DE69630687T2 - Vorrichtung zur erfassung und aufzeichnung von schnarchen - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen und Aufzeichnen des Schnarchens eines Patienten
- STAND DER TECHNIK
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Im Folgenden wird als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine zeichnerische Ansicht einer Vorrichtung zum Erfassen und Aufzeichnen des Schnarchmusters eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung ist; -
2 ein Amplitude über der Zeit-Ausdruck einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, der die Ausgabe darstellt, wenn ein Patient nicht schnarcht; -
3 ein Amplitude über der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe bei einem schnarchenden Patienten darstellt; -
4 ein Amplitude über der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe bei einem Patienten darstellt, der in einen Apnoevorfall hineinkommt; und -
5 ein Amplitude über der Zeit-Ausdruck ist, der die Ausgabe von einem Patienten darstellt, der aus einem Apnoevorfall herauskommt. - BEVORZUGTER MODUS DER ERFINDUNG
- Eine Vorrichtung zum Detektieren und Überwachen des Schnarchmusters eines Patienten ist in
1 allgemein mit10 bezeichnet. - Die Vorrichtung
10 umfasst einen piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-(PVDF)-Bogensensor11 , der auf einer Matratze12 angeordnet ist, die einen schlafenden Patienten13 trägt. Der Sensor11 ist auf der Matratze12 so angeordnet, dass der Sensor11 unter dem Körper des Patienten13 liegt, wenn der Patient auf der Matratze12 schläft. Das piezoelektrische PVDF zur Verwendung als Sensor11 ist aus einer Anzahl von Quellen verfügbar. Das von dem Erfinder bei der Erprobung der Vorrichtung10 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. - Der Sensor
11 ist durch geeignete elektrische Leitungen14 an eine elektronische Verstärkervorrichtung15 angeschlossen, die die Spannungssignale verstärkt, die von dem Sensor11 erzeugt werden. Die verstärkten Signale werden dann an einen Digitalverarbeitungsschaltkreis16 weitergeleitet, der vorgesehen ist, um bei der Signalausgabe des Sensors11 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. - 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 Signalverarbeitungsschaltkreis16 vorgesehen, Signale zu identifizieren, die eine Frequenz in diesem Bereich aufweisen. - 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. - Die verstärkte Signalausgabe von dem Signalverarbeitungsschaltkreis
16 in den zwei Frequenzbereichen, kann an ein Anzeigemittel17 übergeben werden, wie es in1 dargestellt ist. Das Anzeigemittel kann einen Papierdrucker18 , ein Katodenstrahloszilloskop und/oder eine computerbasierte Anzeige aufweisen. In jedem Fall könnte ein Kliniker, der den Patienten13 überwacht, die Anzeige in Echtzeit anschauen, um den Atemzyklus und, falls vorhanden, Vorfälle von Atemwegsschwingungen zu überwachen, die ein Schnarchen bei dem Patienten13 wiedergeben. - 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.
- 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 Sensor11 in geeigneter Weise auf der Matratze12 angebracht und über Leitungen14 elektrisch an den Verstärker15 angeschlossen. Der Signalverarbeitungsschaltkreis16 und die Anzeigemittel17 werden angeschaltet, um die Signale, die von dem Sensor11 während des Schlafs erfasst werden, zu überwachen und aufzuzeichnen. Dem Patienten wird es dann erlaubt, sich auf die Matratze12 zu legen und in normaler Weise einzuschlafen. Die Vorrichtung10 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 Patienten13 reduziert. - 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 Patienten13 überwachen und speichern. Die Vorrichtung10 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 Patient13 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. - 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 Patient13 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 Patienten13 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 Sensor11 erfasst und von dem Signalverarbeitungsschaltkreis16 und den Speichermitteln verarbeitet bzw. gespeichert werden. - Experimente, die von dem Erfinder unter Verwendung der Vorrichtung
10 unternommen wurden, haben gezeigt, dass die Vorrichtung10 das Auftreten von Luftwegschwingungen, die während eines Schnarchvorgangs bei dem Patienten vorliegen, einfach detektieren kann. Die in den2 bis5 wiedergegebenen Amplitude über der Zeit-Ausdrucke geben kleine Bereiche der Typen von Ausgaben wieder, die von der hier beschriebenen Vorrichtung10 während ihrer tatsächlichen Verwendung erzeugt werden können. - Eine typische Ausgabe der Vorrichtung
10 für einen schlafenden Patienten, der normale Atmung durchläuft, ist in2 wiedergegeben. Das Atemzyklussignal, das von der Vorrichtung10 erzeugt wird, ist durch die Kurve21 wiedergegeben. Die Kurve21 gibt die recht rhythmische Natur des Atemzyklus einer Person wieder, die während des Schlafs erwartet werden kann, mit einem Bereich21a , der die Inspiration wiedergibt, und einem Bereich21b , der die Exspiration wiedergibt. Eine Linie22 gibt das Signal wieder, das von dem Sensor21 in dem Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz erzeugt wird. Die zufällige Natur der Ausgabe22 in2 gibt kleine Bewegungen wieder, die von dem Patienten13 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. -
3 gibt eine typische Ausgabe der Vorrichtung10 für einen schnarchenden Patienten wieder. Erneut ist die rhythmische Natur des Atemzyklus des Patienten durch die Kurve21 angegeben. In diesem Fall jedoch zeigt die Ausgabe des Sensors11 in dem Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz, die als Linie22 wiedergegeben ist, relativ kurze Bereiche von erhöhter Amplitude23 , die mit der Inspiration21a des Patienten zusammenfallen. Die Bereiche erhöhter Amplitude23 geben die Schwingungen unterhalb des hörbaren Bereichs wieder, die in dem Luftweg des Patienten13 während eines Schnarchvorfalls vorliegen. Ein Kliniker, der die in3 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. - Die
4 und5 geben die typischen Ausgaben für einen Patienten wieder, der in einen Schlafapnoevorfall eintritt bzw. wieder aus diesem austritt. In4 ist eine Abfolge von Schnarchvorfällen23 bei der Ausgabe22 erfasst, gefolgt von nicht signifikanten Signalen. Gleichzeitig mit dem Beginn des Bereichs des Nichtschnarchens wird der Atemzyklus21 unterbrochen, gefolgt von einer Abfolge von Inspirationsbewegungen, die nicht dazu führen, dass Schnarchen auftritt. Für einen ausgebildeten Kliniker, würde die in4 dargestellte Ausgabe auf das Auftreten eines Schlafapnoevorfalls hinweisen. Die Abfolge ist in5 fortgesetzt, wo einem Zeitraum von Nichtschnarchen und kurzen inspiratorischen Bewegungen die Rückkehr des Schnarchen und normale inspiratorische Bewegungen folgen. Der Vorfall von Apnoe, der in4 und5 dargestellt ist, kann bei dem Fall von schwer Erkrankten kontinuierlich während der Nacht auftreten. - 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.
Claims (24)
- Vorrichtung (
10 ) zum Erfassen des Schnarchens eines Patienten (13 ), die Signalverarbeitungsmittel (16 ) mit Signalempfangsmitteln aufweist, um elektrische Signale zu empfangen, die von einem Druck- oder Beschleunigungsdetektor (11 ) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (11 ) ausgebildet ist, um sowohl die Schwingungen des Luftwegs eines Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs, die während eines Schnarchens vorliegen, als auch den Atemzyklus des Patienten zu erfassen und um ein erstes elektrisches Signal, das diese Schwingungen (23 ) unterhalb des hörbaren Bereichs wiedergibt, und ein zweites elektrisches Signal, das den Atemzyklus (21 ) des Patienten wiedergibt, zu erzeugen. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen unterhalb des hörbaren Bereichs eine Frequenz im Bereich von 10 bis 100 Hz aufweisen. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10 ) ein Ausgabemittel (14 ,15 ) umfasst, um eine Ausgabe (23 ) zu erzeugen, die die Schwingungen des Luftwegs des Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs anzeigt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemzyklus eine Frequenz größer als 0 Hz und kleiner oder gleich 2 Hz aufweist. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10 ) ein Ausgabemittel (14 ,15 ) umfasst, um eine Ausgabe (23 ,21 ) erzeugen, die die Schwingungen unterhalb des hörbaren Bereichs und den Atemzyklus des Patenten anzeigt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (11 ) in der Lage ist, ein drittes elektrisches Signal (22 ) zu erzeugen, das die Bewegungen des Patienten (13 ) wiedergibt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10 ) ein Ausgabemittel (14 ,15 ) umfasst, um eine Ausgabe (23 ,21 ,22 ) zu erzeugen, die die Schwingungen des Luftwegs unterhalb des hörbaren Bereichs, den Atemzyklus des Patienten und die Bewegungen des Patienten (13 ) wiedergibt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (11 ) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Druckdetektor mit einem piezoelektrischen Wandler und einem Beschleunigungsmesser, der eine integrierte Schaltung aufweist, welche einen schwimmend gelagerten piezoelektrischen Wandler umfasst, besteht. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Wandler ein piezoelektrisches synthetisches Kunststoffmaterial ist. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische synthetische Kunststoffmaterial Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Wandler oberhalb oder unterhalb einer Matratze (12 ) angeordnet ist, auf der der Patient (13 ) schlafen kann. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel (16 ) weiterhin ein Vergleichsmittel aufweisen, das das Auftreten des ersten elektrischen Signals mit dem zweiten elektrischen Signal vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, die den Vergleich anzeigt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel (16 ) ein Vergleichsmittel umfassen, das das Auftreten des ersten elektrischen Signals mit dem zweiten und dem dritten elektrischen Signal vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, die den Vergleich anzeigt. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel (16 ) das erste und das zweite elektrische Signal bezüglich des Auftretens von Signaleigenschaften von Vorfällen von obstruktiver Schlafapnoe analysieren. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10 ) Mittel zum Entfernen unerwünschter Signale umfasst. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das signalempfangende Mittel angeordnet ist, um Signale von mindestens einem Schallwandler zu empfangen, der in der Nähe des Patienten (13 ) angeordnet ist. - Vorrichtung (
10 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel (16 ) Mittel zum Ausnutzen der Signal umfassen, die von dem Schallwandler empfangen werden, um unerwünschte Signale zu entfernen, die von dem Detektor (11 ) erzeugt werden. - Verfahren zum Detektieren des Schnarchens eines Patienten (
13 ) mit den Schritten des Anordnens eines Druck- oder Beschleunigungsdetektors (11 ) in einer Position relativ zu einem Patienten (13 ) für einen Zeitraum, während der Patient (13 ) schläft, und des Erzeugens eines elektrischen Signals mit dem Detektor (11 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (11 ) dazu vorgesehen ist, sowohl die Schwingungen eines Luftwegs des Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs, die während eines Schnarchens vorliegen, als auch den Atemzyklus des Patienten zu detektieren, und dass die elektrischen Signale, die von dem Detektor (11 ) erzeugt werden, ein erstes elektrisches Signal (23 ) aufweisen, das diese Schwingungen unterhalb des hörbaren Bereichs wiedergibt, und ein zweites elektrisches Signal (21 ), das den Atemzyklus des Patienten wiedergibt. - Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin den Schritt des Erzeugens einer Ausgabe (
23 ) aufweist, die die Schwingungen des Luftwegs des Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs anzeigt. - Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin den Schritt des Erzeugens einer Ausgabe (
23 ,21 ) aufweist, die die Schwingungen des Luftwegs des Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs und den Atemzyklus des Patienten anzeigt. - Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin den Schritt des Erzeugens eines dritten elektrischen Signals (
22 ) mit den Detektor (11 ) aufweist, das Bewegungen des Patienten (13 ) wiedergibt. - Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt des Erzeugens einer Ausgabe (
23 ),21 ,22 ) aufweist, die die Schwingungen des Atemwegs des Patienten unterhalb des hörbaren Bereichs, den Atemzyklus des Patienten und die Bewegungen des Patienten (13 ) anzeigt. - Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite elektrische Signal (
23 ,21 ) verglichen werden, um aus dem Vergleich eine Ausgabe zu erzeugen, die das Erfassen von Schnarchen durch den Detektor (11 ) bestätigt oder ausschließt. - Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Signal (
23 ) während der Schlafzeit des Patienten (13 ) durchgängig erzeugt wird.
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