DE3209850A1 - Monitoring device for physiological variables - Google Patents
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Abstract
Description
Überwachungsgerät für physiologische VariablePhysiological variable monitor
Die Erfindung betrifft eine von einem Patienten zu tragende Datenerfassungs-, Datenauswerte- und Ergebnisspeicherungsvorrichtung zur Verwendung mit einem tragbaren, ebenfalls am Patienten anbringbaren Meßgerät zur ambulanten Überwachung einer oder mehrerer von dem tragbaren Meßgerät erfassten physiologischen Variablen des Patienten - vorzugsweise des Elektrokardiogramms -, wobei die Vorrichtung kontinuierlich die Werte der physiologischen Variablen erfasst.The invention relates to a data acquisition device to be worn by a patient, Data evaluation and results storage device for use with a portable, also on the patient attachable measuring device for outpatient monitoring of an or a plurality of patient physiological variables sensed by the portable meter - preferably the electrocardiogram -, the device continuously the Values of physiological variables recorded.
In der medizinischen Praxis und auch in der Forschung besteht häufig die Notwendigkeit, physiologische Parameter von Patienten zu überwachen. Hierzu sind im klinischen Bereich stationäre Einrichtungen üblich, die kontinuierlich die Werte von physiologischen Variablen erfassen und mit Hilfe eines angeschlossenen Rechners diese Meßwerte auf die Einhaltung von Grenzwerten und Verläufen überwachen und sonstige Berechnungen durchführen sowie Ergebnisse anzeigen und/oder ausdrucken.In medical practice and also in research there is often the need to monitor physiological parameters of patients. For this Inpatient facilities are common in the clinical sector, which continuously provide the Record values of physiological variables and use a connected Computer monitor these measured values for compliance with limit values and progressions and perform other calculations as well as display and / or print out results.
In vielen Anwendungsfällen ist es jedoch notwendig, solche Überwachungen und Auswertungen in der Alltagsumgebung des Patienten durchzuführen und ohne dessen Bewegungsfreiheit einzuschränken. Für eine solche ambulante Überwachung standen bisher tragbare Kleinstmagnetbandgeräte und die Funktelemetrie zur Verfügung.In many applications, however, it is necessary to have such monitoring and carry out evaluations in the patient's everyday environment and without it Restrict freedom of movement. For such outpatient surveillance stood hitherto portable miniature magnetic tape recorders and radio telemetry are available.
Bei der Funktelemetrie trägt der Patient unter anderem einen Sender, der die Meßsignale unmittelbar drahtlos an ein Empfangs- und Auswertegerät überträgt. Einige Nachteile dieses Verfahrens liegen in der Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Patienten auf die Reichweite der Übertragungsstrecke, der geringen Anzahl verfügbarer Funkkanäle und damit auch der Störanfälligkeit.With radio telemetry, the patient wears a transmitter, among other things, which transmits the measurement signals directly and wirelessly to a receiving and evaluation device. Some of the disadvantages of this procedure are the restriction of freedom of movement of the patient on the range of the transmission path, the small number of available Radio channels and thus also the susceptibility to interference.
Um diese Nachteile zu vermeiden wurden Geräte entwickelt, die die Signale nicht drahtlos übertragen, sondern mit Hilfe eines ebenfalls vom Patienten zu tragenden batteriebetriebenen Kleinstmagnetbandgerätes speichern. Nach Beendigung der Aufzeichnung, z.B. nach 24 Stunden, wird das Magnetband in einem dazu vorgesehenen Gerät beim Arzt, in der Klinik oder in einem darauf spezialisierten Labor abgespielt, und die aufgezeichneten Signale werden von einem Rechner ausgewertet.In order to avoid these disadvantages, devices have been developed that have the Signals are not transmitted wirelessly, but also with the help of a patient to save portable battery-operated miniature magnetic tape recorder. After completion After the recording, e.g. after 24 hours, the magnetic tape is placed in a designated area Device played at the doctor's, in the clinic or in a specialized laboratory, and the recorded signals are evaluated by a computer.
Nachteilig sind dabei jedoch die Baugrösse, das relativ hohe Gewicht und der Strombedarf des Magnetbandgeräts, verbunden mit dem hohen Gewicht und den Kosten für die Batterien. Ausserdem sind die beweglichen Teile des Magnetbandgeräts verschleiß- und störanfällig, die Qualität der Aufzeichnungen wird durch Gleichlaufschwankungen infolge von Spannungsschwankungen oder Patientenbewegungen gemindert, und es können den Patienten störende Geräusche auftreten.However, the size and the relatively high weight are disadvantageous and the power requirements of the magnetic tape recorder, combined with the high weight and the Costs for the batteries. In addition, there are the moving parts of the magnetic tape recorder The quality of the records is prone to wear and tear will due to wow and flutter due to voltage fluctuations or patient movements and it may cause annoying noises to the patient.
Für die ärztliche Anwendung besonders störend ist ausserdem die sehr zeitaufwendige und umständliche Art der Auswertung.For medical use, it is also very annoying time-consuming and cumbersome type of evaluation.
Es sind Geräte bekannt, bei denen der Meßwertspeicher keine beweglichen Teile mehr enthält, sondern z.B. einen Halbleiterspeicher.Devices are known in which the measured value memory is not movable Contains more parts, but e.g. a semiconductor memory.
In der DE-AS 28 16 494 ist ein Gerät dieser Art beschrieben, das aus an sich bekannten Bausteinen von Mikrorechnersystemen zur Digitalisierung und Speicherung von Meßwerten besteht und bis zu 2000 Meßwerte speichert. Bei Messungen über einen längeren Zeitraum können daher Meßdaten nicht kontinuierlich gespeichert werden, sondern nur stichprobenartig einzelne Meßwerte in vorgebbaren Zeitabständen. Dieses Verfahren ist für physiologische Variable mit langsamen Änderungen (z.B. Körpertemperatur) voll ausreichend, nicht jedoch für andere Variable (z.B. EKG-Signale), bei denen der genaue Verlauf für jeden Sekundenbruchteil für die Auswertung von Interesse ist.In DE-AS 28 16 494 a device of this type is described which consists of known components of microcomputer systems for digitization and storage of measured values and stores up to 2000 measured values. When measuring over a Measurement data can therefore not be saved continuously for a longer period of time, but only random individual measured values at predefinable time intervals. This Procedure is for physiological variables with slow changes (e.g. body temperature) fully sufficient, but not for other variables (e.g. ECG signals) for which the exact course for each fraction of a second for the evaluation of interest is.
Aus der DE-OS 30 24 824 ist ein Gerät bekannt, welches einen relativ kleinen Speicher besitzt und relativ einfache Meßwerte wie Pulsfrequenz und Blutdruck erfassen und speichern kann.From DE-OS 30 24 824 a device is known which has a relatively Has a small memory and relatively simple measurements such as pulse rate and blood pressure can capture and save.
Es ist zwar mit dem dort beschriebenen Gerät auf eine Aufzeichnung von anderen physiologischen Variablen, z.B. EKG, möglich, jedoch aufgrund des kleinen Speichers nur für kurze Zeiträume.It is indeed with the device described there on a recording from other physiological variables, e.g. EKG, possible, however only for short periods of time due to the small memory.
Die vollständige kontinuierliche Aufzeichnung von komplexen Variablen (z.B. EKG-Signale) über einen längeren Zeitraum ist beim heutigen Stand der Technik mittels Halbleiterspeicher noch viel zu aufwendig, ausserdem. würde auch dann der Nachteil einer relativ langdauernden Auswertung der aufgezeichneten Signale bestehen bleiben.The complete continuous recording of complex variables (e.g. EKG signals) over a longer period of time is state-of-the-art with today's technology by means of semiconductor memory still far too expensive, besides. would also be the The disadvantage of a relatively long-term evaluation of the recorded signals exist stay.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile-vermeidet, also sowohl klein, kostengünstig und ohne bewegliche Teile ist, als auch eine vollständige kontinuierliche Überwachung sehr komplexer und sich schnell ändernder physiologischer Variablen über einen langen Zeitraum erlaubt und die Ergebnisse dem daran interessierten Arzt ohne langwierige Auswerte- oder Wartezeit zur Verfügung stellt.The invention is based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning To create a way that avoids the disadvantages mentioned, so both small, inexpensive and has no moving parts, as well as full continuous monitoring very complex and rapidly changing physiological variables over a long period of time Period allowed and the results to the interested doctor without tedious Provides evaluation or waiting time.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gerät mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Erfindung realisiert den Gedanken, nicht die erfassten Variablen zu speichern und später in einem zeitaufwendigen Verfahren auszuwerten, sondern stattdessen die Auswertung unmittelbar während der Erfassung der Daten in dem vom Patienten tragbaren Gerät mit Hilfe eines an sich bekannten Mikrorechners durchzuführen und nur noch die für den Arzt interessanten Ergebnisse zu speichern, wofür dann auch ein relativ kleiner Speicher ausreicht.According to the invention, this object is achieved by a device with the claims 1 listed features solved. The invention realizes the idea, not that save recorded variables and evaluate them later in a time-consuming process, Instead, the evaluation is carried out immediately while the data is being recorded in the device portable by the patient with the aid of a known microcomputer and only save the results that are of interest to the doctor, for which a relatively small memory is sufficient.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile: - geringes Gewicht und störungsfreier Betrieb durch Wegfall beweglicher Teile - langer Überwachungszeitraum - kontinuierliche Überwachung - schnelle Auswertung durch den Arzt möglich, da die Daten schon weitgehend ausgewertet geliefert werden.The invention offers the following advantages: light weight and less interference Operation by eliminating moving parts - long monitoring period - continuous Monitoring - quick evaluation by the doctor possible, as the data is already largely available be delivered evaluated.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Figuren, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur EKG-Überwachung zeigen und nachfolgend beschrieben sind-* Es zeigen: Fig. 1 den Aufbau eines EKG-Uberwachungssystems Fig. 2 ein normales EKG Fig. 3 ein Überwachungsgerät Fig. 4 ein Wiedergabegerät Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaues eines erfidungsgemässen EKG-Überwachungssystems. Während der Überwachung trägt der Patient ein Überwachungsgerät 2, an dessen Schnittstelle 5 mehrere EKG-Elektroden 1 angeschlossen sind, die an geeigneten Stellen des Patienten angebracht sind und Meßsignale abgeben.Further advantages, features and possible applications result from the figures, which show a preferred embodiment for EKG monitoring and are described below: FIG. 1 shows the structure of an EKG monitoring system FIG. 2 shows a normal EKG. FIG. 3 shows a monitoring device. FIG. 4 shows a playback device 1 shows a block diagram of the structure of an EKG monitoring system according to the invention. During the monitoring, the patient wears a monitoring device 2 at its interface 5 several EKG electrodes 1 are connected, which are at suitable locations on the patient are attached and emit measurement signals.
Beim Arzt steht ein Wiedergabegerät 3, an dessen eine Schnittstelle 12 das Überwachungsgerät 2 und an dessen zweite Schnittstelle 17 ein gebräuchlicher EKG-Schreiber 4 angeschlossen werden kann.The doctor has a playback device 3 at one of its interfaces 12 the monitoring device 2 and a customary one at its second interface 17 EKG recorder 4 can be connected.
Während der Überwachung werden die von den Elektroden 1 aufgenommenen Meßwerte vom Überwachungsgerät 2 kontinuierlich ausgewertet. Rhythmusstörungen werden gesucht. Gefundene Störungen werden klassifiziert und gezählt. Für jede Klasse wird ein Beispiel gespeichert.The electrodes 1 are recorded during the monitoring Measured values from the monitoring device 2 continuously evaluated. Arrhythmias will be sought. Any faults found are classified and counted. For each class will saved an example.
Zur Auswertung durch den Arzt wird das Überwachungsgerät 2 über die Schnittstelle 12 an das Wiedergabegerät 3 angeschlossen. Mit diesem Gerät können die gespeicherten Daten in tabellarischer Form abgerufen werden. Ausserdem ist ein praxisüblicher EKG-Schreiber 4 über eine Schnittstelle 17 anschließbar, auf dem die gespeicherten typischen Verlaufe der einzelnen Rhythmusstörungen ausgeschrieben werden können.For evaluation by the doctor, the monitoring device 2 is via the Interface 12 connected to playback device 3. With this device you can the stored data can be called up in tabular form. There is also a Common EKG recorder 4 can be connected via an interface 17 on which the stored typical courses of the individual arrhythmias are written out can be.
Anhand Fig. 2 wird die im Gerät 2 durchgeführte Auswertung erläutert.The evaluation carried out in device 2 is explained with reference to FIG.
Fig. 2 zeigt ein normales EKG 20, mit den in der Medizin gebräuchlichen Bezeichnungen P Q R S T. Eingezeichnet sind eine erste Periode 22, die die Zeitdauer bis zum auffälligen Q R S-Komplex 24 angibt und eine zweite Periode 26, die dem Q R S-Komplex 24 folgt.FIG. 2 shows a normal EKG 20 with those commonly used in medicine Designations P Q R S T. A first period 22, the duration of time to the conspicuous Q R S complex 24 and a second period 26, the Q R S complex 24 follows.
Die Auswertung besteht darin, dass aus dem EKG-Verlauf die Herzkammeraktionen (QRS-Komplex 24 im EKG 20) erkannt und in ihrer Form analysiert werden. Zur Wiedererkennung der QRS-Komplexe werden einige Parameter herangezogen, wie Steilheit des Anstieges QR, Höhe des Peaks R, Fläche eines Dreiecks QRS, Abstand QS usw.The evaluation consists in that the heart chamber actions from the EKG course (QRS complex 24 in EKG 20) can be recognized and analyzed in terms of their form. For recognition of the QRS complexes, some parameters are used, such as the steepness of the slope QR, height of the peak R, area of a triangle QRS, distance QS, etc.
Deren Werte und Toleranzschwellen werden in einer Lernphase, in der das Überwachungsgerät 2 mit dem Wiedergabegerät 3 verbunden ist, ausgewählt und optimiert.Their values and tolerance thresholds are set in a learning phase in which the monitoring device 2 is connected to the playback device 3 is, selected and optimized.
Anhand dieser Parameter werden die QRS-Komplexe in Normalaktionen und Anormalaktionen, die z.B. durch einen anderen Reizursprung oder Ablauf verursacht werden, klassifiziert.Based on these parameters, the QRS complexes become normal actions and abnormal actions caused, for example, by a different source of stimulus or process are classified.
Ferner werden die Zeitdauern zwischen den QRS-Komplexen, also die Perioden 22 und 26, zur Klassifizierung der Vorzeitigkeit bzw. des Fehlens einer Kammeraktion herangezogen. Mit diesen und einigen anderen Kriterien werden die wichtigsten Rhythmusstörungen klassifiziert: ventrikuläre Extrasystole, ventrikuläre Salve, Bigeminus, supraventrikuläre Extrasystole, sinuatrialer Block, abrupte Frequenzänderung, Bradykardie, Tachykardie.Furthermore, the time periods between the QRS complexes, i.e. the Periods 22 and 26, to classify the prematurity or the lack of a Chamber action used. With these and a few other criteria become the most important Arrhythmias classified as: ventricular extrasystole, ventricular salvo, Bigeminus, supraventricular extrasystole, sinoatrial block, abrupt rate change, Bradycardia, tachycardia.
Neben der beschriebenen manuellen Eingabe ist auch eine selbsttätige Ermittlung von Normalwerten durch gewichtete Mittelung zeitlich zuvor erfasster Daten möglich.In addition to the manual input described, there is also an automatic input Determination of normal values by weighted averaging previously recorded Dates possible.
Bei der Überwachung des Patienten werden die auftretenden EKG-Signale automatisch analysiert, d. h. die entsprechenden Parameter werden aus dem jeweiligen Komplex aufgenommen und mit den Parametern der Normalaktionen verglichen. Ein Beispiel ist die Prüfung, ob die erste Periode 22 zu lang oder zu kurz ist, ob die zweite Periode 26 zu lang oder zu kurz ist und ob der QRS-Komplex 24 normal ist. Liegen einer oder mehrere der Parameter ausserhalb der vorher eingegebenen Toleranzen, so wird eine Rhythmusstörung erkannt.When monitoring the patient, the occurring EKG signals are used analyzed automatically, d. H. the corresponding parameters are taken from the respective Complex recorded and compared with the parameters of the normal actions. An example is the test of whether the first period 22 is too long or too short, whether the second Period 26 is too long or too short and whether the QRS complex 24 is normal. Lie one or more of the parameters outside the previously entered tolerances, this is how a rhythm disturbance is recognized.
Die Rhythmusstörungen werden zusammen mit der Uhrzeit ihres Auftretens protokollartig gespeichert und für jede der genannten Klassen getrennt gezählt, wobei die Zwischensummen dieser Zählung in festen Zeitintervallen ebenfalls gespeichert werden können.The rhythm disturbances are reported along with the time of their occurrence stored in a log and for each of the named Classes counted separately, the subtotals of this count at fixed time intervals can also be saved.
Neben der tabellarischen Auflistung der Rhythmusstörungen werden für jede Rhythmusstörungsklasse je ein typischer Verlauf des EKG-Signals in vollständiger Form gespeichert, beginnend z.B. 5 Sekunden vor dem auslösenden Ereignis und endend 10 Sekunden danach.In addition to the tabular listing of the arrhythmias, each class of arrhythmias a typical course of the ECG signal in full Form saved, starting e.g. 5 seconds before the triggering event and ending 10 seconds after that.
Dies ermöglicht dem Arzt auch eine Kontrolle des Geräts bei der Auswertung.This also enables the doctor to check the device during the evaluation.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines vom Patienten zu tragenden Überwachungsgeräts 2. Von der Schnittstelle 5 führen ein EKG-Verstärker 6 und ein Analog-Digital-Converter 7 zum Mikroprozessor 8. An diesen sind ein Speicher 9 und eine Uhr 10 angeschlossen. Das Gerät 2 wird von einem Akkumulator 11 mit Strom versorgt.Fig. 3 shows a block diagram of one to be worn by the patient Monitoring device 2. An EKG amplifier 6 and 6 lead from the interface 5 Analog-digital converter 7 to the microprocessor 8. On these are a memory 9 and a clock 10 attached. The device 2 is supplied with power by an accumulator 11.
Die von den Elektroden 1 kommenden Signale werden vom EKG-Verstärker 6 verstärkt und im Analog-Dig#tal-Converter 7 digitalisiert. Diese digitalisierten Werte werden in festen Zeitabständen (z.B. 100 Werte je Sekunde) vom Mikroprozessor 8 übernommen und mit Hilfe von Rechnerprogrammen zwischengespeichert und mit den zuvor erfassten ungestörten und gemittelten EKG-Verläufen verglichen, um Rhythmusstörungen zu erkennen und zu klassifizieren. Störungen werden mit der von einer elektronischen Uhr 10 abgeleiteten Uhrzeit protokollartig im Speicher 9 gespeichert, der auch die Programme und zwischengespeicherte unverarbeitete Rohdaten enthält. Hier werden ausserdem Kurvenverläufe typischer Störungen in digitaler Form gespeichert. Alle Bausteine sind beim heutigen Stand der Technik vorzugsweise in stromsparender C-MOS-Technologie realisiert, die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie oder vorzugsweise über einen ladbaren Akkumulator 11.The signals coming from the electrodes 1 are transmitted by the EKG amplifier 6 amplified and digitized in the analog digital converter 7. These digitized Values are sent at fixed time intervals (e.g. 100 values per second) by the microprocessor 8 taken over and cached with the help of computer programs and with the Previously recorded undisturbed and averaged ECG courses compared to arrhythmias to recognize and classify. Interference will be with that of an electronic Clock 10 derived time is stored in the form of a protocol in memory 9, which also contains the Programs and Contains cached unprocessed raw data. Curves of typical faults are also stored here in digital form. With the current state of the art, all components are preferably more energy-efficient C-MOS technology implemented, the power supply is provided by a battery or preferably via a rechargeable battery 11.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines stationären, netzbetriebenen Wiedergabegeräts 3 für die ärztliche Praxis. An die Schnittstelle 12 sind ein Netzteil mit Ladegerät 13, eine LCD-Anzeige 14, eine Bedientastatur 15 und ein Digital/Analog-Converter 16 angeschlossen.Fig. 4 shows a block diagram of a stationary, line-operated Playback device 3 for the medical practice. A power supply unit is connected to the interface 12 with charger 13, an LCD display 14, a keypad 15 and a digital / analog converter 16 connected.
Nach Anschluß des Uberwachungsgeräts 2 an der Schnittstelle 12 werden mit der Bedientastatur 15 die protokollierten Ereignisse und die aufsummierten Störungstyphäufigkeiten in tabellarischer Form abgerufen und auf der LCD-Anzeige 14 angezeigt.After the monitoring device 2 has been connected to the interface 12 with the keypad 15 the logged events and the accumulated fault type frequencies called up in tabular form and displayed on the LCD display 14.
Ausserdem können die digital gespeicherten klassen-typischen Kurvenformen in dem Digital/Analog-Converter 16 wieder in Analogsignale gewandelt und über Schnittstelle 17 auf einem normalen praxisüblichen EKG-Schreiber 4 ausgeschriebenen werden. Gleichzeitig kann vom Ladegerät 13 der Akkumulator 11 des Überwachungsgeräts 2 nachgeladen werden.In addition, the digitally stored class-typical curve shapes converted back into analog signals in the digital / analog converter 16 and via the interface 17 can be written out on a normal ECG recorder 4 that is customary in practice. Simultaneously the battery 11 of the monitoring device 2 can be recharged by the charger 13.
Die Zusammenschaltung von Überwachungsgerät 2, Auswertegerat 3 und EKG-Schreiber 4 ist ausserdem zu Beginn der Überwachung sinnvoll, um die Anbringung der Elektroden und die Gerätefunktionen zu überprüfen und gegebenenfalls das Auswerteverfahren patientenspezifischen Besonderheiten anzupassen.The interconnection of monitoring device 2, evaluation device 3 and ECG recorder 4 is also useful at the beginning of the monitoring in order to make the attachment the electrodes and the device functions and, if necessary, the evaluation process adapt to patient-specific features.
In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind Überwachungsgerät und Wiedergabegerät in der gleichen Baueinheit vereinigt, jedoch ohne Netzteil und Ladegerät.In a further, not shown embodiment of the invention are Monitoring device and playback device combined in the same structural unit, however without power supply and charger.
Weitere Abwandlungen und weitere Anwendungen sind im Rahmen der erfindungsgemässen Lehre möglich. So können z.B. der Blutdruck, die Körpertemperatur oder Gehirnströme überwacht werden.Further modifications and further applications are within the scope of the invention Teaching possible. For example, blood pressure, body temperature or brain waves be monitored.
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