DE10014077A1

DE10014077A1 - Determination of breathing activity for a human or other organism by measurement of heart rate at an extremity of the body and extraction of the breathing rate from regular oscillations within the heart rate pulse waves

Info

Publication number: DE10014077A1
Application number: DE2000114077
Authority: DE
Inventors: Wei Zhang
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: DE10014077B4

Abstract

Method for measuring breathing activity of an organism or human. Pressure waves produced by the heart are measured at a pre-determined peripheral body position. In the variation with time of the measured pulse waves, periodic vibrations can be identified and these are used to determine the breathing cycle. An Independent claim is made for a device for determining the breathing rate from measurements of pulse or heart rate at an extremity of the body.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Atemaktivität eines Lebewesens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestim mung der Atemaktivität eines Lebewesens.The present invention relates to a method for determining breathing activity of a living being. Furthermore, the invention relates to a device for determining the breathing activity of a living being.

Als ein wichtiger Kreislaufparameter in der Medizin wird die Respiration gemessen und zur Patientüberwachung und Diagnostik von Schlaf- und Atemregulationsstö rungen bei Erwachsenen und Kleinkindern im Schlaflabor verwendet. Heutzutage wird die Atmung häufig mit Hilfe eines Thermistors, der die Temperaturdifferenz zwischen dem ein- und ausgeatmeten Luftstrom mißt, oder mit Hilfe der Indukti onsplethysmographie oder der Impedanzpneumographie bestimmt, wobei Atembe wegungen an Bauch und Brust erfaßt werden. Diese Methoden sind jedoch appa ratetechnisch relativ aufwendig.Respiration is measured as an important circulatory parameter in medicine and for patient monitoring and diagnosis of sleep and breathing regulation disorders used in adults and young children in the sleep laboratory. nowadays Breathing is often done with the help of a thermistor that measures the temperature difference between the inhaled and exhaled air flow, or with the help of the inductors onsplethysmography or impedance pneumography, with Atembe movements on the abdomen and chest are detected. However, these methods are appa technically relatively expensive.

Ebenfalls bekannt ist es, über die Erfassung und Auswertung des Puls- und Herz frequenzsignals Aussagen über die Atmung zu treffen. Eine erste Verfahrensweise hierzu ist die Extraktion der Einhüllenden des Pulssignals mittels Bandpaßfilter. Ei ne zweite Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, daß die Atemfrequenz durch eine Spektralanalyse des Herzfrequenzsignales bestimmt wird (vgl. EP 0 875 199 A). Diese Methoden haben jedoch den Nachteil, daß die Qualität des aus dem Pulssignal extrahierten Atemsignals patientenabhängig und insbesondere kritisch ist, um bei der Erkennung von Atemstillstand, der sogenannten Apnoe-Erkennung, verwertet zu werden.It is also known about the detection and evaluation of the pulse and heart to make statements about breathing. A first procedure for this is the extraction of the envelope of the pulse signal using a bandpass filter. Egg ne second procedure is characterized in that the respiratory rate a spectral analysis of the heart rate signal is determined (cf. EP 0 875 199 A). However, these methods have the disadvantage that the quality of the from Pulse signal extracted breath signal depending on the patient and especially critical is to assist in the detection of respiratory arrest, the so-called apnea detection, to be recycled.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität anzugeben, die die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden. Insbesondere soll mit einfachen Mitteln ein die Atemaktivität besser kennzeichnendes Atmungs signal bereitgestellt werden, das eine einfache und zuverlässige Bestimmung der Atemaktivität erlaubt.The present invention is therefore based on the object of an improved Method and an improved device for determining breathing activity specify which avoid the disadvantages of the prior art. In particular with simple means a breathing character better characterizing the breathing activity signal are provided, which is a simple and reliable determination of the Breathing activity allowed.

Verfahrenstechnisch wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kontinuierlich Pulswellenlaufzeiten, die vom Herzschlag erzeugte Druckwellen zum Erreichen einer vorbestimmten, peripheren Körperstelle jeweils benötigen, bestimmt werden, im zeitlichen Verlauf der Puls wellenlaufzeiten periodische Schwankungen bestimmt werden und aus den periodi schen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten die Atemak tivität bestimmt wird.In terms of process engineering, this task is carried out in a process of the type mentioned solved according to the invention in that continuously pulse wave propagation times from Heartbeats generated pressure waves to reach a predetermined peripheral Each body part need to be determined over the course of the pulse periodic fluctuations are determined and from the periodi fluctuations in the temporal course of the pulse wave propagation times the Atemak activity is determined.

Mit einer peripheren Körperstelle ist eine vom Herzen entfernt liegende Körperstelle wie z. B. ein Ohrläppchen oder ein Finger oder eine Zehe gemeint. Mit dem Begriff Pulswellenlaufzeit wird also die Zeit bezeichnet, die eine durch den Herzschlag er zeugte Druckwelle im Blutkreislauf braucht, bis sie die genannte periphere Stelle des Körpers erreicht. Aus dem zeitlichen Verlauf bzw. aus den periodischen Schwankungen der bestimmten Pulswellenlaufzeiten werden die die Atemaktivität kennzeichnenden Daten extrahiert. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Pulswellenlaufzeit und dem Blut druck besteht und der Blutdruck eine atemabhängige Schwankung aufweist. Neben den dominanten, herzschlagsynchronen Blutdruckschwankungen, die als Rhythmus erster Ordnung eingestuft werden können, treten periodisch wiederkehrende Blutdruckschwankungen zweiter Ordnung auf, die auf die mechanische Tätigkeit von herzunabhängigen Strukturen zurückzuführen sind. Diese Schwankungen zweiter Ordnung stehen vor allem im Zusammenhang mit der Atmung. Die atemabhängige Variation des Blutdrucks wird teilweise durch eine zentrale Kopplung von Atmung und Kreislauf über das autonome Nervensystem bedingt, teilweise aber auch me chanisch durch die atembedingten Kapazitätsschwankungen der Lungengefäße hervorgerufen, die eine direkte Druckmodulation des der linken Herzhälfte zuge führten Blutes bewirken. Aus den dementsprechend hervorgerufenen Schwankun gen der Pulswellenlaufzeiten werden bei dem vorliegenden Verfahren die die At mung kennzeichnenden Daten gewonnen.With a peripheral part of the body is a part of the body away from the heart such as B. meant an earlobe or a finger or a toe. With the term Pulse wave transit time is the time it takes for the heart to beat generated pressure wave in the bloodstream until it reaches the said peripheral point of the body. From the temporal course or from the periodic Fluctuations in the specific pulse wave transit times become the breathing activity characteristic data extracted. This is based on the knowledge that a almost linear relationship between the pulse wave time and the blood pressure exists and blood pressure fluctuates depending on the breath. Next the dominant, heart rate-synchronized blood pressure fluctuations, which are called rhythm First order can be classified, periodic blood pressure fluctuations occur second order based on the mechanical activity of heart-dependent structures are due. These fluctuations second Order is primarily related to breathing. The breath-dependent Variation in blood pressure is partly due to a central coupling of breathing and circulation via the autonomic nervous system conditionally, but partly also me chanic due to the respiratory capacity fluctuations of the pulmonary vessels caused a direct pressure modulation of the left half of the heart led to cause blood. From the fluctuations caused accordingly against the pulse wave transit times in the present method, the At characteristic data obtained.

Insbesondere kann zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeiten das zeitliche Auftre ten der Herzschläge vorzugsweise mittels eines EKG, also eines Elektrokardio gramms und das zeitliche Auftreten der jeweils zugehörigen Druckwellen an der peripheren Körperstelle erfaßt werden, wobei die Pulswellenlaufzeiten als Differenz der Zeitpunkte des Auftretens der Druckwellen an der peripheren Körperstelle und der Zeitpunkte des Auftretens der zugehörigen Herzschläge bestimmt werden. Die Atemaktivität wird also aus einer Kombination von Messung des Herzschlages und Messung des Pulsschlages an einer peripheren Körperstelle ermittelt. Das Auftre ten der Druckwelle an der peripheren Körperstelle kann mittels eines PPG, d. h. Photoplethysmograph erfaßt werden.In particular, the temporal occurrence can be used to determine the pulse wave transit times ten of the heartbeats preferably by means of an EKG, i.e. an electrocardio grams and the temporal occurrence of the associated pressure waves on the peripheral part of the body are recorded, the pulse wave transit times as a difference the times of occurrence of the pressure waves at the peripheral part of the body and the times of occurrence of the associated heartbeats can be determined. The Breathing activity is thus a combination of measuring the heartbeat and Measurement of the pulse rate determined at a peripheral part of the body. The appearance The pressure wave at the peripheral part of the body can be measured by means of a PPG, i.e. H. Photoplethysmograph can be acquired.

Als die Atemaktivität kennzeichnende Daten werden vorzugsweise die Dauer eines Atemzyklus bestimmt, die Atemfrequenz ermittelt und/oder Atemstillstände erkannt. Die Dauer eines Atemzyklus kann aus den periodischen Schwankungen des zeitli chen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Insbesondere kann die Dauer eines Atemzyklus als zeitliche Differenz des Auftretens zweier aufeinander folgender Extremwerte des zeitlichen Verlaufs der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Der aufsteigende Ast einer Schwankung des Pulswellenlaufzeitenverlaufs entspricht einem Einatmen und der absteigende Ast der entsprechenden Schwan kung einem Ausatmen. Die Dauer einer Atmungsperiode kann als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Maxima bzw. zweier aufeinanderfolgender Mi nima im zeitlichen Verlauf der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden.The data characterizing the breathing activity are preferably the duration of a Breathing cycle determined, the respiratory rate determined and / or respiratory arrests detected. The duration of a breathing cycle can be determined from the periodic fluctuations in time Chen course of the pulse wave transit times can be determined. In particular, the Duration of a breathing cycle as the time difference between the occurrence of two on each other The following extreme values of the time course of the pulse wave transit times are determined become. The ascending branch of a fluctuation in the pulse wave time course corresponds to an inhalation and the descending branch of the corresponding swan exhalation. The duration of a breathing period can be called the time interval two consecutive maxima or two consecutive Mi nima can be determined in the course of the pulse wave transit times.

Insbesondere werden zur Bestimmung der Dauer eines Atemzyklus die gemesse nen Pulswellenlaufzeiten von einem Mittelwert der vorhergehenden Pulswellenlauf zeiten befreit. Mit dem Ausdruck "vom Mittelwert befreit" ist hierbei gemeint, daß von einem jeweils aktuellen Meßwert der Pulswellenlaufzeit der Mittelwert aus n vorherigen Messungen der Pulswellenlaufzeit subtrahiert wird. In dem Verlauf der auf diese Weise vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeiten werden zunächst die Extremwerte gesucht und anschließend der Zeitabstand zwischen zwei aufeinan derfolgenden Extremwerten gleicher Ordnung, d. h. zweier aufeinanderfolgender Maxima oder zweier aufeinanderfolgender Minima, gemessen. Dieser Zeitabstand entspricht dann einer Atemperiode.In particular, to determine the duration of a breathing cycle NEN pulse wave travel times from an average of the previous pulse wave run free times. The expression "exempt from the mean" means here that the average of n of a current measured value of the pulse wave transit time previous measurements of the pulse wave transit time is subtracted. In the course of in this way, pulse wave delays freed from the mean value are first Extreme values searched and then the time interval between two the following extreme values of the same order, d. H. two consecutive Maxima or two consecutive minima, measured. This time interval then corresponds to a breathing period.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Atemfrequenz aus der jeweils ermittelten Dauer eines Atemzyklus ermittelt. Dies besitzt den Vorteil, daß stets die aktuelle Atemfrequenz bestimmt wird. Bezeichnet T die Länge der momentanen Atemperiode in Sekunden, so ist die zugehörige Atemfrequenz AF in Atemzüge pro Minute gegeben durch
According to a preferred embodiment of the invention, the respiratory rate is determined from the respectively determined duration of a breathing cycle. This has the advantage that the current respiratory rate is always determined. If T denotes the length of the current breathing period in seconds, the associated breathing frequency AF is given in breaths per minute by

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Atemfre quenz mittels einer Spektralanalyse der Pulswellenlaufzeiten bestimmt werden. Hierdurch kann eine durchschnittliche Atemfrequenz über eine bestimmte Zeitdauer ermittelt werden. Die zuvor beschriebene Ausführung besitzt demgegenüber den Vorteil, daß stets die momentane Frequenz erhalten wird.According to another preferred embodiment of the invention, the breath frequency can be determined by means of a spectral analysis of the pulse wave transit times. This allows an average respiratory rate over a period of time be determined. In contrast, the previously described embodiment has the Advantage that the current frequency is always obtained.

Vorteilhafterweise können aus den Amplituden der periodischen Schwankungen des zeitlichen Verlaufs des Pulswellenlaufzeitsignals Atemstillstände erkannt wer den. Insbesondere werden zunächst die Pulswellenlaufzeiten in der zuvor beschriebenen Weise von einem Mittelwert vorangehender Pulswellenlaufzeiten be freit und in dem sich ergebenden Verlauf der vom Mittelwert befreiten Pulswellen laufzeitsignal die Extremwerte bestimmt. Aus den Minima und den jeweils darauf folgenden Maxima werden die aktuellen Amplituden des Pulswellenlaufzeitsignals zwischen den detektierten Punkten berechnet. Zur Erkennung von Atemstillständen wird geprüft, ob die Amplituden über ein vorgegebenes Zeitfenster einen vorgege benen Schwellenwert unterschreiten oder nicht. Ist ersteres der Fall, kann davon ausgegangen werden, daß ein Atemstillstand vorliegt. Die zeitliche Länge des Atemstillstandes wird als die Zeitdauer bestimmt, in der die Amplitude des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignals kontinuierlich unter dem vorgegebe nen Schwellenwert liegt.Advantageously, from the amplitudes of the periodic fluctuations of the temporal course of the pulse wave transit time signal, respiratory arrests are recognized the. In particular, the pulse wave propagation times are first described in the above Be from an average of previous pulse wave transit times free and in the resultant course of the pulse waves freed from the mean runtime signal determines the extreme values. From the minima and the respective ones The following maxima are the current amplitudes of the pulse wave propagation time signal calculated between the detected points. For the detection of respiratory arrests it is checked whether the amplitudes are given over a predetermined time window below the threshold or not. If the former is the case, it can it can be assumed that the patient has stopped breathing. The temporal length of the Breathing cessation is determined as the time period in which the amplitude of the Average freed pulse wave propagation time signal continuously below the given is a threshold.

Der Schwellenwert, mit dem die Amplituden des Pulswellenlaufzeitsignals vergli chen werden, kann auf verschiedene Weisen festgelegt werden. Vorzugsweise wird der Schwellenwert in Abhängigkeit vorangegangener Amplitudenwerte bestimmt. Insbesondere kann er basierend auf dem Amplitudenverlauf des in der zuvor be schriebenen Weise vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitensignals berechnet werden, nämlich aus dem Produkt der Summe der entsprechenden Amplituden mit einem Faktor, der als Erfahrungswert festgelegt werden kann. Gegebenenfalls könnte der Schwellenwert auch als Bruchteil eines Mittelwerts der vorangegange nen Amplituden festgelegt werden.The threshold with which the amplitudes of the pulse wave propagation time signal are compared can be set in different ways. Preferably the threshold value is determined as a function of previous amplitude values. In particular, it can be based on the amplitude profile of the previously described the pulse wave propagation time signal freed from the mean are, namely with the product of the sum of the corresponding amplitudes a factor that can be determined as an empirical value. Possibly the threshold could also be a fraction of an average of the previous ones amplitudes.

Das Zeitfenster, über das die jeweils aktuellen Amplituden mit dem Schwellenwert verglichen werden, kann vorzugsweise in Abhängigkeit der Dauer zumindest eines vorangegangenen Atemzyklus bestimmt werden. Insbesondere kann die Länge des Zeitfensters als Summe der jeweils letzten beiden Atemperioden bzw. deren Dauer festgelegt werden. Eine Atemperiode kann dabei als Zeitabstand zwischen dem Auftreten zweier aufeinanderfolgender Maxima oder zweier aufeinanderfolgender Minima im zeitlichen Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals bestimmt werden.The time window over which the current amplitudes with the threshold value can be compared, preferably depending on the duration of at least one previous breathing cycle can be determined. In particular, the length of the Time window as the sum of the last two respiratory periods or their duration be determined. A breathing period can be the time interval between the Occurrence of two consecutive maxima or two consecutive Minima can be determined in the time profile of the pulse wave propagation time signal.

Zur Apnoeerkennung, d. h. Atemstillstandserkennung, kann auch der Mittelwert des Pulswellenlaufsignals berücksichtigt werden. Bei Apnoen nimmt dieser häufig ab, so daß Atemstillstandszeitpunkte durch einen Vergleich des Mittelwerts der Puls wellenlaufzeiten mit einem Schwellenwert bestimmt werden können. Diese Vorge hensweise kann alternativ, vorzugsweise jedoch zusätzlich zu dem zuvor beschrie benen Vergleich der Amplituden mit einem Schwellenwert vorgesehen werden, um eine größere Sicherheit bei der Erkennung von Atemstillständen zu erreichen.For apnea detection, d. H. Respiratory arrest detection, can also be the mean of the Pulse wave signal are taken into account. With apneas this often decreases, so that respiratory arrest times by comparing the mean of the pulse wave transit times can be determined with a threshold. This Vorge Alternatively, but preferably in addition to that previously described level comparison of the amplitudes with a threshold value are provided in order to achieve greater security in the detection of respiratory arrests.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann zur Bestim mung der Atemtätigkeit das Pulswellenlaufzeitensignal bandpaßgefiltert werden, wobei vorzugsweise eine Mittelfrequenz und die Bandbreite der Filterung an die Variation der Atemfrequenz angepaßt werden, um Unterschiede der Atemfrequenz beispielsweise bei Erwachsenen und Kindern zu berücksichtigen. Typischerweise kann ein Bandpaßfilter mit einem Frequenzband von 0,10 Hz bis 0,40 Hz verwen det werden. Die Auswertung, d. h. die Ermittlung der momentanen Atemfrequenz, die Erkennung von Apnoen und die Bestimmung der Zeitdauer von Apnoen erfolgt analog der zuvor beschriebenen Art und Weise über Zeitfenster und Schwellenwert wie bei dem genannten Mittelwertverlauf.According to a further preferred embodiment of the invention, for determination the pulse wave propagation time signal are bandpass filtered, preferably a center frequency and the bandwidth of the filtering to the Variation in respiratory rate can be adjusted to reflect respiratory rate differences for example in adults and children. Typically can use a bandpass filter with a frequency band from 0.10 Hz to 0.40 Hz be det. The evaluation, d. H. the determination of the current respiratory rate, Apneas are recognized and the duration of apneas is determined analogous to the way described above over time window and threshold as with the mean course mentioned.

Vorrichtungstechnisch wird die oben genannte Aufgabe bei einer Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Pulswellenlaufzeit- Einrichtung zur Bestimmung von Pulswellenlaufzeiten, die vom Herzschlag er zeugte Druckwellen zum Erreichen einer vorbestimmten peripheren Körperstelle jeweils benötigen, eine Einrichtung zur Bestimmung periodischer Schwankungen im zeitlichen Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals, und eine Einrichtung zur Bestim mung der Atemaktivität aus den periodischen Schwankungen des Pulswellenlauf zeitsignals vorgesehen sind.In terms of device technology, the above-mentioned object is achieved with a device of mentioned type according to the invention solved in that a pulse wave transit time Device for determining pulse wave propagation times from the heartbeat generated pressure waves to reach a predetermined peripheral body location each need a facility for determining periodic fluctuations in the temporal course of the pulse wave transit time signal, and a device for determination breath activity from the periodic fluctuations of the pulse wave Time signal are provided.

Die Pulswellenlaufzeit-Einrichtung kann eine Einrichtung zur Erfassung des Herz schlags, insbesondere eine Elektrokardiogramm-Einrichtung, sowie eine Einrich tung zur Erfassung der vom Herzschlag erzeugten Druckwellen an der peripheren Körperstelle, insbesondere einen Photoplethysmograph aufweisen. Eine Zeitdiffe renz-Einrichtung berechnet die zeitliche Differenz zwischen dem Auftreten eines Herzschlags und dem Auftreten der zugehörigen Druckwelle an der peripheren Körperstelle und damit die Pulswellenlaufzeit. Die Pulswellenlaufzeit-Einrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, daß sie die sogenannte R-Zacke als Zeitpunkt des Herzschlages und einen eindeutigen Anstiegspunkt in der Pulskurve als Zeit punkt des Auftretens der Druckwelle an der peripheren Körperstelle festlegt.The pulse wave transit time device can be a device for detecting the heart beat, especially an electrocardiogram device, and a device device for recording the pressure waves generated by the heartbeat at the peripheral Have body part, in particular a photoplethysmograph. A time difference renz device calculates the time difference between the occurrence of a Heartbeat and the occurrence of the associated pressure wave on the peripheral Body part and thus the pulse wave transit time. The pulse wave delay device can be designed such that it uses the so-called R-wave as a point in time of the heartbeat and a clear rise point in the pulse curve as time determines the point of occurrence of the pressure wave at the peripheral part of the body.

Die Einrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität umfaßt vorzugsweise eine Atem zyklus-Einrichtung zur Bestimmung der Dauer eines Atemzyklus und eine Atemfre quenz-Einrichtung zur Bestimmung der Atemfrequenz. Die Atemzyklus-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie in der zuvor beschriebenen Art und Weise die Dauer eines Atemzyklus aus den periodischen Schwankungen des zeitli chen Verlaufs des Pulswellenlaufzeitsignals, insbesondere aus den Extremwerten des vom Mittelwert der Pulswellenlaufzeiten bereinigten zeitlichen Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals berechnet. Die Atemfrequenz-Einrichtung ist vorzugswei se derart ausgebildet, daß sie die jeweils momentane Atemfrequenz in der zuvor beschriebenen Art und Weise aus der Dauer des jeweiligen Atemzyklus bestimmt.The device for determining the breathing activity preferably comprises one breath cycle device for determining the duration of a breathing cycle and a breath fre quenz device for determining the respiratory rate. The breathing cycle setup is preferably designed such that it is in the manner described above and Way the duration of a breathing cycle from the periodic fluctuations of the time Chen course of the pulse wave propagation time signal, in particular from the extreme values the time profile of the time adjusted by the mean value of the pulse wave transit times Pulse wave propagation time signal calculated. The respiratory rate device is preferred se designed such that the current respiratory rate in the previous described manner determined from the duration of the respiratory cycle.

Vorzugsweise ist eine Extremwert-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von Extremwerten im Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals und eine Zeitdifferenz- Einrichtung zur Bestimmung der zeitlichen Differenz zwischen dem Auftreten auf einanderfolgender Extremwerte, insbesondere aufeinanderfolgender Maxima oder aufeinanderfolgender Minima, vorgesehen. Es kann eine Mittelwert-Einrichtung zur Bildung eines Mittelwerts der Pulswellenlaufzeiten und eine Subtraktions- Einrichtung zur Subtraktion des Mittelwerts von den Pulswellenlaufzeiten vorgese hen sein. Die Subtraktionseinrichtung kann der Extremwert-Bestimmungsein richtung vorgeschaltet sein, so daß die Extremwert-Bestimmungseinrichtung die Extremwerte im vom Mittelwert bereinigten Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals bestimmt.An extreme value determining device for determining is preferably Extreme values in the course of the pulse wave propagation time signal and a time difference Device for determining the time difference between the occurrence successive extreme values, in particular successive maxima or consecutive minima. There can be an averaging facility for Forming an average of the pulse wave transit times and a subtraction Device for subtracting the mean value from the pulse wave propagation times hen. The subtraction device can be the extreme value determination be connected upstream, so that the extreme value determining device Extreme values in the course of the pulse wave propagation time signal, adjusted for the mean value certainly.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann zur Bestim mung der Atemfrequenz eine Spektralanalyse-Einrichtung zur Spektralanalyse der Pulswellenlaufzeiten vorgesehen sein. According to a further preferred embodiment of the invention, for determination measurement of the respiratory rate a spectral analysis device for spectral analysis of the Pulse wave transit times can be provided.

In Weiterbildung der Erfindung ist zur Erkennung von Atemstillständen eine Ampli tuden-Einrichtung zur Bestimmung der Amplituden der periodischen Schwankun gen des Pulswellenlaufzeitsignals vorgesehen. Die Amplituden-Einrichtung kann der zuvor genannten Subtraktions-Einrichtung nachgeschaltet sein, so daß die Am plituden im vom Mittelwert bereinigten Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals be stimmt werden. Die Amplituden-Einrichtung selbst kann als Subtraktions- Einrichtung ausgebildet sein, die der zuvor beschriebenen Extremwert- Bestimmungseinrichtung nachgeschaltet ist und die Differenz zwischen zwei auf einanderfolgenden Extremwerten, d. h. zwischen einem Maximum und einem Mini mum berechnet.In a further development of the invention, an ampli is used to detect respiratory arrests tuden device for determining the amplitudes of the periodic fluctuation gene provided the pulse wave transit time signal. The amplitude device can the subtraction device mentioned above, so that the Am be in the course of the pulse wave transit time signal, adjusted for the mean value be true. The amplitude device itself can be used as a subtraction Be designed device that the extreme value described above Determining device is connected downstream and the difference between two successive extreme values, d. H. between a maximum and a mini mum calculated.

Ferner ist vorteilhafterweise eine Schwellenwert-Einrichtung zur Vorgabe eines Schwellenwerts und eine Zeitvorgabe-Einrichtung zur Vorgabe einer Vergleichszeit und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der bestimmten Amplituden mit dem vorgegebenen Schwellenwert über die vorgegebene Vergleichszeit vorgesehen. Stellt die Vergleichseinrichtung fest, daß die Amplitudenwerte über die vorgegebe ne Vergleichszeit kleiner als der Schwellenwert sind, aktiviert sie eine Alarm- Einrichtung, die einen entsprechenden Alarm gibt, der Apnoe anzeigt.Furthermore, a threshold device for specifying a Threshold value and a time setting device for setting a comparison time and a comparison device for comparing the determined amplitudes with the predefined threshold value is provided over the predefined comparison time. The comparison device determines that the amplitude values exceed the predetermined values ne comparison time is less than the threshold value, it activates an alarm Device that gives a corresponding alarm indicating apnea.

Die Schwellenwert-Einrichtung besitzt vorzugsweise eine Summier-Einrichtung zur Aufsummierung vorangegangener Amplituden und eine Skalier-Einrichtung zur Multiplikation der Amplitudensumme mit einem Faktor, der als Erfahrungswert in die Skalier-Einrichtung eingebbar ist. Die Zeitvorgabe-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß die Vergleichszeit an die aktuelle Atemperiode angepaßt wird, insbesondere weist sie eine Summier-Einrichtung zur Aufsummierung voran gegangener Atemzyklen auf.The threshold device preferably has a summing device for Summation of previous amplitudes and a scaling device for Multiplication of the sum of the amplitudes by a factor that is based on the empirical value Scaling device can be entered. The timing device is preferred formed such that the comparison time is adapted to the current breathing period , in particular it has a summing device for summation gone breathing cycles.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß ein vorzugs weise adaptiver, digitaler Bandpaßfilter vorgesehen ist, mit Hilfe dessen der Atemrhythmus aus dem Pulswellenlaufzeitsignal extrahiert wird. Das Frequenzband des Bandpaßfilters beträgt typischerweise zwischen 0,1 Hz und 0,4 Hz. Adaptiv meint dabei, daß die Mittelfrequenz und die Bandbreite des Filters an die Variation der Atemfrequenz angepaßt werden. Ein solcher Filter kann mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors, einem sogenannten DSP realisiert werden.Another advantageous embodiment of the invention is that a preference as adaptive, digital bandpass filter is provided, with the help of which Breathing rhythm is extracted from the pulse wave propagation time signal. The frequency band The bandpass filter is typically between 0.1 Hz and 0.4 Hz. Adaptive means that the center frequency and the bandwidth of the filter to the variation the respiratory rate can be adjusted. Such a filter can be made using a digital Signal processor, a so-called DSP can be realized.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöri ger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment and belonging ger drawings explained in more detail. The drawings show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Atemaktivität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of an apparatus for determining the breathing activity in accordance with a preferred embodiment of the invention,

Fig. 2 eine prinzipielle Flowchart-Darstellung, die die Erfassung der Atemtätig keit gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt, Fig. 2 is a schematic flow chart diagram showing the detection ness of the respiratory Serving accordance with a preferred embodiment of the invention,

Fig. 3 eine Darstellung des Pulswellenlaufzeitsignals gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung über 60 Sekunden, wobei die Pulswellenlauf zeiten in Millisekunden über der Zeit aufgetragen sind, die viereckigen Punkte die diskreten Zeitpunkte für die Bestimmung der Pulswellenlauf zeit angeben und die ein dem Pulswellenlaufzeitsignal zugrunde liegen den Pulssignale an einem Zeigefinger des Probanden gemessen wur den, Fig. 3 is a representation of the pulse wave time signal according to a preferred embodiment of the invention over 60 seconds, the pulse wave times are plotted in milliseconds over time, the square dots indicate the discrete times for determining the pulse wave time and which are the basis of the pulse wave time signal Pulse signals were measured on a subject's index finger,

Fig. 4 den Verlauf des Pulswellenlaufzeitsignals, der die Erkennung eines Atemstillstands verdeutlicht, wobei in Fig. 4a ähnlich Fig. 3 das Pulswel lenlaufzeitsignal in Millisekunden über der Zeit aufgetragen ist und in Fig. 4b der Amplitudenverlauf des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlauf zeitsignals aus Fig. 4a ebenfalls über der Zeit aufgetragen ist und das dem Pulswellenlaufzeitsignal zugrunde liegende Pulssignal am Zeigefin ger eines Probanden gemessen wurde. Fig. 4 shows the profile of the pulse wave transit time signal, which illustrates the detection of an apnea event, wherein in Fig. 4a similar to Figure 3, the Pulswel is lenlaufzeitsignal applied in milliseconds versus time, and in Fig. 4b, the amplitude course of the liberated from the average pulse wave transit time signal of Fig FIG.. 4a is also plotted over time and the pulse signal on which the pulse wave propagation time signal is based was measured on the forefinger of a test subject.

Fig. 5 einen Vergleich eines nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung ermittelten Pulswellenlaufzeitsignals zur Bestimmung der At mungsaktivität und insbesondere des Atemstillstands zu einem gefilter ten Pulssignal, mit Hilfe dessen nach dem Stand der Technik die Atmungsaktivität bestimmt wurde, wobei Fig. 5a ein Pulssignal in Volt über der Zeit aufgetragen zeigt, Fig. 5b ein durch Filterung des Pulssignales aus Fig. 5a mit einem Bandpaßfilter erhaltenes gefiltertes Pulssignal in Volt über der Zeit aufgetragen zeigt und Fig. 5c ein nach der vorliegen den Erfindung ermitteltes Pulswellenlaufzeitsignal zeigt, das am selben Patienten zur selben Zeit gemessen wurde und in Millisekunden über der Zeit aufgetragen ist, wobei in allen drei Darstellungen 5a bis 5c eine Atemstillstandszeit zwischen 60 und 75 Sekunden als Apnoebereich ein gezeichnet ist. Fig. 5 shows a comparison of an according to a preferred embodiment of he invention determined pulse transit time signal to determine the at mung activity and more particularly of the apnea at a Filtered th pulse signal having determined the breathability of the prior art with the aid, Fig. 5a is a pulse signal in volts plotted against time, Fig. 5b, a signal obtained by filtering of the pulse signal of FIG. 5 with a band-filtered pulse signal in volts versus time applied and. 5c shows a according to the present the invention unidentified pulse transit time signal indicates that the same patient was measured at the same time and is plotted in milliseconds over time, with a breath stop time between 60 and 75 seconds being drawn as an apnea area in all three representations 5 a to 5 c.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Elektrokardiogramm-Einrichtung 1 und eine Photoplethysmogramm-Einrichtung 2, die als Pulsmeßeinrichtung dient. Die beiden Einrichtungen 1 und 2 sind an eine zentrale Auswerte- und Rechenein heit 3 angeschlossen, die eine Vielzahl von Funktionen bei der Auswertung der Si gnale der Einrichtungen 1 und 2 sowie der weiteren Bestimmung und Auswertung des daraus abgeleiteten Pulswellenlaufzeitsignales erfüllt. Die Auswerte- und Re cheneinheit 3 kann in Form eines Mikroprozessors, der mit Software programmier bar ist, verwirklicht sein.The device shown in Fig. 1 comprises an electrocardiogram device 1 and a photoplethysmogram device 2 , which serves as a pulse measuring device. The two devices 1 and 2 are connected to a central evaluation and arithmetic unit 3 , which performs a variety of functions in the evaluation of the signals of the devices 1 and 2 and the further determination and evaluation of the pulse wave time signal derived therefrom. The evaluation and computing unit 3 can be implemented in the form of a microprocessor that can be programmed with software.

Wie Fig. 2 zeigt, werden die EKG-Einrichtung 1 und die PPG-Einrichtung 2 an ei nen Patienten angeschlossen, wobei die PPG-Einrichtung 2 den Puls des Patienten an einer peripheren Körperstelle, insbesondere einem Finger, einer Zehe oder ei nem Ohrläppchen abgreift. Die Elektrokardiogramm-Einrichtung 1 liefert ein den Herzschlag angebendes Signal, das in Fig. 2 mit EKG bezeichnet ist. Das EKG- Signal stellt die Aufzeichnung der durch Herzerregung verursachten Potentialdiffe renz an der Körperoberfläche in Abhängigkeit von der Zeit dar. Einem Herzschlag entsprechend besitzt das EKG-Signal einen charakteristischen Ausschlag, der in Fig. 2 als R-Zacke bezeichnet ist.As shown in FIG. 2, the EKG device 1 and the PPG device 2 are connected to a patient, the PPG device 2 tapping the patient's pulse at a peripheral part of the body, in particular a finger, a toe or an earlobe . The electrocardiogram device 1 supplies a signal indicating the heartbeat, which is designated in FIG. 2 with an EKG. The EKG signal represents the recording of the potential difference caused by heart excitation on the body surface as a function of time. Corresponding to a heartbeat, the EKG signal has a characteristic rash, which is referred to in FIG. 2 as an R wave.

Die Photoplethysmograph-Einrichtung 2 liefert ein Signal, welches das Auftreten der von dem entsprechenden Herzschlag verursachten Druckwelle an der periphe ren Körperstelle angibt. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der Puls an der peripheren Körperstelle einen charakteristischen Anstieg, der dem Eintreffen der Druckwelle ent spricht. Zur Berechnung der jeweiligen Pulswellenlaufzeit wird zum einen auf das EKG-Signal und zum anderen auf das Pulssignal zurückgegriffen. Die R-Zacke des EKG-Signales ist der erste Bezugspunkt E(t_n), der zweite Bezugspunkt ist der Auf tritt des Pulses an der peripheren Körperstelle, nämlich der eindeutige An stiegspunkt P(t_n+1) in der Pulskurve gemäß Fig. 2. Die momentane Pulswellenlauf zeit PWLZ(t_n) wird als Zeitabstand zwischen den genannten Bezugspunkten be rechnet, also
The photoplethysmograph device 2 supplies a signal which indicates the occurrence of the pressure wave caused by the corresponding heartbeat at the peripheral body site. As shown in Fig. 2, the pulse at the peripheral body has a characteristic increase, which speaks ent the arrival of the pressure wave. To calculate the respective pulse wave transit time, the EKG signal is used on the one hand and the pulse signal on the other. The R-wave of the EKG signal is the first reference point E (t _n ), the second reference point is the occurrence of the pulse at the peripheral part of the body, namely the clear increase point P (t _{n + 1} ) in the pulse curve according to FIG. 2. The current pulse wave time PWLZ (t _n ) is calculated as the time interval between the reference points mentioned, ie

PWLZ(t_n) = P(_tn+1) - E(t_n).PWLZ (t _n ) = P ( _{tn + 1} ) - E (t _n ).

Die Pulswellenlaufzeiten werden kontinuierlich, vorzugsweise für jeden Herzschlag gemessen bzw. bestimmt.The pulse wave propagation times are continuous, preferably for every heartbeat measured or determined.

Wie Fig. 3 zeigt, weist das Pulswellenlaufzeitsignal, nachfolgend PWLZ-Signal eine periodische Schwankung auf, die mit der Atemtätigkeit übereinstimmt. Dabei ent spricht jeder aufsteigende Ast einer Schwankung einem Einatmen und jeder ab steigende Ast einem Ausatmen. Diese Korrelation des PWLZ-Signales mit der At mung erklärt sich aus der Tatsache, daß ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Pulswellenlaufzeit und dem Blutdruck besteht und letzter wiederum atmungsabhängige Schwankungen zeigt.As shown in FIG. 3, the pulse wave propagation time signal, hereinafter referred to as the PWLZ signal, has a periodic fluctuation which corresponds to the breathing activity. Each ascending branch corresponds to a fluctuation in inhalation and each ascending branch an exhalation. This correlation of the PWLZ signal with the breathing is explained by the fact that there is an almost linear relationship between the pulse wave duration and the blood pressure and the latter in turn shows respiratory-dependent fluctuations.

Aus dem in der beschriebenen Weise bestimmten PWLZ-Signal bestimmt die zen trale Auswerte- und Recheneinheit 3 zunächst die Dauer des jeweiligen Atmungs zyklus. Hierfür bereinigt die Auswerte- und Recheneinheit 3 das PWLZ-Signal zu nächst vom Mittelwert vorangehender Pulswellenlaufzeiten. Insbesondere wird hierzu vom jeweils aktuellen Meßwert der Pulswellenlaufzeit der Mittelwert aus ei ner Anzahl n vorheriger Messungen der Pulswellenlaufzeiten subtrahiert. Die Aus werte- und Recheneinheit 3 bestimmt in dem vom Mittelwert befreiten PWLZ-Signal die lokalen Maxima und berechnet anschließend den Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima. Dieser Zeitabstand T wird als momentane Atempe riode in Sekunden festgelegt. From the PWLZ signal determined in the manner described, the central evaluation and computing unit 3 first determines the duration of the respiratory cycle in question. For this purpose, the evaluation and arithmetic unit 3 cleans the PWLZ signal at the pulse wave transit times preceding the mean value. In particular, the mean value from a number n of previous measurements of the pulse wave transit times is subtracted from the current measured value of the pulse wave transit time. The evaluation and arithmetic unit 3 determines the local maxima in the PWLZ signal freed from the mean value and then calculates the time interval between two successive maxima. This time interval T is set as the current breathing period in seconds.

Die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 bestimmt aus der jeweils momentanen Dauer des Atemzyklus die zugehörige Atemfrequenz AF in Atemzüge pro Minute und zwar folgendermaßen:
The central evaluation and arithmetic unit 3 determines the associated respiratory rate AF in breaths per minute from the current duration of the respiratory cycle, as follows:

Die auf diese Weise bestimmte Atemfrequenz AF entspricht stets der jeweils aktu ellen Atemfrequenz. Diese kann im zeitlichen Verlauf über die Eingabe/Ausgabe- Einheit 4 dargestellt werden. Gegebenenfalls kann auch ein Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl von berechneten Atemfrequenzen bestimmt werden.The respiratory rate AF determined in this way always corresponds to the current respiratory rate. This can be shown over time via the input / output unit 4 . If necessary, an average value can also be determined from a predetermined number of calculated breathing frequencies.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann eine durch schnittliche Atemfrequenz über eine bestimmte Zeitdauer durch eine Spektralanaly se des PWLZ-Signales bestimmt werden (vgl. Fig. 2).According to a further preferred embodiment of the invention, an average respiratory rate over a certain period of time can be determined by spectral analysis of the PWLZ signal (cf. FIG. 2).

Ferner erkennt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 Apnoen, d. h. Atemstill stände und bestimmt die zeitliche Länge von Apnoen. Hierzu bestimmt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 zunächst in dem in der zuvor beschriebenen Weise vom Mittelwert bereinigten PWLZ-Signal die auftretenden Minima und Maxima und berechnet die jeweils aktuelle Amplitude als Differenz zwischen jeweils aufeinan derfolgenden Minima und Maxima. In Verbindung mit der jeweils zugehörigen, ebenfalls bestimmten Periodendauer berechnet die Auswerte- und Recheneinheit 3 hieraus den aktuellen Amplitudenverlauf, wie er in Fig. 4b gezeigt ist. Danach prüft die Auswerte- und Recheneinheit 3, ob die Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert über ein gegebenes Zeitfenster unterschreitet. Ist dies der Fall, gibt die Auswerte- und Recheneinheit 3 über die Ausgabe-Einheit 4 ein Alarmsignal ab. Die Auswerte- und Recheneinheit bestimmt den Schwellenwert basierend auf dem Amplitudenverlauf des vom Mittelwert befreiten PWLZ-Signals. Konkret berechnet die Auswerte- und Recheneinheit 3 den Schwellenwert (vgl. Fig. 4b) aus dem Produkt der Summe einer Anzahl n vorhergehender Amplituden mit einem Faktor, der als Erfahrungswert festgelegt wird. Dabei muß die Amplitude über eine vorgegebe ne Zeit unterhalb des Schwellenwertes liegen, damit ein Alarmsignal abgegeben wird. Dieses Zeitfenster wird von der Auswerte- und Recheneinheit 3 basierend auf dem originalen PWLZ-Signal bestimmt. Insbesondere summiert die Auswerte- und Recheneinheit 3 die Dauer der beiden letzten Atemperioden vor der Unterschrei tung des Schwellenwertes. Eine Atemperiode ist dabei definiert als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima in dem PWLZ-Signal.Furthermore, the central evaluation and computing unit 3 detects apneas, ie respiratory arrests and determines the length of time of apneas. For this purpose, the central evaluation and arithmetic unit 3 first determines the minima and maxima occurring in the PWLZ signal, which has been cleaned of the mean value in the manner described above, and calculates the respective current amplitude as the difference between minima and maxima which follow each other. In conjunction with the respectively associated, likewise determined period, the evaluation and arithmetic unit 3 uses this to calculate the current amplitude curve, as shown in FIG. 4b. The evaluation and arithmetic unit 3 then checks whether the amplitude falls below a predetermined threshold value over a given time window. If this is the case, the evaluation and arithmetic unit 3 emits an alarm signal via the output unit 4 . The evaluation and arithmetic unit determines the threshold value based on the amplitude profile of the PWLZ signal freed from the mean value. Specifically, the evaluation and arithmetic unit 3 calculates the threshold value (cf. FIG. 4b) from the product of the sum of a number n of previous amplitudes with a factor that is determined as the empirical value. The amplitude must be below the threshold value for a predetermined time so that an alarm signal is emitted. This time window is determined by the evaluation and arithmetic unit 3 based on the original PWLZ signal. In particular, the evaluation and arithmetic unit 3 sums up the duration of the last two breathing periods before the threshold value is undershot. A breathing period is defined as the distance between two successive maxima in the PWLZ signal.

In vorteilhafter Weise bestimmt die zentrale Auswerte- und Recheneinheit 3 auch die zeitliche Länge von Apnoen. Hierzu wird die Zeitdauer bestimmt, in der die Am plitude des vom Mittelwert befreiten Pulswellenlaufzeitsignals kontinuierlich unter dem zuvor beschriebenen Schwellenwert liegt. Diese Zeitdauer entspricht der zeitli chen Länge eines Atemstillstands.The central evaluation and computing unit 3 also advantageously determines the length of time of apneas. For this purpose, the time period is determined in which the amplitude of the pulse wave time signal freed from the mean value is continuously below the previously described threshold value. This time period corresponds to the length of a respiratory arrest.

Bei dem in Fig. 4a gezeigten Verlauf des PWLZ-Signals tritt bei einer Zeit von 60 Sekunden Apnoe ein. Wie Fig. 4b zeigt, fällt hier die Amplitude unter den vorgege benen Schwellenwert. Dementsprechend wird von der Auswerte- und Rechenein heit 3 zur Bestimmung des Zeitfensters die beiden letzten Atemperioden vor der Zeit 60 Sekunden bestimmt. Das etwa bei 48 Sekunden liegende Maximum des PWLZ-Signales sowie das etwa bei 58 Sekunden liegende Maximum des PWLZ- Signales aus Fig. 4a werden hierzu herangezogen, so daß im konkreten gezeigten Fall ein Zeitfenster von 10 Sekunden vorgegeben wird. Bleibt die Amplitude des vom Mittelwert bereinigten PWLZ-Signales über 10 Sekunden unter dem Schwel lenwert, wird Alarm ausgelöst, im gezeigten Fall gemäß der Fig. 4 etwa zum Zeit punkt 70 Sekunden. Die zeitliche Länge der Apnoe beträgt ca. 13 Sekunden.In the course of the PWLZ signal shown in FIG. 4a, apnea occurs at a time of 60 seconds. As FIG. 4b shows, the amplitude falls below the predetermined threshold. Accordingly, the evaluation and arithmetic unit 3 for determining the time window determines the last two breathing periods before the time 60 seconds. The maximum of approximately 48 seconds of the PWLZ signal and the maximum of approximately 58 seconds of the PWLZ signal from FIG. 4a are used for this, so that a time window of 10 seconds is specified in the specific case shown. If the amplitude of the PWLZ signal adjusted from the mean remains below the threshold value for more than 10 seconds, an alarm is triggered, in the case shown according to FIG. 4 at about 70 seconds at the time. The duration of the apnea is approximately 13 seconds.

Die Fig. 4b zeigt einen gleitenden Mittelwert, der einen Durchschnittswert aus je weils zwei Mittelwerten darstellt. Dieser gleitende Mittelwert kann somit, wie der Mittelwert selbst, ebenso zur Apnoeerkennung verwendet werden. FIG. 4b shows a moving average, which represents an average of two average values each. This moving average, like the average itself, can thus also be used for apnea detection.

Als Alternative kann der Atemrhythmus durch einen adaptiven digitalen Bandpaß filter aus dem PWLZ-Signal extrahiert werden (vgl. Fig. 2).As an alternative, the breathing rhythm can be extracted from the PWLZ signal using an adaptive digital bandpass filter (cf. FIG. 2).

Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem eine Atemmessung über ein gefilter tes Pulssignal erfolgt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfin dungsgemäß arbeitenden Vorrichtung die Atemaktivität eines Probanden wesent lich präziser und zuverlässiger bestimmt werden. Wie Fig. 5 zeigt, zeigt das PWLZ- Signal zu Zeiten eines Atemstillstandes, der in der Figur mit Apnoe gekennzeichnet ist, einen deutlich wahrnehmbaren Abfall der Amplituden der periodischen Schwan kungen des PWLZ-Signales und darüber hinaus auch einen Rückgang des Mittel wertes des PWLZ-Signales (vgl. Fig. 5c). Im Vergleich hierzu ist der Zeitraum des Atemstillstandes aus dem entsprechenden Pulssignal des gleichen Probanden, das in Fig. 5a gezeigt ist, nur schwer zu erkennen. Das gefilterte Pulssignal gemäß Fig. 5b zeigt keine klar erkennbare Anormalität, die Amplitude des gefilterten Puls signales nimmt während der Apnoephase eher zu, während der Atemstillstand durch eine Abnahme der Amplituden im PWLZ-Signal gemäß Fig. 5c deutlich zu erkennen ist.In comparison to the prior art, in which a breath measurement is carried out via a filtered pulse signal, the breathing activity of a test person can be determined significantly more precisely and reliably using the method according to the invention and the device according to the invention. As shown in FIG. 5, the PWLZ signal shows a clearly perceptible drop in the amplitudes of the periodic fluctuations of the PWLZ signal and, moreover, a decrease in the mean value of the PWLZ at times of respiratory arrest, which is marked with apnea in the figure Signals (see FIG. 5c). In comparison to this, the period of respiratory arrest is difficult to recognize from the corresponding pulse signal of the same subject, which is shown in FIG. 5a. The filtered pulse signal according to FIG. 5b shows no clearly recognizable abnormality, the amplitude of the filtered pulse signal rather increases during the apnea phase, while the respiratory arrest can be clearly recognized by a decrease in the amplitudes in the PWLZ signal according to FIG. 5c.

Vorteilhaft ist an dem beschriebenen Verfahren, daß nicht nur eine Messung der Atemfrequenz, sondern auch eine präzise Apnoe-Erkennung erfolgen kann. Sind Vorrichtungen zur Elektrokardiogramm- und Pulsmessung vorhanden, ist keine zu sätzliche Sensorik notwendig. Die Erfindung kann isoliert genutzt oder in Behand lungsgeräte aller Art, auch für den Homecare-Bereich, integriert werden, wenn eine Überwachung der Atmung erwünscht wird.It is advantageous in the method described that not only a measurement of the Respiratory rate, but also a precise apnea detection can take place. are Devices for electrocardiogram and pulse measurement are not available additional sensors required. The invention can be used in isolation or in treatment of all types, including for the home care area, if one Monitoring of breathing is desired.

Claims

1. A method for determining the breathing activity of a living being, characterized in that pulse wave durations, the pressure waves generated by the heartbeat to reach a predetermined peripheral body location, are determined, periodic fluctuations are determined in the time course of the pulse wave times and from the periodic fluctuations the respiratory activity is determined over the course of the pulse wave times.

2. The method according to the preceding claim, wherein the temporal occurrence the heartbeat and the timing of the associated pressure waves on the peripheral part of the body, especially on a finger, one Toe or an earlobe captured and the pulse wave propagation times as differences limit the times of occurrence of the pressure waves at the peripheral Body position and the occurrence of the associated heartbeats determined become.

3. The method according to any one of the preceding claims, wherein from the peri odic fluctuations in the time course of the pulse wave transit times Duration of a breathing cycle (T) and from this the respiratory rate (AF) is true.

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the duration of a Breathing cycle (T) as the time difference between the occurrence of two successive extreme gender values, d. H. two maxima or two minima, the temporal The course of the pulse wave transit times is determined, in particular to next, the pulse wave transit times determined in each case from the mean of one before predetermined number of previous pulse wave transit times are exempted, the time course of the pulse wave transit times freed from this mean successive extreme values are determined and the duration of the respective breathing cycles (T) is determined from this.

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the Atemfre frequency is determined by means of a spectral analysis of the pulse wave transit times.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the amplitudes the periodic fluctuations in the time course of the pulse wave times are determined and recognized from these respiratory arrests, in particular in particular the pulse wave transit times of an average of a previous pulse wave terms are exempted, the temporal course of these from the above Mean value exempted pulse wave transit times is determined, the periodic Fluctuations and their amplitudes in the course of time determined in this way determined and the amplitudes with a predetermined threshold a given time can be compared.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the temporal Length of respiratory arrests is determined, in particular the pulse wave Len running times exempt from an average of previous pulse wave running times the time course of this pulse wave run, which has been freed from the mean value times is determined, the periodic fluctuations and their amplitudes of the temporal course determined in this way are determined using the amplitudes a predetermined threshold value and the temporal length breath stops is determined as the length of time in which the amplitudes of the pulse wave propagation time signal freed from the mean value the predetermined threshold.

8. The method according to any one of the two preceding claims, wherein the Threshold value determined as a function of previous amplitude values and / or the predetermined time depending on the duration (T) breathing cycles is determined.

9. The method according to any one of the preceding claims, wherein breathing stops depending on the mean value of the pulse wave transit time, in particular by Comparison of the same with a threshold value.

10. The method according to any one of the preceding claims, wherein for detection the pulse wave propagation times are bandpass filtered from respiratory arrests, whereby preferably a center frequency and / or a bandwidth of the filtering a variation in respiratory rate can be adjusted.

11. A device for determining the breathing activity of a living being, with a pulse wave transit time device ( 1 , 2 , 3 ) for determining pulse wave running times, the pressure waves generated by the heartbeat each need to reach a predetermined peripheral body location, a device ( 3 ) for determining periodic fluctuations in the temporal course of the pulse wave run times, and a device ( 3 ) for determining the breathing activity from the periodic fluctuations of the pulse wave run times.

12. The device according to the preceding claim, wherein a device ( 1 ) for detecting the heartbeat, in particular an electrocardiogram device and a device ( 2 ) for detecting pressure waves generated by the heartbeat are provided at the peripheral part of the body and the pulse wave transit time device ( 3 ) has a time difference device for determining the time difference between the time occurrence of the pressure waves at the peripheral part of the body and the occurrence of the associated heartbeats.

13. Device according to one of the preceding claims, wherein a breathing cycle device ( 3 ) for determining the duration of a breathing cycle from the pe riodischen fluctuations in the temporal course of the pulse wave times and a respiratory rate device ( 3 ) for determining the respiratory rate from the respective duration a breathing cycle are provided.

14. Device according to one of the preceding claims, wherein an extreme value determination device is provided for determining extreme values in the course of the pulse wave travel times and the breathing cycle device ( 3 ) has a time difference device for determining the time difference between the occurrence of successive extreme values.

15. Device according to one of the preceding claims, wherein an average value device ( 3 ) for forming an average value of a number of pulse wave run times and a subtraction device ( 3 ) for subtracting the average value from the respective pulse wave travel times is provided.

16. Device according to one of the preceding claims, wherein a spec tralanalysis device for spectral analysis of pulse wave propagation times hen is.

17. Device according to one of the preceding claims, wherein an amplitude den device for determining amplitudes of the periodic swan Kungen the temporal course of the pulse wave transit times is provided.

18. The apparatus of claim 14 and claim 16, wherein the amplitude den device of the subtraction device for subtracting the mean value is upstream of the respective pulse wave transit times such that the Am plitudes of periodic fluctuations in the time course of the Average freed pulse wave transit times can be determined.

19. Device according to one of the preceding claims, wherein a threshold value device ( 3 ) for specifying a threshold value and a timing device ( 3 ) for specifying a comparison time and a comparison device ( 3 ) for comparing the amplitudes of the periodic fluctuation is provided for the pulse wave transit times with the predetermined threshold value over the predetermined comparison time.

20. Device according to the preceding claim, wherein the threshold device ( 3 ) has a summing device for summing up previous amplitudes and a scaling device for multiplying the amplitude sum by a factor and / or the timing device is designed in such a way that it determines the comparison time depending on the duration of at least one previous breathing cycle, in particular a summing device for summing up previous breathing cycles.

21. Device according to one of the preceding claims, wherein a preference as adaptive digital bandpass filter for bandpass filtering the pulse waves terms is provided.

22. Device according to one of the preceding claims, wherein a central, preferably software-programmable evaluation and computing unit ( 3 ) is provided, the device for determining periodic fluctuations in the course of the pulse wave times, the device for determining the respiratory activity, the time difference. The device, the respiratory cycle device, the respiratory rate device, the extreme value determination device, the mean value device, the amplitude device, the subtraction device, the threshold value device, the time setting device and / or the comparison device.