zeitsignale EKG(t) für die jeweils ausgewählten Datenensembles nach dem Delay-Verfahren (vor- zugsweise mit t zwischen 5 und 15ms) die entsprechenden Pha- senraumRekonstruktionen bei jeweils verschiedenen Einbettungsdimensionen durchgeführt. Aus diesen rekonstruierten Zustandsgrößen wird dann die jeweils einer bestimmten Herz- rate zugeordnete Korrelationsdimension berechnet. Der Definition der Korrelationsdimension liegt die Korrelationssumme zugrunde (Heaviside-Funktion) . Da die Berechnung der Korrelationssumme in der Praxis einen hohen Rechenaufwand erfordert, wurde für diese Berechnung ein vereinfachter und effi- zienter Algorithmus nach Grassberger und Procaccia verwendet.For this purpose, on the basis of the EKG time signals recorded over the course of the examination, EKG (t) for the respectively selected data ensembles is performed using the delay method (pre- preferably with t between 5 and 15 ms), the corresponding phase space reconstructions are carried out with different embedding dimensions. The correlation dimension assigned to a specific heart rate is then calculated from these reconstructed state variables. The definition of the correlation dimension is based on the correlation sum (Heaviside function). Since the calculation of the correlation sum requires a great deal of computing effort in practice, a simplified and efficient algorithm according to Grassberger and Procaccia was used for this calculation.
Als ein weiteres relevantes Maß für das Dynamische Stabilitätsverhalten der ermittelten Phasenraum Trajektorien bezüg- lieh der autonomen Myokard-Erregungsvorgänge wird der Lyapunov Exponent berechnet, welcher ein relevantes Maß für die mittlere exponentielle Divergenz der Trajektorien innerhalb eines Myokard-Attraktors darstellt und welcher der Dynamik von Zustandsänderungen ein entsprechendes Stabilitätsmaß zu- weist. Die Berechnung des jeweils akuten Wertes für diesen Exponenten kennzeichnet somit ein geeignetes patientenspezifisches Stabilitätsmaß für die autonomen Myokard-- Erregungsvorgänge. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung und/oder Korrelation der jeweils akuten Werte für diese Ex- ponenten mit den akut auftretenden Belastungsgrößen bzw. den daraus abgeleiteten Kontrollparameterwerten wie z.B. der Herzrate liefert die diesbezügliche Verlaufsbeobachtung somit einen weiteren geeigneten, klinisch relevanten und signifikanten objektiven und quantitativen Parameter zur Anwen- düng im Bereich der Herz-Kreislaufdiagnostik. Hierbei beschreibt ein positiver Exponent das Ausmaß des Auseinander- driftens von Trajektorien. Dies bedeutet, je positiver dieser Exponent wird, umso sensitiver und instabiler ist das Verhalten des untersuchten Myokard-Attraktors. Beispielhaft zeigen die Figuren 9, 10 eine diesbezügliche Darstellung der patientenspezifischen Herzratenabhängigkeit (Kontrollparameter) des kardialen Ordnungsparameters a. der Korrelationsdi- mension sowie b. des Lyapunov-Exponenten bei unterschiedlichen Phasenraum- Einbettungsdimensionen,As a further relevant measure of the dynamic stability behavior of the determined phase space trajectories relating to the autonomous myocardial excitation processes, the Lyapunov exponent is calculated, which represents a relevant measure for the mean exponential divergence of the trajectories within a myocardium attractor and which is the dynamics of changes in state assigns a corresponding measure of stability. The calculation of the respective acute value for this exponent thus characterizes a suitable patient-specific stability measure for the autonomous myocardial excitation processes. Through the assignment and / or correlation according to the invention of the respectively acute values for these exponents with the acutely occurring load quantities or the control parameter values derived therefrom, such as the heart rate, the relevant course observation thus provides a further suitable, clinically relevant and significant objective and quantitative parameter Application in the field of cardiovascular diagnostics. Here, a positive exponent describes the extent to which the trajectories drift apart. This means that the more positive this exponent becomes, the more sensitive and unstable the behavior of the examined myocardium attractor. FIGS. 9, 10 show an illustration of the FIG patient-specific heart rate dependency (control parameter) of the cardiac order parameter a. the correlation dimension and b. the Lyapunov exponent with different phase space embedding dimensions,
In der Fig. 9 sind drei ausgezeichnete und signifikante Modenwechsel in der Dynamischen Struktur der Myokarderregung bei bestimmten Herzraten erkennbar. Die Figur 10 zeigt die signifikanten Änderungen der dynamischen Komplexität bzw. die Stabilität der Myokarderregung, welche patientenabhängig, jeweils bei definierten Herzraten auftreten_ Durch eine kombinierte Verlaufsbeobachtung der patientenspezifischen Profile für die Korrelationsdimension und Lyapunov- Exponenten in Verbindung mit den jeweils ausgezeichneten Herzraten, 'bei denen signifikante Modenwechsel der Myokard- Erregung auftreten sind zukünftig weitere klinisch wertvolle Ausführungsformen der Erfindung zu erwarten. Zur Definition einer Erregungsmode wird aufgrund der erfindungsseitigen Erkenntnis das Produkt aus Dimensionwert und dem Wert des Lya- punov-Exponent vorgeschlagen. FIG. 9 shows three excellent and significant mode changes in the dynamic structure of myocardial excitation at certain heart rates. FIG. 10 shows the significant changes in the dynamic complexity or the stability of the myocardial excitation, which, depending on the patient, occur in each case at defined heart rates. By a combined monitoring of the course of the patient-specific profiles for the correlation dimension and Lyapunov exponents in connection with the respectively excellent heart rates, in which Significant changes in mode of myocardial excitation are to be expected in future further clinically valuable embodiments of the invention. To define an excitation mode, the product of the dimension value and the value of the Lypunov exponent is proposed based on the knowledge of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz-Kreislaufsystems eines Lebewesens mit den Schrit- ten: a. Automatische, kontinuierliche und zeitaufgelöste Ermittlung von Messdaten mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters, insbe- sondere des Blutdrucks und/oder der Myokard- Erregung; b. Bildung zeitlich strukturierter Ensembles von Messdaten zur Verallgemeinerung und/oder Komple- xitätsreduktion hinsichtlich der zeitlichen prozessualen regulatorischen Entwicklung des Herz- Kreislaufsystems, insbesondere der Herzratenvariabilität und/oder der Puls-Transitzeit ,- c. Bestimmung mindestens einer Zeitreihe der Ensembles zur Darstellung der zeitlichen und regulatorischen Entwicklung des Herz- KreislaufSystems ; d. Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe; e. Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere in ihrer Beziehung zu unterschiedlichen parametrisierbaren Belastungen; f. Darstellung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder der physiologischen Eigenschaften und Merkmale zur Diagnose und Überwachung des Herz-Kreislaufsystems .1. A method for diagnosing and / or monitoring the cardiovascular system of a living being with the steps: a. Automatic, continuous and time-resolved determination of measurement data of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter, in particular blood pressure and / or myocardial excitation; b. Formation of time-structured ensembles of measurement data for generalization and / or complexity reduction with regard to the temporal process-related regulatory development of the cardiovascular system, in particular the heart rate variability and / or the pulse transit time, - c. Determination of at least one time series of the ensembles to represent the temporal and regulatory development of the cardiovascular system; d. Analysis of the temporal behavior of the time series; e. Assignment of the temporal behavior of the time series to empirically determined physiological properties and characteristics of the cardiovascular system, in particular in their relationship to different parameterizable loads; f. Representation of the temporal behavior of the time series and / or the physiological properties and features for diagnosis and monitoring of the cardiovascular system.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei herz- und/oder kreislaufspezifische Parameter gemessen werden.A method according to claim 1, characterized in that two cardiac and / or circulatory-specific parameters are measured simultaneously.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blutdruck gleichzeitig an zwei unterschiedlichen distalen Orten des Körpers gemessen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the blood pressure is measured simultaneously in two different distal locations of the body.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Myokard-Erregung mittels eines EKG gleichzeitig mit dem Blutdruck gemessen wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the myocardial excitation is measured by means of an EKG simultaneously with the blood pressure.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung zeitlich strukturierter Ensembles durch Bildung von Fenstern von Messdaten erreicht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the formation of time-structured ensembles is achieved by forming windows of measurement data.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten in den Fenstern bezüglich periodischer Komponenten oder rhythmischer Komponenten, insbesondere des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Herz- schlagen, analysiert werden und die analysierten Werte als die zeitlich strukturierten Ensembles verwendet werden. 6. The method according to claim 5, characterized in that the measurement data in the windows are analyzed with regard to periodic components or rhythmic components, in particular the time interval between two heartbeats, and the analyzed values are used as the time-structured ensembles.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit den analysierten Werten der Fenster die Zeitreihe in Schritt c. bestimmt wird. A method according to claim 6, characterized in that with the analyzed values of the window, the time series in step c. is determined.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe diese mittels eines Rekonstruktionsverfahrens in einer Meta-Repräsentation rep- räsentiert wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the analysis of the temporal behavior of the time series this is represented in a meta-representation by means of a reconstruction method.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitreihe in Form von Lorenz-Plots, Phasen- räumen, Parameterräumen, Trajektorien-Plots und/oder Poincare-Plots repräsentiert wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the time series is represented in the form of Lorenz plots, phase spaces, parameter spaces, trajectory plots and / or Poincare plots.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich- net, dass die Zeitreihe mittels eines Delay-Verfahrens im Parameterraum repräsentiert wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the time series is represented in the parameter space by means of a delay method.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter als Zustandsvektor repräsentiert wird.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the parameter is represented as a state vector.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Repräsentation der Zeit- reihe Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien eines Zustandsvektors bestimmt werden. 12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that accumulation points, attractors and / or trajectories of a state vector are determined from the representation of the time series.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien ermittelt wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories is determined.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Parameterraum Aussagen über die raumzeitlichen Beziehun- gen der jeweiligen Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien untereinander abgeleitet werden.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that statements about the spatial-temporal relationships of the respective accumulation points, attractors and / or trajectories with respect to one another are derived from the temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories in the parameter space.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verhalten der Häufungsstellen, Attraktoren und/oder Trajektorien im Phasenraum ein Maß zur Verlaufsbeobachtung der Langzeitentwicklung des Herz-Kreislaufsystems abgeleitet wird.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that a measure for monitoring the course of the long-term development of the cardiovascular system is derived from the temporal behavior of the accumulation points, attractors and / or trajectories in the phase space.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e. die empirische Ermittlung der jeweils mit dem zeitlichen Verhal- ten der Zeitreihe korrespondierenden physiologischen Eigenschaften durch gleichzeitige Messung der jeweiligen physiologischen Eigenschaften, insbesondere der Herzrate, des mittleren Blutdrucks, des Herzzeitvolumens und/oder des Schlagvolumens, durchgeführt wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step e. The empirical determination of the physiological properties corresponding in each case with the temporal behavior of the time series is carried out by simultaneous measurement of the respective physiological properties, in particular the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output and / or the stroke volume.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die empirische Ermittlung bei einer definierten Belastung des Herz-Kreislaufsystems, insbesondere durch Anwendung physikalischer und/oder pharmakologi- scher Mittel, durchgeführt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that the empirical determination at a defined load on the cardiovascular system, in particular by using physical and / or pharmacological means.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich externe und/oder interne herz- und/oder kreislaufspezifische Kontrollparameter in die Analyse des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe und/oder die Zuordnung des zeitlichen Ver- haltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften mit einbezogen werden.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that additional external and / or internal cardiac and / or circulatory-specific control parameters in the analysis of the temporal behavior of the time series and / or the assignment of the temporal behavior of the time series to empirically determined physiological Properties to be included.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Herzrate, der mittlere Blutdruck, das Herzminutenvolumen, das Schlagvolumen, definierte Volumenstromstärken, der Volumen Inflow bzw. Outflow und/oder ergometrische Arbeits- bzw. Leistungsparameter als Kontrollparameter verwendet werden.19. The method according to claim 18, characterized in that the heart rate, the mean blood pressure, the cardiac output, the stroke volume, defined volume flow rates, the volume inflow or outflow and / or ergometric work or performance parameters are used as control parameters.
20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu empirisch ermittelten physiologischen Eigenschaften und Merkmalen in Schritt e. automatisch vorgenommen wird.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the assignment of the temporal behavior of the time series to empirically determined physiological properties and features in step e. is made automatically.
21. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, mindestens ein Messmittel (2, 3) zur automatischen und kontinuierlichen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters (20, 30) des Lebewesens (1) , mindestens einem Aufnahmemittel (4) zur automatischen und zeitaufgelösten Aufnahme des mit dem Messmittel (2, 3) gemessenen Parameters (20, 30), und mindestens einem Auswertungsmittel (5) zur Auswertung des kontinuierlich und zeitaufgelöst aufgenommenen Pa- rameters (20, 30) .21. System for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by at least one measuring means (2, 3) for the automatic and continuous measurement of at least one cardiac and / or circulation-specific parameters (20, 30) of the living being (1), at least one recording means (4) for the automatic and time-resolved recording of the parameter (20, 30) measured with the measuring means (2, 3), and at least one evaluation means (5 ) for evaluating the continuously and time-resolved parameter (20, 30).
22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein herz- und/oder kreislaufspezifischer Parameter (20, 30) der Blutdruck und/oder die Myokard Erregung ist.22. System according to claim 21, characterized in that at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter (20, 30) is the blood pressure and / or the myocardial excitation.
23. System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeich- net, dass mindestens ein Messmittel eine Blutdruckmessvorrichtung (3) und/oder ein EKG (2) ist.23. System according to claim 21 or 22, characterized in that at least one measuring means is a blood pressure measuring device (3) and / or an EKG (2).
24. System nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (2, 3) nicht-invasiv ist.24. System according to at least one of claims 21 to 23, characterized in that at least one measuring means (2, 3) is non-invasive.
25. System nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (3) zur Messung an einem distalen Körperteil des Lebewesens ausgebildet ist. 25. System according to at least one of claims 21 to 24, characterized in that at least one measuring means (3) is designed for measurement on a distal body part of the living being.
26. System nach mindestens einem der Ansprüche" 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (3) als Drucksensor ausgebildet ist.26. System according to at least one of the claims "21 to 25, characterized in that at least one measuring means (3) is designed as a pressure sensor.
27. System zur Diagnostik und/oder Überwachung des Herz- Kreislaufsystems eines Lebewesens, gekennzeichnet durch, mindestens ein Messmittel (2, 3) zur automatischen Messung mindestens eines herz- und/oder kreislaufspezifischen Parameters (20, 30), mindestens einem Bestimmungsmittel (6a) zur automatischen Bestimmung mindestens einer zeitaufgelösten Baro-Reflexantwort des Lebewesens aus den gemessenen herz- und/oder kreislaufspezifischen Parametern (20, 30) , mindestens einem Gewinnungsmittel (6b) zur automatischen Gewinnung mindestens einer Zeitreihe aus den bestimmten zeitaufgelösten Baro-Reflexantworten, mindestens einem Auswertungsmittel (6c) zur Auswertung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einer Zeitreihe der mindestens einen gemessenen Baro- Ref1exantwort , mindestens einem Zuordnungsmittel (6d) zur automatischen Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens, und mindestens einem Darstellungsmittel (8) zur Darstellung der physiologischen Eigenschaften und Merkmale des Lebewesens.27. System for the diagnosis and / or monitoring of the cardiovascular system of a living being, characterized by at least one measuring means (2, 3) for the automatic measurement of at least one cardiac and / or circulatory-specific parameter (20, 30), at least one determining means (6a ) for the automatic determination of at least one time-resolved baro-reflex response of the living being from the measured cardiac and / or circulatory-specific parameters (20, 30), at least one extraction means (6b) for the automatic acquisition of at least one time series from the determined time-resolved baro-reflex responses, at least one Evaluation means (6c) for evaluating the temporal behavior of the at least one time series of the at least one measured baro-response, at least one allocation means (6d) for automatically assigning the temporal behavior of the at least one time series to physiological properties and characteristics of the living being, and at least one display means (8) for displaying the physiological properties and characteristics of the living being.
28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Baro-Reflexantwort die Puls- Transitzeit, die Herzrate, der Blutdruck und/oder die Baro-Reflex-Sensitivität ist.28. System according to claim 27, characterized in that at least one baro-reflex response is the pulse transit time, the heart rate, the blood pressure and / or the baro-reflex sensitivity.
29. System nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Baro-Reflexantwort die Puls-Transitzeit-Variabilität, die Herzraten- Variabilität und/oder die Blutdruck-Variabilität ist.29. System according to claim 27 or 28, characterized in that at least one baro-reflex response is the pulse transit time variability, the heart rate variability and / or the blood pressure variability.
30. System nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messmittel als EKG-Gerät (2) und/oder Blutdruckmessgerät (3) ausgebildet ist.30. System according to one of claims 27 to 29, characterized in that the at least one measuring means is designed as an EKG device (2) and / or blood pressure measuring device (3).
31. System nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens ein Messmittel (2, 3) nicht-invasiv ist.31. System according to one of claims 27 to 30, characterized in that at least one measuring means (2, 3) is non-invasive.
32. System nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mindestens eine Bestimmungsmittel (6a) , das mindestens eine Gewinnungsmittel (6b) , das mindestens eine Auswertungsmittel (6c) und/oder das mindestens einem Zuordnungsmittel (6d) als Softwaremittel ausgebildet ist. 32. System according to one of claims 27 to 31, characterized in that the at least one determination means (6a), the at least one extraction means (6b), the at least one evaluation means (6c) and / or the at least one assignment means (6d) is designed as software means.
33. System nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Bestimmungsmittel (6a) , dem mindestens einen Gewinnungsmittel (6b) , dem mindestens einen Auswertungsmittel (6c) und/oder dem mindestens einen Zuordnungsmittel (6d) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgeführt wird, wobei die Darstellung im Schritt f. durch das Darstellungsmittel (8) durchgeführt wird.33. System according to one of claims 27 to 32, characterized in that in the at least one determination means (6a), the at least one extraction means (6b), the at least one evaluation means (6c) and / or the at least one assignment means (6d) Method according to one of claims 1 to 20, wherein the representation in step f. is carried out by the representation means (8).
34. System nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuordnungsmittel (6a) das zeitlichen Verhalten der Zeitreihe in Relation zu mindes- tens einem gespeicherten, empirisch ermittelten Verhalten einer Zeitreihe der gleichen Baro-Reflexantwort gesetzt wird, die bei Anregung des Herz- Kreislaufsystems des gleichen oder eines anderen Lebewesens (1) ermittelt wurde.34. System according to one of claims 27 to 33, characterized in that in the allocation means (6a) the temporal behavior of the time series is set in relation to at least one stored, empirically determined behavior of a time series of the same baro-reflex response, which when excited the cardiovascular system of the same or a different living being (1) was determined.
35. System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Herz-Kreislaufsystem des Lebewesens durch physikalische Einwirkung, insbesondere Infusion, Blutabnahme und/oder körperliche Belastung, und/oder durch pharma- kologische Einwirkung angeregt wird.35. System according to claim 34, characterized in that the cardiovascular system of the living being is stimulated by physical action, in particular infusion, blood sampling and / or physical stress, and / or by pharmacological action.
36. System nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Zuordnungsmittel (6d) zusätzlich mindestens ein Kontrollparameter der Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der mindestens einen Zeitreihe zu physiologischen Eigenschaften und Merkmalen des Lebewesens dient . 36. System according to one of claims 27 to 35, characterized in that in the allocation means (6d) additionally at least one control parameter is used to assign the temporal behavior of the at least one time series to physiological properties and characteristics of the living being.
37. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontrollparameter zusätzlich durch das mindestens eine Messmittel (2, 3) und/oder durch mindestens ein weiteres Messmittel bereit gestellt werden .37. System according to claim 36, characterized in that the at least one control parameter is additionally provided by the at least one measuring means (2, 3) and / or by at least one further measuring means.
38. System nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeich- net, dass der mindestens eine Kontrollparameter die mittlere Herzfrequenz, der mittlere Blutdruck, das Infusionsvolumen, das Blutabnahmevolumen, das Distensi- onsmittelvolumen bzw. die Distensionsmittelbilanz und/oder eine Ergometerleistung ist.38. System according to claim 36 or 37, characterized in that the at least one control parameter is the mean heart rate, the mean blood pressure, the infusion volume, the blood withdrawal volume, the distension agent volume or the distension agent balance and / or an ergometer performance.
39. System nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überwachung eines Patienten bei Zuordnung des zeitlichen Verhaltens der Zeitreihe zu einem kritischen Herz-Kreislaufzustand eine Warnung auf dem Darstellungsmittel (8) ausgegeben wird.39. System according to one of claims 27 to 38, characterized in that when monitoring a patient when the time behavior of the time series is assigned to a critical cardiovascular state, a warning is output on the display means (8).
40. Verwendung eines Systems nach mindestens einem der An- sprüche 27 bis 39, 21 bis 26 und/oder eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 in der Intensivmedizin, der Sportmedizin, der Reha-Medizin, der Anästhesiologie, dem Monitoring an Fitnessgeräten und/oder der allgemeinen Herz-Kreislaufdiagnostik, insbesondere zum Monitoring bei einem Belastungs-EKG.40. Use of a system according to at least one of claims 27 to 39, 21 to 26 and / or a method according to at least one of claims 1 to 20 in intensive care medicine, sports medicine, rehabilitation medicine, anesthesiology, monitoring Fitness equipment and / or general cardiovascular diagnostics, in particular for monitoring an exercise ECG.
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