用于建立哺乳动物的痛感丧失的方法和设备与流程

1.本发明总体上涉及用于建立哺乳动物的痛感丧失的方法和设备。


背景技术：

2.本技术领域中存在用于监测人类和其他哺乳动物的神经系统，特别是用于检测无意识、非语言患者(例如，在手术期间麻醉的患者或人工通气的患者)的疼痛的方法和设备。这些方法和设备中的一些用于确定患者是否由于所确定的患者的疼痛状态而需要药物。
3.需要用于在从有意识并且假设健康的人类或其他哺乳动物到住院的人类或其他哺乳动物的所有群体中建立哺乳动物的痛感丧失的方法和设备。
4.wo-00/72751涉及通过利用皮肤电导的自发变化来监测个体的自主神经系统，尤其用于检测痛感的设备和方法。该设备包括：测量装备，用于测量皮肤的电导；以及存储和处理装置(means)，用于导出电导信号的次要特征。可以基于皮肤电导信号的波动的幅度和频率指示患者的痛感。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供用于建立哺乳动物的痛感丧失的方法和设备。
6.根据本发明，通过所附独立权利要求中所限定的方法和设备实现上述目的。
7.在从属权利要求中指示了本发明的进一步优点和特征。
附图说明
8.将通过参考附图的示例描述本发明，在附图中，
9.图1是示出用于建立哺乳动物的痛感丧失的设备的原理的示意性框图；
10.图2是示出用于在使用期间建立哺乳动物的痛感丧失的设备的立体图；并且
11.图3是示出用于建立哺乳动物的痛感丧失的方法的流程图。
具体实施方式
12.图1是示出用于在从具体有意识并且假设健康的人类或其他哺乳动物到住院的人类或其他哺乳动物的所有群体中建立人类或其他哺乳动物的痛感丧失的设备的原理的示意性框图。
13.在人类或其他哺乳动物的身体部位1的皮肤的区域2上放置用于测量皮肤的电导的传感器装置3。在人类的情况下，身体部位1优选是手或脚，并且身体部位1上的皮肤的区域2优选是手的掌心侧(手的掌心中)或脚的足底侧(脚的脚底下面)。在非人类哺乳动物(具体地，具有爪子的哺乳动物)的情况下，身体部位的区域可以是爪子的掌心侧。传感器装置3包括接触电极，其中，将至少一个电极(测量电极)放置在皮肤区域2上。在优选实施方式中，传感器装置3由三个电极构成：信号电极、测量电极、以及参考电压电极，该参考电压电极确保对测量电极下方的角质层(皮肤的表皮层)恒定地施加电压。优选地，将测量电极和信号
电极放置在皮肤区域2上。还可以将参考电压电极放置在皮肤区域2上，但是优选地，将参考电压电极放置在适合于所涉及的测量布置的附近位置中。
14.在优选实施方式中，使用交流电流测量皮肤的电导。有利地，与皮肤的电导近似线性的区域相对应，交流电流具有高至1000hz的范围内的频率。应选择确保来自例如干线频率的干扰在最小可能的程度上影响测量信号的频率。在优选实施方式中，频率为88hz。以指定频率操作的信号生成器对信号电极施加信号电流。
15.在交流电流的情况下，电导与复纳导的实部相同，并且因此，不必与电阻的逆值相同。在电导测量中，使用交流电流代替直流电流的优点在于，通过这种手段避免对皮肤的电极化特性的测量的不利影响。
16.将通过测量电极产生的电流传送至测量转换器4。这包括到电流到电压转换器，在优选实施方式中，电流到电压转换器是跨阻放大器，但是其最简单的形式可以是将来自测量电极的电流转换为电压的电阻。
17.测量转换器进一步包括分解电路，优选地，分解电路是同步整流器的形式，分解电路将复纳导分解为实部(电导)和虚部(电纳)。然而，如果分解电路仅包括用于导出电导的装置就足够了。同步整流器将所测量的电压与来自信号生成器的电压相乘。两个信号是同相的。在乘法之后，结果与余弦(2μ)等式相符合，其中，结果是dc分量和2μ频率处的一个分量。在优选实施方式中，这变成176hz。在优选实施方式中，该同步整流器实现为具有所需精度的模拟电路。
18.测量转换器4还可以包括放大器和滤波器电路。在优选实施方式中，测量转换器包含位于输入端和输出端两者处的低通滤波器。输入低通滤波器的目的是使例如来自其他医疗装备的高频噪声衰减，并且输入低通滤波器还用作抗混叠滤波器，以防止高频分量被后续电路接收以进行时间离散化。输出低通滤波器应使同步整流器中的乘法运算所产生的2μ分量衰减，使得仅dc附近的信号用于进一步处理。
19.此外，通过对部件和设计细节的选择，测量转换器被设计成用于获得高灵敏度和低噪声电平。
20.尽管已经通过示例将测量转换器4示出为位于控制单元5的外部，但是应当理解，测量转换器可以包括在控制单元5中。
21.控制单元5包括用于对来自测量转换器的信号进行时间离散化的时间离散化单元51。时间离散化以可以有利地以每秒20个至200个采样的数量级的采样速率发生。控制单元进一步包括将测量数据转换为数字形式的模数转换器52。用于时间离散化和模数转换的电路的选择意味着适合于本领域技术人员的技术决策。在优选实施方式中，在将过采样、滤波、以及离散化进行组合的集成电路中完成时间离散化。
22.除了来自测量转换器4的输入之外，控制单元可以有利地包括额外的模拟输入以及可能的数字输入(未示出)。在这种情况下，控制单元5可以配备有多个模数转换器52或可以采用本领域技术人员公知的各种多路复用技术以便增加模拟输入的数量。例如，这些额外的模拟输入可以被布置成用于额外的皮肤电测量、或用于可以有利地与皮肤电测量同时或并行执行的其他生理测量，诸如体温、脉冲、ecg、呼吸测量、血液中的氧饱和度测量、或eeg(脑电双频指数)。
23.控制单元5还包括：处理单元53，用于对数字测量数据进行处理；存储装置，为用于
存储数据和程序的至少一个存储器的形式，存储装置被示出为非易失性存储器54和随机存取存储器55。控制单元5进一步包括接口电路61，该接口电路61提供第一输出信号71以及可选地第二输出信号72。可选地，控制单元5进一步包括另一接口电路81，该另一接口电路81进一步连接至显示单元8。控制单元5还可以可选地包括用于与诸如个人电脑、平板电脑、移动终端、或智能电话的外部单元10进行数字通信的无线通信适配器或通信端口56。这样的通信非常适合于加载或更改保持存储在控制单元的存储器54、55中的程序、或者用于添加或更改保持存储在控制单元的存储器54、55中的其他数据。这样的通信还非常适合于从设备的存储器54、55中读出数据，由此能够使得将该数据传送至外部单元10以进行进一步后续的分析或存储。
24.在优选实施方式中，非易失性存储器54包括可编程rom电路形式的只读存储器，至少包含程序代码和永久性数据，并且随机存取存储器55包括ram电路形式的读和写存储器，用于存储测量数据和其他临时数据。
25.控制单元5还包括振荡器(未示出)，该振荡器传送用于控制处理单元53的时钟信号。处理单元53还包含定时装置(未示出)，以便提供当前时间的表示以用于测量的分析。这样的定时装置是本领域技术人员公知的，并且通常包括在本领域技术人员发现适合于与本发明一起使用的微控制器或处理器系统中。
26.控制单元5可以实现为具有所连接的输入、输出、存储器、以及其他外围电路的基于微处理器的单元，或者可以实现为集成一些或全部连接电路的微控制器单元。时间离散化单元51和/或模数转换器52也可以包括在这样的单元中。对合适形式的控制单元5的选择涉及适合于本领域技术人员的决策。
27.可替代的解决方案是将控制单元5实现为数字信号处理器(dsp)。
28.控制单元5被布置为优选地通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的可执行程序代码从测量转换器4中读取皮肤电导的时间离散和量化测量。控制单元5被进一步布置为能够将测量存储在读和写存储器55中。通过程序代码，控制单元5被进一步布置为对测量进行实时分析，即，与测量的执行同时或并行进行分析。在该上下文中，同时或并行应被理解为是指结合测量的性质的时间常数所观察、出于实际目的的同时或并行。这意味着可以在分离的时间间隔内进行输入、存储、以及分析，但是在这种情况下，这些时间间隔、以及这些时间间隔之间的时间非常短，以至于单个动作看上去是同时发生的。
29.控制单元5被进一步布置为通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的程序代码部分检测时间离散、量化测量信号中的波动峰值。
30.控制单元5被进一步布置为通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的程序代码部分确定时间离散、量化测量信号的波动峰值在时间间隔内的速率。
31.控制单元5被进一步布置为通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的程序代码部分将所确定的峰值的速率与预定的参考值进行比较。
32.如果所测量的峰值的速率低于预定的参考值，则控制单元5被进一步布置为通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的程序代码部分提供接口电路61的第一输出信号71，以指示人类或其他哺乳动物的痛感丧失的状态。
33.控制单元5可以被进一步布置为通过存储在非易失性存储器54中并且由处理单元53执行的程序代码部分执行本文所公开(具体地，参考下面的图3)的方法的各个步骤和步
骤的组合。
34.处理单元53、存储器54、55、模拟/数字转换器52、通信端口56、接口电路81、以及接口电路61全部连接至总线单元59。将关于基于微处理器仪器的设计的该总线架构的细节构造视为本领域技术人员公知的。
35.接口电路61是数字端口电路，当通过由处理单元53执行的程序代码对接口电路61进行寻址时，接口电路61经由总线单元59从处理单元53传送至少第一数字输出信号71。
36.第一数字输出信号71指示对皮肤电导测量的分析已经建立人类或其他哺乳动物的痛感丧失的状态。
37.接口电路61还可以提供被示意性地示出为第二输出信号72的额外输出信号。
38.在优选实施方式中，显示装置8由用于电导信号的图形可视化的屏幕、以及用于显示所测量的信号波动的频率和幅度的数字显示器构成。优选地，显示单元是功耗较低的类型，诸如，lcd屏幕和lcd显示器。显示装置可以是单独的或被集成到同一单元中。
39.该设备进一步包括用于将操作电力供应至该设备的各个零部件的电源单元9。电源可以包括电池，优选地可再充电电池，或可选地连接到诸如干线电源的外部电源。
40.图2是示出用于在使用期间建立哺乳动物的痛感丧失的设备的立体图。
41.电极，通常指上面参考图1中的公开内容所描述的三个电极，被放置在人类的手21的掌心侧上，因此，在图2中，电极是不可见的。在具有爪子的哺乳动物的情况下，电极被放置在爪子的掌心侧上。通过线缆22使电极与用于建立哺乳动物的痛感丧失的设备23互连。该设备23包括对涵盖上面参考图2所描述的测量转换器4和控制单元5的电子件进行封装的壳体。通过优选地由弹性材料制成的合适腕带24使设备的壳体捆绑至人类或其他哺乳动物的腕部。该设备23包括包含可操作元件25的简单操作界面，该可操作元件25可以是用于打开和关闭设备的触摸按钮。该设备23还包括指示器，该指示器可以是光学指示器或听觉指示器、或光学指示器和听觉指示器两者，该指示器提供与指示哺乳动物的痛感丧失的状态的第一输出信号71相对应的光学指示或听觉指示。通过与外部单元10相对应并且能够支持与上面参考图1所描述的设备23中的控制单元5进行通信的诸如智能电话的外部终端可以提供设备的进一步操作。
42.图3是示出用于建立人类或其他哺乳动物的痛感丧失的方法的流程图。
43.该方法从参考31开始。
44.在测量步骤32，提供在一时间间隔内在人类或哺乳动物的皮肤的一区域处测量的皮肤电导信号。为此，如上面已经参考图1和图2所解释的，通过被布置在人类或其他哺乳动物的身体部位1(优选地，手或爪子的掌心侧)上的诸如接触电极的传感器装置3对皮肤电导信号或edr(皮肤电响应)信号进行测量。
45.皮肤电导(优选地，以电导率为单位(μs))例如通过使用上面参考图1所描述的装备进行时间量化并且转换为数字形式。在步骤32期间获取包含皮肤电导数据的特定持续时间的时间序列，通常为5秒与60秒之间，并且更优选地15秒与45秒之间，又更优选地25秒与35秒之间。例如，在15秒处，以每秒20个至200个样本的采样速率，时间序列可以包含300个至3000个样本。
46.在后续的峰值速率确定步骤33，检测皮肤电导信号在所述时间间隔内的峰值，并且确定峰值在该时间间隔内的速率。
47.在步骤33的峰值检测子步骤，可以执行测试来检测所获取的皮肤电导信号的时间序列中的有效峰值的的存在。如果检测到一个或多个峰值，则随后确定峰值的速率。如果未检测到峰值，则峰值的速率被视为零。
48.如果信号的导数在该间隔的较小周期内改变符号，则可以建立有效峰值的存在。信号的导数可以被计算为两个后续样本值之间的差。此外，在接受符号改变之前，可以使用需要查看两个或更多个后续符号改变的简单数字滤波器。
49.在建立有效峰值的测试步骤中，需要针对峰值被视为有效时建立额外标准。在其最简单的形式中，这样的标准可以基于以下事实：信号幅度必须超过绝对极限，以便能够被视为有效波动。如所建议的，电导的该参考值介于0.005μs与0.03μs之间，优选地，为0.015μs。
50.可选地或此外，将标准基于以下事实可以是有利的：信号实际上已经形成已经持续特定时间的峰值。标准还可以基于以下事实：如果最大值是被视为有效的，则皮肤电导信号值根据时间的增加必须保持低于特定极限，通常为20μs/s。
51.用于建立有效峰值的另一可能条件在于，电导信号从局部峰值到以下局部谷值的变化的绝对值超过预定的值，诸如介于0.01μs与0.02μs之间，优选地，为0.015μs。
52.此外，在间隔的边界处出现的最大值，即，间隔的起始点或结束点，不应被优选地视为有效峰值。
53.由此实现的目的是在错误情形(诸如，例如，在皮肤上操作松动的电极、或其他噪声或干扰源)中可能出现的伪像不会导致错误地检测到峰值。
54.在比较步骤34，将所确定的峰值的速率与预定的参考值进行比较。
55.预定的参考值在每秒0.00个至0.12个峰值的范围内。有利地，预定的参考值可以在每秒0.00个至0.06个峰值的范围内。仍更有利地，预定的参考值可以在每秒0.00个至0.03个峰值的范围内。
56.有利地，如果另外已经确定峰值在该时间间隔内的平均速率持续了特定的时间段，则提供指示哺乳动物的痛感丧失的状态的输出信号，该时间段在2分钟至10分钟的范围内、或在3分钟至6分钟的范围内、或在4分钟至5分钟的范围内。
57.如果所确定的峰值的速率低于预定的参考值，则执行建立步骤35。在建立步骤35，提供指示哺乳动物的痛感丧失的状态的第一输出信号71。
58.另外，在比较步骤34，如果所确定的峰值的速率等于或大于预定的参考值，则过程在测量步骤32的另一迭代处继续。
59.在步骤35中建立痛感丧失信号之后，过程可以在终止步骤36结束，或可选地，可以通过在测量步骤32处继续而重复该过程。
60.可以通过操作装置(未示出)或通过来自通信端口56的命令输入在任意时间中断或终止该过程。
61.所公开的方法和设备导致可靠地建立人类或其他哺乳动物(具体地，有意识的人类或哺乳动物以及住院的人类或哺乳动物)的痛感丧失。在人类的情况下，人类不必需要是患者。一方面，该方法和设备可以是非医疗方法和非医疗设备。一方面，该方法和设备可以具体用于提供对假设大致健康的人类或具有尤其在其家中进行治疗的轻微疾病的人类的假设痛感丧失的确认。一方面，该方法和设备可能并不具体地旨在用于对人类或哺乳动物
施用药物的目的。