EP-4736752-A1 - A COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD, A COMPUTER PROGRAM PRODUCT, A COMPUTER-READABLE MEDIUM, A SYSTEM, AND A METHOD FOR DETERMINING A CARDIOVASCULAR PERFORMANCE

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung (2). Das Verfahren umfasst das Empfangen von einer Vielzahl von Messdaten (5) durch eine Kommunikationsschnittstelle (6) von einem Sensor (7) an einem Messabschnitt (41) der distalen Peripherie (4) des Patienten. Die Messdaten (5) geben Aufschluss über eine Perfusion des Blutflusses am Messabschnitt (41). Die Vielzahl der Messdaten (5) umfasst zumindest zwei verschiedene Messdaten (5), die zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Wiederherstellen des Blutflusses zu der distalen Peripherie (4) detektiert wurden. Das Verfahren umfasst zudem die Bestimmung der kardiovaskulären Leistung (2), insbesondere des Herzzeitvolumens, anhand der Vielzahl von Messdaten und die Bereitstellung von Ausgangsdaten durch eine Ausgangsschnittstelle (8) umfassend die kardiovaskuläre Leistung (2).

Inventors

• MARINOW, NIKOLAI

Assignees

• Marinow, Nikolai

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250923

Claims (20)

1. Ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung (2) umfassend die folgenden Schritte: - Optionales Senden eines ersten Beaufschlagungsbefehls, vorzugsweise durch eine Kontrolleinheit (3), zur Beaufschlagung einer Manschette über einen systolischen Blutdruck eines Patienten, um einen Blutfluss zu einer distalen Peripherie (4) des Patienten zu unterbinden, - Optionales Senden eines zweiten Beaufschlagungsbefehls, vorzugsweise durch die Kontrolleinheit (3), zur Beaufschlagung der Manschette (9) zu einem subsystolischen Blutdruck, um einen Blutfluss zu der distalen Peripherie (4) zu ermöglichen, - Empfangen von einer Vielzahl von Messdaten (5) durch eine Kommunikationsschnittstelle (6) von einem Sensor (7) an einem Messabschnitt (41) der distalen Peripherie (4) des Patienten, wobei die Messdaten (5) Aufschluss über eine Perfusion des Blutflusses am Messabschnitt (41) geben, und wobei die Vielzahl der Messdaten (5) zumindest zwei verschiedene Messdaten (5) umfassen, die zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Wiederherstellen des Blutflusses zu der distalen Peripherie (4) detektiert wurden, - Bestimmung der kardiovaskulären Leistung (2), insbesondere des Herzzeitvolumens, anhand der Vielzahl von Messdaten, - Bereitstellung von Ausgangsdaten durch eine Ausgangsschnittstelle (8) umfassend die kardiovaskuläre Leistung (2).
2. Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Messdaten (5) zur Bestimmung der kardiovaskulären Leistung (2) über ein Zeitintervall: - aus einem Bereich von 1 s bis 60 s, insbesondere aus einem Bereich von 1 s bis 35 s, vorzugsweise aus einem Bereich von 1 s bis 25 s, ausgewählt werden, oder - so gewählt werden, dass eine Abweichung von zeitlich direkt aufeinander folgenden Messdaten immer grösser ist als 5%, insbesondere 4%, vorzugsweise 3%, - so gewählt werden, dass ein Mittelwert von 3, 4, oder 5 zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden gemessenen Messdaten grösser ist als ein vordefinierter Anteil, insbesondere 75%, vorzugsweise 85%, eines zeitlich unmittelbar darauffolgend gemessenen Messwertes.
3. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen einer Stelle des unterbundenen Blutflusses und dem Messabschnitt (41) mindestens 3 cm, insbesondere mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 15 cm aufweist.
4. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der Messdaten folgendes umfassen oder daraus bestehen: - Messdaten, die auf die Sauerstoffsättigung im Blut schliessen lassen, insbesondere SpO 2 -Messdaten, - Volumetrische Messdaten, die auf eine Perfusionsamplitude am Messabschnitt (41) schliessen lassen, insbesondere Perfusionsindex-Messdaten, und/oder - plethysmographische Messdaten, die auf das Erkennen einer Pulsation schliessen lassen, - und optional zusätzlich Pulsfrequenzen.
5. Das computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bestimmung einer Steigungsmetrik anhand der chronologisch nacheinander zu unterschiedlichen Zeiten gemessenen Vielzahl von Messdaten, wobei die Steigungsmetrik indikativ für die Steigung der Vielzahl von Messdaten ist, insbesondere indikativ für die mittlere Steigung der Messdaten ist, - Bestimmung eines Kennwerts anhand der Messdaten, wobei der Kennwert indikativ für einen Sättigungswert oder eine Metrik der Messdaten ist, insbesondere indikativ für ein arithmetisches Mittel, ein quadratisches Mittel, ein Median, oder eine Varianz, und - die Bestimmung der kardiovaskulären Leistung anhand der Steigungsmetrik und des Kennwerts, insbesondere durch Bestimmung eines kardiovaskulären Leistungskennwerts anhand der Steigungsmetrik und des Kennwerts und einer Bestimmung der kardiovaskulären Leistung anhand des kardiovaskulären Leistungskennwerts und mindestens einer Zuordnungslogik.
6. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kardiovaskuläre Leistung (2) anhand der Messdaten und mindestens einer Abbildung, insbesondere der mindestens einen Zuordnungslogik, bestimmt wird, wobei die mindestens eine Abbildung anhand von einem Ultraschallverfahren, einem Thermodilutionsverfahren, einem Magnetresonanztomographieverfahren, dem Fick-Prinzip, eine Pulse-Contour-Analyse, VO 2 max Verfahren, und/oder Bioimpedanzmessung zur Messung der kardiovaskulären Leistung (2) ermittelt wurde.
7. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Perfusionsamplitude und, insbesondere eine Herzschlagvolumenvariabilitätsmetrik, aus der Vielzahl von Messdaten bestimmt wird, insbesondere aus den SpO 2 -Messdaten, den Perfusionsindex-Messdaten, oder den plethysmographischen Messdaten.
8. Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren umfasst, dass die Herzschlagvolumenvariabilitätsmetrik verwendet wird, um die Messdaten, insbesondere die Perfusionsamplitude, zu korrigieren.
9. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, umfassend eine Bestimmung der kardiovaskulären Leistung (2) mit Hilfe mindestens eines der folgenden Algorithmen: - zumindest einer Fit-Funktion der Perfusionsamplitude, insbesondere umfassend eine polynomische Fit-Funktion, eine logarithmische Fit-Funktion, eine exponentielle Fit-Funktion, insbesondere mit schwingender Dämpfung, eine logistische Wachstumsmodellfit-Funktion, insbesondere mit schwingender Dämpfung, eine Potenzgesetzsättigungsfit-Funktion, eine Hill Fit-Funktion, eine Differentialgleichungsfit-Funktion, insbesondere zweiter Ordnung ist, - Bereitstellung einer Vielzahl von Referenz-Funktion, die vorzugsweise zeitlich vorher gemessenen Messdaten umfassen, insbesondere zeitlich vorher gemessene Messdaten einer ähnlichen oder der gleichen Pulsfrequenz, Bestimmung einer Abweichung der Vielzahl von Referenz-Funktionen mit der Vielzahl von empfangenen Messdaten oder von Korrelationswerten der Messdaten, und Auswahl einer Referenz-Funktion der Vielzahl von Referenz-Funktionen mit der geringsten Abweichung oder des ähnlichsten Korrelationswerts zu den empfangenen Messdaten, - einer über ein Zeitintervall der Messung gemittelten Perfusionsamplitude, welche mit der Pulsfrequenz verrechnet wird, insbesondere vollständig oder anteilig mit der Pulsfrequenz multipliziert wird, und - eines maschinellen Lernmodells, insbesondere eines vortrainiertes maschinellen Lernmodells, anhand der Perfusionsamplituden.
10. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Beaufschlagungsbefehl und dem zweiten Beaufschlagungsbefehl mindestens 15 s, insbesondere mindestens 20 s, vorzugsweise mindestens 25 s, beträgt, oder der zeitliche Abstand so gewählt ist, sodass ein Messwert oder ein Mittelwert von 2, 3, 4, oder 5 zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden gemessenen Messdaten, insbesondere Perfusionsindex-Messdaten, kleiner ist als ein vordefinierter Anteil, insbesondere 20 %, vorzugsweise 15 %, eines gemessenen Messwertes oder Mittelwerts von 2, 3, 4, oder 5 zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Messwerten, der vor der Druckbeaufschlagung gemessen wurden.
11. Das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Messdaten des Sensors (7) in Ruhe und/oder unter körperlicher Belastung des Patienten detektiert werden.
12. Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 11, umfassend eine erste Bestimmung einer ersten kardiovaskulären Leistung (2) anhand von Messdaten (5), die in Ruhe aufgenommen wurden und eine zweite Bestimmung einer zweiten kardiovaskulären Leistung (2) anhand von Messdaten (5), die unter körperlicher Belastung des Patienten aufgenommen wurden.
13. Computerprogrammprodukt mit Anweisungen, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das computerimplementierte Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
14. Computerlesbares Medium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das computerimplementierte Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12 auszuführen.
15. System (101) konfiguriert zum Durchführen des computerimplementierten Verfahrens einem der Ansprüche 1 - 12, umfassend Mittel, insbesondere eine Kommunikationsschnittstelle (6), eine Ausgangsschnittstelle (8) und eine Kontrolleinheit (3), zum Durchführen des computerimplementierten Verfahrens.
16. System (101) nach Anspruch 15, wobei das System zumindest einen Sensor (7), der mit der Kontrolleinheit (3) verbunden oder verbindbar ist, für die distale Peripherie (4) eines Patienten umfasst und, wobei der zumindest eine Sensor (7)zum Messen einer Vielzahl von Messdaten, die auf die Sauerstoffsättigung im Blut schliessen lassen, konfiguriert ist, insbesondere einen SpO2-Sensor (7) umfasst oder daraus besteht, und/oder der zumindest eine Sensor (7) zum Messen einer Vielzahl von volumetrischen Messdaten konfiguriert ist, insbesondere einen plethysmographischen Sensor umfasst oder daraus besteht.
17. System (101) nach einem der Ansprüche 15 - 16, wobei der zumindest eine Sensor (7): - ein Fingerpulsoximeter, - ein Handgelenkspulsoximeter, - eine tragbare Uhr, insbesondere eine Smartwatch, oder ein Fitnessarmband mit integriertem Pulsoximetersensor, - ein stationäres Pulsoximetergerät mit abnehmbaren Sensoren, und/oder - ein Hautpflasterpulsoximeter umfasst oder daraus besteht.
18. System (101) nach einem der Ansprüche 15 - 17, wobei das System eine Manschette (9) umfasst und die Manschette (9) durch einen Beaufschlagungsbefehl der Kontrolleinheit (3) mit Druck beaufschlagbar ist, um den Blutfluss zu der distalen Peripherie (4) des Patienten zu unterbinden und wiederherzustellen.
19. Verfahren zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung (2) aus einer Vielzahl von Messdaten (5) umfassend die Schritte: - Beaufschlagung einer Manschette (9) über einen systolischen Blutdruck eines Patienten, um einen Blutfluss zu einer distalen Peripherie (4) des Patienten zu unterbinden, - Beaufschlagung der Manschette (9) zu einem subsystolischen Blutdruck, um einen Blutfluss zu der distalen Peripherie (4) zu ermöglichen, - Messen einer Vielzahl von Messdaten (5) von einem Sensor (7) an einem Messabschnitt (41) der distalen Peripherie (4) des Patienten, wobei die Messdaten (5) Aufschluss über eine Perfusion am Messabschnitt (41) geben, wobei die Vielzahl der Messdaten (5) zumindest zwei verschiedene Messdaten (5) umfassen, die zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Wiederherstellen des Blutflusses zu der distalen Peripherie (4) detektiert wurden, - Bestimmung der kardiovaskulären Leistung (2), insbesondere des Herzzeitvolumens, anhand der Vielzahl von Messdaten (5).
20. Computerimplementiertes Verfahren zum Trainieren eines maschinellen Lernmodells (12) für die Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung (2), insbesondere des maschinellen Lernmodells (12) nach Anspruch 9, umfassend: - Empfangen eines Eingabetrainingsdatensatzes, der Messdaten und einen zugehörigen Zielwert einer kardiovaskulären Leistung (2) umfasst, wobei die Messdaten von zumindest einem Sensor (7) an einem Messabschnitt (41) einer distalen Peripherie (4) eines Patienten nach dem Wiederherstellen eines Blutflusses der distalen Peripherie (4) detektiert wurden, und vorzugsweise Messdaten nach Anspruch 4 sind, und - Durchführen eines Trainingsprozesses des maschinellen Lernmodells (12) durch Vorhersagen eines Ausgabewerts, Vergleichen des Ausgabewerts mit dem Zielwert, Anpassen der Modellparameter durch eine Verlustfunktion, - Iteratives Wiederholen des Trainingsprozesses für weitere Eingabetrainingsdatensätze bis zu einem Abbruchkriterium, - Vorzugsweise Validieren des trainierten Modells durch Anwendung auf einen separaten Validierungsdatensatz umfassend Validierungsmessdaten und korrespondierende kardiovaskuläre Validierungszielwerte zum Überprüfen des Modells, - Bereitstellen des trainierten Modells.

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Medium, ein System, und ein Verfahren zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung gemäss den unabhängigen Ansprüchen. Zudem betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zum Trainieren eines maschinellen Lernmodells zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung und einen Trainingsdatensatz gemäss den unabhängigen Ansprüchen. Die kardiovaskuläre Leistung, insbesondere das Schlagvolumen und/oder das Herzzeitvolumen, ist ein wichtiges Mittel zur Beurteilung der Herzfunktion, der hämodynamischen Organperfusion, und ein Indikator für die Gesundheit des Herz-Kreislauf-Systems. Zudem kann durch eine Überwachung der kardiovaskulären Leistung die Indikation überprüft werden, wie der Einsatz von Medikamenten oder Therapiemassnahmen, etwa zur Behandlung einer Herzinsuffizienz, von Schock, oder von pulmonaler Hypertonie. Durch die Überwachung der kardiovaskulären Leistung kann etwa die postoperative Versorgung überwacht werden und/oder die bestimmungsgemässe Funktion von Implantaten, wie Herzschrittmachern kontrolliert werden. US 2012/065514 A offenbart eine Vorrichtung, die eine pneumatische beaufschlagbare Manschette, und eine Doppler-Ultraschallsonde, die am Handgelenk anbringbar ist, zur Messung des Bluts umfasst. Diese Vorrichtung ermöglicht die Dopplergeschwindigkeit von Blut während einer Deflation der Manschette zu messen. Eine Doppler-Ultraschallsonde ist jedoch kostenintensiv und schwierig exakt und zuverlässig zu positionieren, insbesondere bei körperlicher Belastung eines Patienten. Zudem offenbart oder lehrt US 2012/065514 keine Möglichkeit zur Bestimmung der kardiovaskulären Leistung. Eine zuverlässige Bestimmung der kardiovaskulären Leistung ist zudem im Stand der Technik oftmals teuer, umständlich, komplex, zeitaufwendig und/oder benötigt spezialisiertes Personal. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese und andere Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und computerimplementierte Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Medium, ein System, ein Verfahren, und einen Trainingsdatensatz zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache, kostengünstige, und zuverlässige Lösung der obengenannten Probleme ermöglichen. Zudem sollte die Bestimmung der kardiovaskulären Leistung eine breite Verfügbarkeit und Kompatibilität zu bestehenden Messverfahren/Messsystemen haben und vorzugsweise eine einfache und schnelle Bestimmung der kardiovaskulären Leistung bei körperlicher Belastung ermöglichen. Es ist somit möglich die kardiovaskuläre Leistung und damit einhergehende Diagnose(n) selbst bei starker Beanspruchung des Herzens zu bestimmen. Das computerimplementierte Verfahren zur Bestimmung einer kardiovaskulären Leistung umfasst optional das Senden eines ersten Beaufschlagungsbefehls, vorzugsweise durch eine Kontrolleinheit, zur Beaufschlagung einer Manschette über einen systolischen Blutdruck des Patienten, um einen Blutfluss zu einer distalen Peripherie des Patienten zu unterbinden. Das computerimplementierte Verfahren umfasst optional das Senden eines zweiten Beaufschlagungsbefehls, vorzugsweise durch die Kontrolleinheit, zur Beaufschlagung der Manschette zu einem subsystolischen Blutdruck, um einen Blutfluss zu der distalen Peripherie zu ermöglichen. Das computerimplementierte Verfahren beinhaltet das Empfangen von einer Vielzahl von Messdaten durch eine Kommunikationsschnittstelle von einem Sensor an einem Messabschnitt der distalen Peripherie des Patienten. Die Vielzahl von Messdaten geben Aufschluss über eine Perfusion des Blutflusses am Messabschnitt. Die Vielzahl von Messdaten umfassen zumindest zwei verschiedene Messdaten, die zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Wiederherstellen des Blutflusses zu der distalen Peripherie detektiert wurden. Das computerimplementierte Verfahren umfasst zudem die Bestimmung der kardiovaskulären Leistung anhand der Vielzahl von Messdaten und das Bereitstellen von Ausgangsdaten durch eine Ausgangsschnittstelle umfassend die kardiovaskuläre Leistung. Die kardiovaskuläre Leistung kann das Herzzeitvolumen oder das Herzschlagvolumen sein. Die Manschette ist vorzugsweise eine Blutdruckmanschette. Die Manschette kann um ein Körperteil des Patienten, insbesondere eine Extremität des Patienten, vorzugsweise am Oberarm des Patienten auf Herzhöhe, anordbar sein. Die Dimension und Form der Manschette kann an das Körperteil des Patienten angepasst sein, um das Körperteil entlang einem Kontaktbereich zu umschliessen. Der Kontaktbereich kann mit einem gleichmässigen Oberflächendruck mit der Manschette beaufschlagt werden, wenn die Manschette beaufschlagt wird. Eine solche Manschette, insbesondere eine Blutdruckmanschette, ist im klinischen Kontext für Blutdruckmessungen häufig ohnehin verfügbar und zudem weit verbreitet, sodass sowohl die Marktakzeptanz der Patienten als auch der Kliniker gegeben ist. Zudem verbessert eine