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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen und Aufzeichnen
des Schnarchens eines Patienten
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STAND DER
TECHNIK
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Es gibt eine Anzahl von Krankheiten
und Störungen,
die ihr Vorliegen im Schlaf manifestieren oder die sich zumindest
während
des Schlafs deutlich verschlimmern. Eine schlafverknüpfte Störung ist obstruktive
Schlafapnoe. Ein Patient, der an dieser Störung leidet, durchläuft während er
schläft
wiederholte Vorfälle
der Obstruktion seiner oberen Luftwege. Während dieser Vorfälle der
Obstruktion gibt es einen Zeitraum, der typischerweise zwischen
10 und 40 Sekunden reicht, in dem es keine Luftströmung durch
die Luftwege in die Lungen des Patienten gibt. Dieser Zustand endet üblicherweise
durch Aufschrecken des Patienten.
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In milderen Fällen von Schlafapnoe mag ein Erkrankter
nur wenige Vorfälle
von Obstruktion während
einer Nacht von sechs bis acht Stunden Schlaf durchlaufen. In schwereren
Fällen
können
die Vorfälle
wiederholt auftreten, wobei Tests zeigen, dass einige Erkrankte
400 bis 500 Vorfälle
von Obstruktion im Schlaf einer einzigen Nacht durchlaufen. Solche hohen
Niveaus von Obstruktion und die resultierenden wiederholten Abfälle beim
Sauerstoffniveau im Gehirn können
zu erheblichen Gesundheitsproblemen führen, und Erkrankte sind dafür bekannt,
dass sie eine erhöhte
Sterblichkeit haben, vielleicht aufgrund erhöhter Morbidität gegenüber Herzgefäßerkrankungen
und Schlaganfall. Erkrankte entwickeln auch höhere Niveaus an Schläfrigkeit
am Tag, was das Risiko erhöht,
dass ein Erkrankter in einen Verkehrs- oder Arbeitsunfall verwickelt
wird. Es wird jetzt erkannt, dass zu jeder Zeit etwa 10 % der Männer und
5% der Frauen an irgendeiner Form von Schlafapnoe leiden.
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Obstruktive Schlafapnoe wird jetzt
weitgehend aufgrund der Vielzahl von Symptomen am Tag, die Schläfrigkeit
am Tag umfassen, und auch durch von einem Bettpartner bezeugte Vorfälle von
Atmungsunterbrechung erkannt. Starkes Schnarchen ist jedoch das
häufigste
und charakteristischste Merkmal von Schlafapnoe.
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Schnarchen ist nahezu universal bekannt und
wird durch Lärm
charakterisiert, der in dem Hals eines schlafenden Individuums erzeugt
wird. Schnarchen ist tatsächlich
so eng mit dem Schlaf verknüpft, dass
seine Anwesenheit ein positives und diagnostische Anzeichen dafür ist, dass
ein Individuum schläft.
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Schnarchen ist ein Lärm, der
typischerweise durch Schwingungen der Luftröhre auf Höhe des Halses erzeugt wird.
Es tritt üblicherweise
während
der Inspiration (beim Einatmen) auf, aber manchmal tritt es während der
Exspiration (beim Ausatmen) auf, und manchmal tritt es in beiden
Phasen des Atemzyklus auf. Schnarchen tritt auf, wenn beim Schlaf
ein Verlust an Muskeltonus in den Muskeln des Halses auftritt, die
benötigt
werden, um den Hals offen zu halten. Dieser Verlust beim Muskeltonus
verengt die Lufpassagen, was zu unzureichenden Niveaus an Luftströmung in
die Lungen führt.
Dieser Abfall beim Luftstrom wird erkannt, und die Reflexe des Körpers erzeugen
automatischer erhöhte
Atmungsanstrengungen. Diese erhöhten
Anstrengungen erzeugen höhere
Grade an Saugdruck in den Luftpassagen, was dann in der Folge dazu
führt,
dass die Wandungen des Halses schwingen und flattern. Schnarchen entspringt
gemein hin dem Mundschlundbereich des Halses. Dies ist der Bereich,
wo der Mundraum und eine Höhle
des nasalen Luftwegs zusammentreffen, um im oralen Bereich des Pharynx
eine Röhre
auszubilden. In diesem Bereich dient der weiche Gaumen, bei dem
es sich um eine mobile Struktur handelt, die vom Gaumendach im hinteren
Teil des Halses herabhängt,
um zu bestimmen, welcher der beiden Wege an die atmende Röhre angeschlossen
ist. Am häufigsten
wird Scharchen erzeugt, wenn der weiche Gaumen flattert. Dieses
Flattern führt
zu Druckoszillationen innerhalb des Luftwegs, und Geräusche werden
dann erzeugt, wenn andere Strukturen in und um den Luftweg in Schwingungen
versetzt werden, was hörbare
Harmonische erzeugt.
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Die zugrundeliegenden physikalischen
Eigenschaften des Schnarchen beginnen deshalb, wenn das Luftwegflattern
an einem kritischen Ort dazu führt,
dass der Saugdruck in dem Luftweg ebenfalls oszilliert. Diese Druckoszillationen
strahlen in alle Richtungen aus, einschließlich sowohl auswärts durch
die Nase und den Mund als auch einwärts zurück in die Lungen und den Brustkörper. Die
Druckoszillationen bringen andere Gewebe dazu, zu oszillieren und
zu schwingen, und Harmonische werden ausgebildet, die hörbaren Schall
verursachen.
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Der hörbare Schall, der weithin als
Schnarchen bekannt ist, ist das Resultat von Schwingungen eines
ganzen Bereichs von Geweben und der Harmonischen, die dann ausgebildet
werden. Der Schall ist das Resultat von komplexen Bewegungen und verschiedener
Filterung durch nasale Strukturen. Im Gegensatz dazu sind die zugrundeliegenden
Druckoszillationen des Luftwegs, die zu diesen Geräuschen führen, unhörbar. Der
einfachste Weg, die Existenz der zugrundeliegenden Druckoszillationen zu
demonstrieren, besteht darin, dass ein Individuum absichtlich schnarcht.
Dies kann mit ein wenig Training getan werden; der Hals ist entspannt,
der Mund offen, und dann werden starke Atemanstrengungen unternommen.
Hierbei bringen die meisten Menschen ihren weichen Gaumen zum Flattern
und erzeugen so Schnarchgeräusche.
Wenn Die Nase während
dieser Aktion beobachtet wird, kann gesehen werden, dass die Wandungen
des Naseneingangs als Resultat der niedrigfrequentigen, unhörbaren Druckwelle
oszillieren, die entlang des Luftwegs gesendet wird.
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Während
Schnarchen das häufigste
und charakteristischste Symptom von Schlafapnoe ist, folgt hieraus
nicht, dass, wenn eine Person ein starker Schnarcher ist, sie auch
unter Schlafapnoe leidet. Ein Bericht über starkes Schnarchen kann
deshalb allein nicht genug Informationen bereitstellen, um die Existenz
von Schlafapnoe positiv zu diagnostizieren oder auszuschließen. Wenn
ein Subjekt Schlafapnoe entwickelt, ändert sich jedoch das Muster
des Schnarchens in typischer Weise. Anstelle des Geräusches von
regelmäßigem rhythmischem
Schnarchen, das mit einer zeitlichen Abfolge identisch dem Atemzyklus
auftritt, gibt es typischerweise Stöße von wenigen lauten Schnarchatemzügen, die
durch einen längeren
Zeitraum von Stille von 15 bis 50 Sekunden getrennt sind, der auf
eine Obstruktion hinweist. Diese Abfolge tritt in einem regelmäßigen Auftrittsmuster über viele
Minuten oder gar Stunden auf.
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Das Erkennen dieses charakteristischen Musters
des Schnarchens ist verwendet worden, um das Vorliegen von adulter
Schlafapnoe zu diagnostizieren. Es gibt viele Vorrichtungen, die
auf dem Aufzeichnen von Schall basieren, und viele von diesen werden
als diagnostische Vorrichtung verwendet, um Schnarchen zu identifizieren.
Diese Vorrichtungen reichen von Mikrofonen, die in einem Raum eines
Erkrankten oder an dem Hals oder selbst in einer Hörhilfe angeordnet
werden, die in dem Ohr des Erkrankten angeordnet ist. Einige Vorrichtungen
verwenden Schallanalysesysteme, um die Schallsignatur zu charakterisieren
und um dann die Anzahl von Schnarchvorgängen oder die Anzahl von Apnoes
in einer Aufzeichnungsnacht zu zählen.
Viele Ärzte
fordern ihre Patienten auf, ihr eigenes Schnarchen aufzuzeichnen
und dann die Bänder
zurückzugeben,
so dass die Ärzte
sie nach dem charakteristischen Muster der Geräusche abhören können. Dieses Verfahren ist sehr
gut, da es das Ohr des Mediziners als Analysesystem verwendet, das
das typische Geräusch
von Schnarchen und dann das typische Muster von unterbrochenem Schnarchen,
welches Schlafapnoe anzeigt, einfach erkennen kann. Es ist jedoch
ein unpraktisches Verfahren, da die Audioaufzeichnungen zurückgespielt
werden müssen
und da es bis heute noch keinen effizienten Weg gibt, um eine quantitative
Analyse bereitzustellen.
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Es ist ein spezielles Problem des
Aufzeichnens von Schall allein, dass es auch schwierig ist, andere
Geräusche
zu separieren, wie beispielsweise wenn jemand spricht, eine Tür zugeschlagen
wird, Radio oder Fernsehen im Hintergrund, ein Auto oder LKW, das/der
draußen
vorbeifährt;
oder selbst wenn jemand anders im Raum schnarcht. Um diesen Problemen
zu begegnen, wird typischerweise eine unabhängige Messung der Atmung verwendet,
um das Geräusch
des Schnarchens mit dem Atemzyklus abzugleichen. Typische Vorrichtungen
zum Messen der Atmung sind Thermowiderstände und Druckwandler, die an
dem Patienten befestigt werden und den Luftstrom durch den Mund
oder die Nase messen, oder andere Vorrichtungen, die ebenfalls an
dem Patienten befestigt werden, die die Brustbewegung überwachen.
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Die WO-A-92/22244 offenbart ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Kontrollieren von Atemstörungen im Schlaf, die einen
variablen Druck verwendet. Ein Kompressor liefert Luft unter einem
relativ niedrigen Druck an die Luftwege des Benutzers, während der
Benutzer schläft.
Ein Druckwandler überwacht
den Druck und wandelt den Druck in ein elektrisches Signal um. Das
elektrische Signal wird gefiltert und verarbeitet, um es mit den
Eigenschaften der Wellenformen zu vergleichen, die beim Schlafen
vorliegen. Wenn die Hüllkurve
der Wellenform einen mittleren Schwellwert bei der Dauer und der
Fläche überschreitet,
dann geht ein Mikroprozessor davon aus, dass die Hüllkurve
zu einem Schnarchvorgang gehört.
Wenn eine ausgewählte
Anzahl von Hüllkurven
dieser Art innerhalb eines ausgewählten Zeitraums auftritt, dann
nimmt der Mikroprozessor an, dass Schnarchen vorliegt und erhöht den Druck
des Kompressors. Wenn kein Schnarchen innerhalb eines bestimmten
Zeitraums erfasst wird, dann senkt der Mikroprozessor das Niveau
schrittweise.
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Die WO-A-87/02577 offenbart eine
Vorrichtung zum Verhindern von Schnarchen einer schlafenden Person,
die eine Anordnung zum Erfassen von Schnarchgeräuschen und einen von dieser
Anordnung gesteuerten Apparat aufweist und die vorgesehen ist, um
die Person dazu zu bringen, das Schnarchen zu beenden. Die Anordnung
weist Schall auffangende Mittel und mindestens einen Filter auf,
um Signale auszugeben, die von den Geräuschen herrühren, welche Frequenzen haben,
die typisch für Schnarchgeräusche sind,
welche verwendet werden, um festzustellen, ob ein Geräusch von
Schnarchen herrührt.
Die Anordnung weist auch Mittel zum Bestimmen auf, ob die von den
Schall empfangenden Mittel ausgegebenen Signale periodisch bezüglich der
Zeit sind, was typisch für
Schnarchen ist.
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Die US-A-5,311,875 offenbart einen
Atemsensor, der einen dünnen,
flexiblen un nachgiebigen Folienwandler aufweist, der piezoelektrische
und pyroelektrische Eigenschaften entwickelt. Der Wandler ist gestaltet,
um nahe dem Atemweg einer Person befestigt zu werden, und er ist
vorgesehen, zum Anzeigen von normalem Atmen, zum Bereitstellen eines Alarms
im Fall von Schlafapnoe und zum Bereitstellen eines Hinweises, wenn
eine Geräusch,
das mit Atemnot verbunden ist, vorliegt, an elektrische Schaltungen
angeschlossen zu werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung besteht
in einer Vorrichtung zum Erfassen des Schnarchens eines Patienten,
die Signalverarbeitungsmittel mit Signalempfangsmitteln aufweist,
um elektrische Signale zu empfangen, die von einem Druck- oder Beschleunigungsdetektor
erzeugt werden, wobei der Detektor in der Lage ist, ein erstes elektrisches
Signal zu erzeugen, das Schwingungen des Luftwegs des Patienten unterhalb
des hörbaren
Bereichs wiedergibt, die während
eines Schnarchvorgangs vorliegen.
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In einem weiteren Aspekt besteht
die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Erfassen des Schnarchens
eines Patienten, das die Schritte des Anordnens eines Druck- oder Beschleunigungsdetektors
in einer Position relativ zu einem Patienten für einen Zeitraum, während der
Patient schläft,
und des Erzeugens eines ersten elektrischen Signals mit dem Detektor
aufweist, welches die Schwingungen des Luftwegs des Patienten unterhalb
des hörbaren Bereichs
wiedergibt, welche während
eines Schnarchvorgangs vorliegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Detektor in der Lage, ein zweites elektrisches
Signal zu erzeugen, das den Atemzyklus des Patienten wiedergibt.
Während
die Atmungsfrequenz eines Menschen aufgrund solcher Faktoren wie
Krankheit und Belastung signifikant variieren kann, liegt die Frequenz
des Atemzyklus eines schlafenden Menschen typischerweise in dem
Bereich von größer 0 Hz
und kleiner oder gleich 2 Hz. Der Vorteil, der darin besteht, dass
der Detektor ein zweites elektrisches Signal erzeugt, das den Atemzyklus
wiedergibt, ist, dass das Auftreten der Schwingungen unterhalb des
hörbaren
Bereichs mit dem Atemzyklus zeitlich abgeglichen werden können. Wenn
die Peaks bei dem ersten elektrischen Signal während der Einatmung oder Ausatmung
auftreten, stellt dies eine Bestätigung
dafür dar,
dass das erste elektrische Signal, welches empfangen wird, tatsächlich Schwingungen unterhalb
des hörbaren
Bereichs, die während
eines Schnarchvorgangs in dem Luftweg vorliegen, anzeigt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann der
Detektor außerdem
in der Lage sein, ein drittes elektrisches Signal zu erzeugen, das
die Bewegung des Patienten während
des Schlafs wiedergibt. Solche Bewegungen können umfassen, dass sich der Patient
umdreht, dass er seinen Kopf dreht, und größere oder kleinere Bewegungen
der Beine und Arme. Dieses dritte Signal kann verwendet werden,
um eine weitere Unterscheidung zwischen Signalen, die Schwingungen
des Luftwegs des Patienten während eines
Schnarchvorgangs wiedergeben, und anderen Geräuschen oder Bewegungen des
Patienten, die in Signale resultieren, die von dem Detektor erzeugt werden,
zu treffen.
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Der Druck- oder Beschleunigungssensor kann
auf oder unter der Matratze eines Betts angeordnet werden, auf der
der Patient schläft.
Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da für den Patienten keine Unbequemlichkeit
durch die Anbringung irgendeines Sensors verursacht wird. Diese
Anordnung vermeidet auch das hohe Risiko eines Ablösens oder
einer Kontaktunterbrechung des Sensors, der an dem Patienten befestigt
wird, während
der langen Stunden des Schlafs. Der Detektor könnte zusätzlich zu oder anstelle von
an oder unter der Matratze auch an dem Bettrahmen befestigt oder
in ein Kissen eingebaut werden. Der Detektor kann an einer Hörhilfe befestigt
werden, die in dem Ohr des Patienten angeordnet ist.
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Der Druckdetektor kann einen piezoelektrischen
Wandler aufweisen, während
der Beschleunigungsmesser einen integrierten Schaltkreis aufweisen
kann, der einen schwimmenden piezoelektrischen Wandler enthält. In einer
bevorzugten Ausführungsform
weist der Detektor einen oder eine Mehrzahl von Bögen aus
piezoelektrischem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid
(PVDF) oder ein Analogon oder ein Familienderivat davon, auf. PVDF
ist ein ideales Material für
diese Erfindung, da es eine potentielle Frequenzantwort vom Subhertz-
(d. h. weniger als ein Zyklus pro Sekunde) bis zum Kilohertzbereich
aufweist. Zusätzlich
ist dieses Material hochempfindlich, wodurch relativ gesehen größere Spannungen
als Antwort auf extrem kleine Bewegungen erzeugt werden. Es kann
z. B. als hochempfindliches Mikrofon dienen, das niedrige Niveaus an
Schalldruck erfasst. Bei dieser Erfindung wird die Mikrofoneigenschaft
von PVDF verwendet, um im Wesentlichen nach Schwingungen des Luftwegs
des Patienten unterhalb des hörbaren
Bereichs zu "lauschen", die das charakteristisch
hörbare
Geräusch von
Schnarchen verursachen. Die Erfindung nutzt den Vorteil der physikalischen
Eigenschaften dieses Kunststoffs, der robust ist, um die Schwingungen
des Luftwegs während
des Schnarchens und der Attemzyklen des Patienten zu charakterisieren,
um die dominanten Frequenzkomponenten dieser Vorgänge zu identifizieren
und um durch Vergleich positiv jede Aktion zu separieren, wodurch
die Erzeugung von elektrischen Signalen ermöglicht wird, die als solche von
den Schwingungen des Luftwegs und den Atembewegungen identifiziert
und aufgezeichnet werden können.
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Das piezoelektrische Kunststoffmaterial kann
aus einer Schicht dieses Materials bestehen, das auf einem festen
Gummi- oder Kunststoffstützbogen
befestigt ist, mit einem oder ohne einen Luftraum. Mehrere Schichten
des piezoelektrischen Materials, die über eine Matratze verteilt
sind, können ebenfalls
verwendet werden, wo es sinnvoll ist.
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Der Detektor erfasst Bewegungen von
niedriger Frequenz (d. h. 0 bis 2 Hz), die digital verarbeitet und
verstärkt
werden können,
um ein Signal zu ergeben, das den Atemzyklus (Inspiration und Exspiration)
des Patienten wiedergibt. Wenn der Patient schnarcht, wird der Detektor
ebenfalls die flatternden Schwingungen des Luftwegs des Patienten
unterhalb des hörbaren
Bereichs erfassen, die die zugrundeliegende Ursache für das hörbare Geräusch des Schnarchens
sind. Diese Schwingungen, die typischerweise zwischen 10 und 100
Hz auftreten, werden ebenfalls digital verarbeitet und verstärkt, um
ein Signal zu ergeben, das die flatternden Schwingungen in dem Luftweg
wiedergibt, welche bei dem Patienten auf Schnarchen hinweisen.
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Diese Signale können dann in Echtzeit angezeigt
werden, um es einem Kliniker zu erlauben, zu überwachen, ob Schnarchen auftritt
und, falls ja, das Schnarchmuster und die Intensität dieses
Schnarchens zu bestimmen. Die Signale können auch gespeichert und verarbeitet
werden, um eine Ausgabe für
eine spätere
Analyse zu erzeugen. Die ersten und zweiten Signale könnten auch
von einem Vergleichsmittel verglichen werden, das die ersten und
zweiten elektrischen Signale vergleichen und eine Ausgabe erzeugen
würde,
die das Ergebnis des Vergleichs anzeigt. Wenn z. B. bei dem Vergleich
das erste elektrische Signal nicht mit der Inspiration oder Exspiration, wie
sie aus dem gemessenen Atemzyklus bestimmt wird, zusammenfällt, könnten die
Vergleichsmittel anzeigen, dass das gemessene erste elektrische
Signal tatsächlich
keine Luftwegschwingungen wiedergibt. Bei späterer Analyse kann das gemessene Schnarchmuster
ebenfalls mit dem Atemzyklus verglichen werden, um zu bestimmen,
ob eine partielle Obstruktion des oberen Luftwegs oder eine Apnoe auftritt.
Die häufigste
Apnoe ist obstruktive Apnoe, bei der es keine Luftströmung durch
den Luftweg gibt. Die vorliegende Vorrichtung könnte solche Apnoes leicht identifizieren
oder ihre Identifikation erlauben. Bei einem typischen Apnoevorfall
gibt es Zyklen, bei denen bei einer Reihe von Inspirationen Schnarchen
erfasst wird, und dann eine Reihe von Inspirationsbewegungen ohne
Schnarchen. Das Auftreten eines Apnoevorfalls wird weiterhin durch
eine Analyse der Atmungsbewegung gegen den geschlossenen Luftweg
und die Atmungsanstrengungen bestätigt, die getätigt werden,
um den Luftweg zu öffnen.
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Die vorliegende Erfindung ist unter
solchen Umständen
besonders vorteilhaft, unter denen ein Patient ohne das Symptom
von hörbarem
oder zumindest schwerem Schnarchen unter einer partiellen Obstruktion
des oberen Luftwegs leidet. Dies ist insbesondere der Fall bei Kindern,
bei denen die partielle Obstruktion des oberen Luftwegs nicht ungewöhnlich ist,
bei denen aber Schnarchen nicht häufig identifiziert wird. Ein
Grund hierfür
ist, dass die Gewebe um den Luftweg bei Kindern sehr unterschiedlich
zu Erwachsenen sind und so nicht in derselben Weise Schwingungen
und deshalb nicht dieselben hörbaren Geräusche erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung ist deshalb
für die Erfassung
von Disfunktionen des oberen Luftwegs bei Kindern geeignet, die
nicht oder zumindest nicht ohne weiteres durch Verfahren oder Vorrichtungen erfasst
werden, die vorgesehen sind, die hörbaren Geräusche von Schnarchen zu erfassen
und überwachen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann ein Schallwandler bzw. Mikrofon nahe dem Patienten
angeordnet werden. Die elektrischen Signale, die von diesem Wandler
erzeugt werden, können
verwendet werden, um die Signale, die von dem Detektor, welcher
typischerweise unter dem Patienten auf dem Bett angeordnet ist,
zu überprüfen. Die
Signale von dem Wandler könnten
in zwei Hauptweisen verwendet werden. Zuerst kann, falls er ein Geräusch in
dem Raum gleichzeitig mit der Erfassung irgendwelcher Schwingungen
der Luftwege erfasst, angenommen werden, dass ein Schnarchvorgang
erfasst wurde. Alternativ kann er verwendet werden, um andere Geräusche, die
in der Umgebung vorliegen, wie solche, die von vorbeifahrendem Verkehr
verursacht werden, zu unterscheiden und zu verwerfen und um so Berücksichtigungen
dieser Signale bei der Ausgabe, die von der Vorrichtung bereitgestellt
wird, zu verhindern.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
kann die Ausgabe der hier beschriebenen Vorrichtung verwendet werden,
um ein Signal für
den Betrieb einer Vorrichtung für
positiven Luftwegdruck bereitzustellen, wie beispielsweise einer
Vorrichtung für
kontinuierlich positiven Nasalluftwegdruck (Nasal Continuous Positive
Airway Pressure = Nasal CPAP), die von dem Patienten verwendet wird,
um die Symptome von Schlafapnoe zu mildern. Nasal CPAP ist die aktuelle
Behandlung der Wahl für
Patienten mit Schlafapnoe. Bei dieser Behandlung atmet der Patient
aus einer Nasenmaske, die einen leicht erhöhten atmosphärischen
Druck aufweist. Dieser Druck drückt
seinerseits den oberen Luftweg auf, was Schnarchen und Apnoe verhindert.
Moderne Versionen dieser Vorrichtung stellen den Druck automatisch
gemäß der Anwesenheit
oder Abwesenheit von Schnarchen ein. Die Detektion von Luftwegschwingungen
unterhalb des hörbaren
Bereichs unter Verwendung der hier beschriebenen Vorrichtung könnte ein
zweites Überprüfungssignal
bereitstellen oder als das Hauptsteuersignal für eine nasal CPAP-Vorrichtung
dienen. Andere Anwendungen dieses Prinzips wären die Verwendung einer implantierbaren
Version des Sensors, um das Steuersignal für eine elektrische Schrittgebung
für den
oberen Luftweg zur Behandlung von Schnarchen und Apnoe bereitzustellen.
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Die aufgezeichnete Anzeige der Ausgabe könnte analoge
und digitale Recorder und Papierhartkopien verwenden. Ein bevorzugtes
Verfahren würde
die Ausgabe digital auf einer Disk zum späteren Abspielen oder in Echtzeit
auf einem Computerschirm aufzeichnen. Die Erfindung umfasst Software zur
Anzeige von Langzeitinformationen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird als Beispiel eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
zeichnerische Ansicht einer Vorrichtung zum Erfassen und Aufzeichnen
des Schnarchmusters eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 ein
Amplitude über
der Zeit-Ausdruck einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
der die Ausgabe darstellt, wenn ein Patient nicht schnarcht;
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3 ein
Amplitude über
der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe bei einem schnarchenden Patienten
darstellt;
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4 ein
Amplitude über
der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe bei einem Patienten darstellt,
der in einen Apnoevorfall hineinkommt; und
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5 ein
Amplitude über
der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe von einem Patienten darstellt, der
aus einem Apnoevorfall herauskommt.
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BEVORZUGTER
MODUS DER ERFINDUNG
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Eine Vorrichtung zum Detektieren
und Überwachen
des Schnarchmusters eines Patienten ist in 1 allgemein mit 10 bezeichnet.
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Die Vorrichtung 10 umfasst
einen piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-(PVDF)-Bogensensor 11,
der auf einer Matratze 12 angeordnet ist, die einen schlafenden
Patienten 13 trägt.
Der Sensor 11 ist auf der Matratze 12 so angeordnet,
dass der Sensor 11 unter dem Körper des Patienten 13 liegt,
wenn der Patient auf der Matratze 12 schläft. Das
piezoelektrische PVDF zur Verwendung als Sensor 11 ist
aus einer Anzahl von Quellen verfügbar. Das von dem Erfinder
bei der Erprobung der Vorrichtung 10 derzeit verwendete
PVDF wurde in einem Sonderanwendungskitt von AMP Incorporated, Valley
Forge, PA, Vereinigte Staaten von Amerika durch den australischen
Distributor Irendos Pty. Limited of Glen Iris, Victoria, Australien
bereitgestellt.
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Der Sensor 11 ist durch
geeignete elektrische Leitungen 14 an eine elektronische
Verstärkervorrichtung 15 angeschlossen,
die die Spannungssignale verstärkt,
die von dem Sensor 11 erzeugt werden. Die verstärkten Signale
werden dann an einen Digitalverarbeitungsschaltkreis 16 weitergeleitet,
der vorgesehen ist, um bei der Signalausgabe des Sensors 11 Signale,
die den Atemzyklus des Patienten wiedergeben, und Vorfälle von
Schwingungen des Luftwegs zu trennen, die die zugrundeliegende Ursache
des hörbaren
Geräusches
beim Schnarchen sind.
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Der typische Atemzyklus eines ruhenden Menschen
beträgt
12 bis 14 Atmungen pro Minute. Diese Atmungsrate kann aufgrund solcher
Faktoren wie Erschöpfung
und Krankheit stark ansteigen oder Abfallen. Es ist jedoch für den Atemzyklus
eines schlafenden Menschen typisch, irgendwo in dem Bereich von
0,01–2
Hz zu liegen. Um von den Signalen, die von dem Sensor 11 erzeugt
werden, die Signale zu erfassen, die den Atemzyklus wiedergeben,
ist der Signalverarbeitungsschaltkreis 16 vorgesehen, Signale
zu identifizieren, die eine Frequenz in diesem Bereich aufweisen.
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Die zugrundeliegenden Schwingungen
des Luftwegs, die zu dem hörbaren
Geräusch
von Schnarchen führen,
sind unhörbar.
Experimente haben gezeigt, dass diese Schwingungsfrequenzen des
Luftwegs während
eines Schnarchvorgangs typischerweise in dem Bereich von 10 bis
100 Hz liegen. Die Signalverarbeitungsschaltung 16 ist
deshalb auch vorgesehen, um Signale zu identifizieren, die eine
Frequenz in diesem Bereich aufweisen.
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Die verstärkte Signalausgabe von dem
Signalverarbeitungsschaltkreis 16 in den zwei Frequenzbereichen,
kann an ein Anzeigemittel 17 übergeben werden, wie es in 1 dargestellt ist. Das Anzeigemittel
kann einen Papierdrucker 18, ein Katodenstrahloszilloskop
und/oder eine computerbasierte Anzeige aufweisen. In jedem Fall
könnte
ein Kliniker, der den Patienten 13 überwacht, die Anzeige in Echtzeit
anschauen, um den Atemzyklus und, falls vorhanden, Vorfälle von
Atemwegsschwingungen zu überwachen,
die ein Schnarchen bei dem Patienten 13 wiedergeben.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
werden die Signalausgaben von dem Signalverarbeitungsmittel in einem
digitalen Aufzeichnungssystem und Computerspeicher für die spätere Wiedergabe und
Analyse durch den Kliniker gespeichert.
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Die vorliegende Anwendung ist besonders für das Erfassen
des Auftretens von Schlafapnoe bei einem Patienten geeignet, wenn
der Patient über
andere sprichwörtliche
Symptome, so wie Schläfrigkeit am
Tag, berichtet und über
schweres Schnarchen klagt. Bevor der Patient sich auf die Matratze 12 legt, wird
der Sensor 11 in geeigneter Weise auf der Matratze 12 angebracht
und über
Leitungen 14 elektrisch an den Verstärker 15 angeschlossen.
Der Signalverarbeitungsschaltkreis 16 und die Anzeigemittel 17 werden
angeschaltet, um die Signale, die von dem Sensor 11 während des
Schlafs erfasst werden, zu überwachen
und aufzuzeichnen. Dem Patienten wird es dann erlaubt, sich auf
die Matratze 12 zu legen und in normaler Weise einzuschlafen.
Die Vorrichtung 10 ist besonders vorteilhaft, da sie keine
Befestigung von speziellen Sensoren auf der Haut des Patienten erfordert,
was den klinischen Einfluss reduziert und' auch jegliche potentielle Unbequemlichkeit für den Patienten 13 reduziert.
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Der Patient wird typischerweise für einen
gesamten Abend überwacht
werden, um sicherzustellen, dass ein gutes Bild des Schlafzyklus
des Patienten für
die Überprüfung durch
den Kliniker verfügbar ist.
Wie diskutiert wurde, wird die Vorrichtung 10 den Atemzyklus
des Patienten 13 überwachen
und speichern. Die Vorrichtung 10 erkennt und speichert
auch Vorfälle
von Schnarchen. Der Kliniker kann durch Überprüfen der Ausdrucke der Signale
in dem Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz bestimmen, ob Schnarchen
auftritt, indem er nach charakteristischen Schwingungen des Luftwegs
des Patienten bei der Inspiration oder Exspiration des Patienten schaut.
Wenn ein Signal in dem 10 bis 100 Hz-Bereich detektiert wird, das nicht bei
der Inspiration oder Exspiration auftritt, dann kann dieses Signal
nicht schnarchbezogen sein und es kann als ein anderes Geräusch verworfen
werden, dass durch den Patienten oder die ihn umgebende Umgebung
erzeugt wurde. Der Vorteil des Detektierens von Schnarchen ist, dass
es ein diagnostischer Hinweis an den Kliniker ist, dass der Patient 13 eingeschlafen
ist. Dies hat den Vorteil, dass der Anschluss von weiteren Sensoren
an den Patienten nicht erforderlich ist, wie beispielsweise EEG- Sensoren, die typischerweise
im Stand der Technik verwendet werden, um zu überwachen, ob ein Patient während Schlafmusterstudien, wie
beispielsweise Studien, die versuchen Vorfälle von Schlafapnoe bei einem
Patienten zu detektieren, tatsächlich
eingeschlafen ist.
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Wenn Schnarchen identifiziert worden
ist, kann das Muster der Schwingungen, das von der Vorrichtung 10 gespeichert
wurde, überprüft werden, um
das Auftreten von Vorfällen
von Schlafapnoe zu bestimmen. Diese Vorfälle können durch Lücken bei den
Schnarchzyklen identifiziert werden, da dann, wenn der Luftweg verschlossen
wird, der Patient 13 Einatmungsbewegungen machen wird,
ohne dass ein entsprechendes Schnarchen von dem Patienten erfasst
wird. Eine weitere Bestätigung,
dass Apnoe auftritt, wird durch die Atemzyklussignalausgabe bereitgestellt.
Wenn Atembewegungen gegen einen verschlossenen Luftweg gemacht werden, ändert sich
das Muster der Bewegungen, so dass es eine Anstrengung bei obstruktiver
Inspiration identifiziert. Zusätzlich
werden aktive Exspirationsanstrengungen von dem Patienten 13 häufig als
Reflexversuche gemacht, den oberen Luftweg zu öffnen. Diese Anstrengungen
erzeugen typischerweise kleine exspiratorische Luftströmungen mit
zugehörigen
Schwingungen des Luftwegs, die ihrerseits von dem Sensor 11 erfasst
und von dem Signalverarbeitungsschaltkreis 16 und den Speichermitteln
verarbeitet bzw. gespeichert werden.
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Experimente, die von dem Erfinder
unter Verwendung der Vorrichtung 10 unternommen wurden, haben
gezeigt, dass die Vorrichtung 10 das Auftreten von Luftwegschwingungen,
die während
eines Schnarchvorgangs bei dem Patienten vorliegen, einfach detektieren
kann. Die in den 2 bis 5 wiedergegebenen Amplitude über der
Zeit-Ausdrucke geben kleine Bereiche der Typen von Ausgaben wieder, die
von der hier beschriebenen Vorrichtung 10 während ihrer
tatsächlichen
Verwendung erzeugt werden können.
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Eine typische Ausgabe der Vorrichtung 10 für einen
schlafenden Patienten, der normale Atmung durchläuft, ist in 2 wiedergegeben. Das Atemzyklussignal,
das von der Vorrichtung 10 erzeugt wird, ist durch die
Kurve 21 wiedergegeben. Die Kurve 21 gibt die
recht rhythmische Natur des Atemzyklus einer Person wieder, die
während
des Schlafs erwartet werden kann, mit einem Bereich 21a,
der die Inspiration wiedergibt, und einem Bereich 21b,
der die Exspiration wiedergibt. Eine Linie 22 gibt das
Signal wieder, das von dem Sensor 21 in dem Frequenzbereich
von 10 bis 100 Hz erzeugt wird. Die zufällige Natur der Ausgabe 22 in 2 gibt kleine Bewegungen
wieder, die von dem Patienten 13 gemacht werden. Es wird
jedoch kein Signal empfangen, das Schwingungen innerhalb des hörbaren Bereichs
anzeigt, die während
eines Schnarchens des Patienten in dem Luftweg vorlägen.
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3 gibt
eine typische Ausgabe der Vorrichtung 10 für einen
schnarchenden Patienten wieder. Erneut ist die rhythmische Natur
des Atemzyklus des Patienten durch die Kurve 21 angegeben.
In diesem Fall jedoch zeigt die Ausgabe des Sensors 11 in dem
Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz, die als Linie 22 wiedergegeben
ist, relativ kurze Bereiche von erhöhter Amplitude 23,
die mit der Inspiration 21a des Patienten zusammenfallen.
Die Bereiche erhöhter Amplitude 23 geben
die Schwingungen unterhalb des hörbaren
Bereichs wieder, die in dem Luftweg des Patienten 13 während eines
Schnarchvorfalls vorliegen. Ein Kliniker, der die in 3 wiedergegebene Ausgabe
prüft,
könnte
schließen,
dass der Patient zum Zeitpunkt dieser Ausgabe schnarchte. Da Schnarchen
ein diagnostischer Hinweis auf Schlaf ist, könnte der Kliniker ebenfalls
schließen,
dass der Patient zum Zeitpunkt dieser Ausgabe schlief.
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Die 4 und 5 geben die typischen Ausgaben
für einen
Patienten wieder, der in einen Schlafapnoevorfall eintritt bzw.
wieder aus diesem austritt. In 4 ist
eine Abfolge von Schnarchvorfällen 23 bei der
Ausgabe 22 erfasst, gefolgt von nicht signifikanten Signalen.
Gleichzeitig mit dem Beginn des Bereichs des Nichtschnarchens wird
der Atemzyklus 21 unterbrochen, gefolgt von einer Abfolge
von Inspirationsbewegungen, die nicht dazu führen, dass Schnarchen auftritt.
Für einen
ausgebildeten Kliniker, würde
die in 4 dargestellte
Ausgabe auf das Auftreten eines Schlafapnoevorfalls hinweisen. Die
Abfolge ist in 5 fortgesetzt,
wo einem Zeitraum von Nichtschnarchen und kurzen inspiratorischen
Bewegungen die Rückkehr
des Schnarchen und normale inspiratorische Bewegungen folgen. Der
Vorfall von Apnoe, der in 4 und 5 dargestellt ist, kann bei dem
Fall von schwer Erkrankten kontinuierlich während der Nacht auftreten.
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Es wird vom Fachmann erkannt werden, dass
zahlreiche Variationen und/oder Modifikationen der Erfindung vorgenommen
werden können,
wie sie in der spezifischen Ausführungsform
gezeigt ist, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie
sie beansprucht ist. Die vorliegenden Ausführungsformen sind deshalb in
jederlei Beziehung nur als illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen.