用于确定截肢病人的经过校正的体积划分的方法、用于执行该方法的装置以及计算机程序产品

摘要

本发明涉及借助于生物阻抗测量值来监测病人的水合状态和营养状态的领域。在此所基于的任务是，利用这种测量也能够简单和单独地确定截肢病人的身体组成。本发明所基于的观察是，在没有大的调整地利用迄今为止被用于没有截肢的病人的并且被证实的身体模型的情况下，在截肢病人的情况下也能够借助于生物阻抗测量来确定体积划分。仅仅需要确定对于截肢为特征性的因子，该因子可以在准备阶段通过比较测量确定。在多重截肢的特定例外情形中可以展示出，为了提高精确度引入附加的参数。由此，也可以将迄今为止的身体模型进一步用于这些情况。

说明书

技术领域

本发明涉及借助于生物阻抗测量值来监测病人的水合状态和营养状态的领域。

背景技术

肾脏具有多种保持人体的健康状态的功能。肾脏首先通过将每种多余的体液从病人的血量中分离开来控制体液平衡。其次，肾脏用于清除每种废物，诸如尿素或肌酐。肾脏尤其是还控制血液中的特定物质——诸如电解质——的水平，以便保证健康和必需的浓度水平。

在肾衰竭的情况下，潴留的体液在身体组织中积聚，并且给血液循环或血管系统造成越来越大的压力。这种体液过剩必需在透析治疗期间通过超滤从血液中除去。如果除去不足量的体液，则长期后果可能是严重的并且导致高血压和心脏衰竭。出现心脏衰竭的概率在透析治疗中明显提高，并且认为体液超荷的状态是决定性因素之一。除去过多的体液同样是危险的，因为会使透析病人脱水并且这导致张力减退。

干重（为简单起见，用语“重量”和“质量”将在本专利申请的范围内同义地使用——这在医疗领域中符合常规实践）定义病人在肾脏正常工作时所将要达到的重量。换言之，干重表示为了最小化心血管风险应当达到的最优目标重量（或者体液状态）。干重在一般的临床实践中一直是难以理解的问题，因为缺乏确定干重的定量方法。目前在使用例如血压、回波心动图检查的间接指标和例如X线照相的主观信息的情况下处理干重问题。除此之外尤其困难的是，定义一般被作为干重状态所接受的条件的清单。

导出病人的体液状态的一种非常有前途的方法涉及生物阻抗测量的使用。通过两个或多个安装在病人上的电极来施加低交变电流，并且测量相应的电势差。人体的不同体液划分以不同的方式促成该所测量的信号。多个频率的使用允许确定细胞内水量（ICV）和细胞外水量（ECV）。利用这些数据，可以在体液过量或脱水的意义上确定水合状态。在国际专利申请WO 2006/002685中描述了这样的装置的示例。利用这种装置同时可以确定关于病人的其它体积划分（Volumenkompartiment）的身体组成，尤其是胃组织和脂肪组织的份额。通过这种方式也可以做出关于病人的营养状态的陈述。

在此，对生物阻抗测量进行评估所基于的模型的共同点在于，这些模型要么从不缺少四肢或肢体的病人身体出发、要么替代于全身体测量而仅仅限于在特定身体片段上的分段测量。

在这种情形下所提出的问题是，如何能够在缺少个别肢体或部分肢体的截肢病人的情况下执行用于确定身体组成的全身体测量。与正常人口相比，在透析人口中更频繁地遇到对四肢的截肢。对此的原因大多为糖尿病。过高的血糖水平损害身体的毛细血管网，尤其是肾脏和四肢中的毛细血管网。糖尿病的可能后果是肾衰竭和四肢的截肢。

借助于所谓的4点测量进行如下研究：这些研究确定健康受测者的身体的分段份额并且基于此来研究截肢的影响（Wieskotten等人：Tagungsband Automatisierungstechnische Verfahren für die Medizin-2007年第七届研讨会，ISBN 978-3-18-326717-0）。

发明内容

本发明所基于的任务是提供一种方法，利用该方法可以借助于生物阻抗测量来简单和个体地确定截肢病人的身体组成。本发明所基于的任务还有，提供一种用于这样的生物阻抗测量以确定截肢病人的身体组成的装置。本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的计算机程序产品。

根据本发明的教导，这些任务通过具有权利要求1的特征的方法，通过具有权利要求9的特征的装置，以及通过具有权利要求19的特征的计算机程序产品来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明所基于的认识是：在为了确定身体组成而考虑缺少肢体或四肢时根本不需要经过调整的病人模型，而是更确切而言，可以首先从在病人不缺少肢体或部分肢体的情况下所使用的原始的身体模型出发。在这种意义下，应将身体组成理解成人体的如下组成部分：该组成部分无论是以体积单位还是质量单位、是绝对的还是相对的，都可以作为体积划分来给出。

按照根据本发明的方法，可以在如下动作以后确定病人在时刻t的经过校正的体积划分V（t），其中该病人缺少个别肢体或部分肢体：首先测量病人处的生物阻抗数据，然后体积划分V’（t）被确定并且紧接着通过将体积划分V’（t）或与之相关的量与对于缺少的肢体或部分肢体为特征性的因子k相乘来获得经过校正的体积划分V（t）。

所述体积划分例如可以包括胃组织（LTM）、脂肪组织（ATM）、过量水体积（OH）、细胞外水（ECW）、细胞内水（ICW）或者选自这些参数。

在一个优选的实施方式中，生物阻抗测量作为全身体测量来执行。在这种情形下将如下的测量理解成全身体测量：在该测量中，电流穿过至少包括身体躯干的多个身体片段。在缺少手臂或部分手臂和/或缺少腿或部分腿的情况下，可以利用被安装在存在的手关节的附近和存在的脚关节附近的电压电极和电流电极来执行该全身体测量。在缺少双腿或部分双腿的情况下，可以将电压电极和电流电极安装在两个手关节附近，在缺少双臂或部分双臂的情况下，可以将电压电极和电流电极安装在两个脚关节附近。

在另一实施方式中，校正因子k基于比较数据被确定，其中缺少的肢体或部分肢体的份额基于其占不缺少肢体或部分肢体的比较病人的总重量的份额被确定。

在根据本发明的方法的一个特别简单的应用中，病人的身体重量M（t）被确定，并且在确定体积划分V’（t）时使用经过校正的身体重量M’（t），该经过校正的身体重量M’（t）从所测量的身体重量M（t）除以校正因子k的商中得出。通过这样方式对测量值进行评估，就好像该评估是对没有截肢肢体的病人执行那样。在确定体积划分V’（t）以后，必需考虑到如下情况下：该体积划分必需与不存在的肢体成比例地被校正，这根据本发明通过乘以校正因子k来实现。

根据本发明的装置被构造用于执行根据本发明的方法。该装置包括用于测量病人处的生物阻抗数据的生物阻抗测量设备以及评估单元，该评估单元被配置为使得根据所测量的生物阻抗数据确定病人的体积划分V’（t）并且通过将该体积划分V’（t）或与之相关的量与对于缺少的肢体或部分肢体为特征性的因子k相乘来确定经过校正的体积划分V（t）。

借助于根据本发明的计算机程序产品，包括生物量阻抗测量设备以及可编程评估单元的装置可以根据本发明通过将存储在该计算机程序产品上的程序传输到评估单元中被配置，由此实现根据本发明的方法的实施。

附图说明

根据附图中所示的实施例详细描述本发明的另外的细节和优点。

图1以示意性形式示出用于确定病人在时刻t的经过校正的体积划分V（t）的装置的实施方式，其中病人缺少个别肢体或部分肢体；

图2示出用于在缺少肢体或四肢的情况下进行全身体生物阻抗测量的生物阻抗电极的布置，以在比较如下情况：（a）不缺少肢体，（b）缺少一条手臂，（c）缺少一条腿，以及（d）缺少一条手臂和一条腿；

图3示出用于在缺少肢体或四肢的情况下进行全身体生物阻抗测量的生物阻抗电极的布置：（a）缺少两条手臂，以及（b）缺少两条腿；

图4示出用于确定校正因子k的表；以及

图5示出用于在图3所示的布置的情况下进行评估的附加参数值的示例性数据。

具体实施方式

图1示出根据本发明的装置10的一个实施方式。用于确定病人的经过校正的体积划分V（t）的装置的这样的实施方式包括被构造为微处理器单元的评估单元1，该评估单元1又包括微处理器程序存储单元1a，其中该病人缺少个别肢体或部分肢体。评估单元1通过连接装置4与输入单元2和存储单元3连接。在微处理器程序存储单元1a中存储有用于确定病人在时刻t的经过校正的体积划分V（t）的程序，其中该病人缺少个别肢体或部分肢体。

为了确定生物阻抗数据提供了生物阻抗测量设备5，该生物阻抗测量设备5通过连接6与输入单元2连接。针对生物阻抗测量可以有不同的电极布置。在图1中仅有2个电极元件5a和5b连接到生物阻抗测量设备5上。电极单元5a和5b中的每一个都由电流注入电极和电势记录电极（未示出）构成。通过如在图2（a）中所描绘的那样将两个电极单元5a和5b安装在病人的手关节以及脚关节处，可以在病人不缺少肢体或四肢的情况下以常规方式来确定该病人的全身体阻抗。

另外，可以存在用于确定病人的身高H（t）的装置7，其中该装置通过连接8与输入单元2连接。装置7由诸如在现有技术中公知的测量装置构成。在本发明的一个改进的实施例中，装置7还包括用于确定病人的重量M（t）的称重装置。

在图1所示的实施例中，输入单元2包含接口，通过该接口，生物阻抗值以及H（t）和M（t）的值直接通过连接4被输送到存储单元3中。同样可以由用户人工地将这些值或这些值的一部分输入到输入单元2中。

另外，在存储单元3中存放有与不同截肢程度相对应的校正因子k。这些因子是之前基于针对不缺少肢体或部分肢体的病人所获得的比较数据来确定的。这些因子也可以是存放在微处理器程序存储单元1a中的计算机程序的整体的组成部分。校正因子可以已经从生物阻抗测量或者重量比较测量中获得，并且例如简单地以百分比重量份额的形式存在。这样的示例在图4中针对各个四肢——诸如完整的手臂和腿以及还有部分手臂和腿——示出。在此，必要时可以通过将各个份额相加来考虑多重截肢。

如果可能，因子k也可以单独地通过将病人的相关截肢部分的称重与该病人的总质量相比较来确定。

根据本发明的装置为了执行根据本发明的方法按照如下方式进行：

用户在输入单元2上输入病人的截肢程度的选择。之前存放的数据也可以已经被存储在存储单元3中，使得不需要重新输入。在这种情况下，针对各个病人所存放的值随时都可以通过输入单元2被改变。也可以通过被用户用来将病人在该装置处登记的存储卡将这种数据通知给装置10。对此，有多种多样的解决方案对于专业人员是常见的。类似的情况适用于计算机程序到微处理器存储单元1a中的传输。为此，输入单元2可以具有用于计算机程序产品的相应接口，在该计算机程序产品上存储有该计算机程序。对此，也提供给专业人员大量的可能性，诸如CD或DVD驱动器、USB接口、串行以及并行总线系统、蓝牙接口或红外接口、因特网连接、不同的存储卡读取系统等等。

电压和电流电极根据截肢程度例如按照图2（b）-（d）或3（b）被固定在病人上。随后在时刻t通过输入单元2发起生物阻抗测量，在生物阻抗测量时，具有一个或多个频率的电流通过电流电极被注入并且相应的电压值被测量。借助于电流和电压值，生物阻抗测量设备5可以确定病人的身体阻抗值，这些身体阻抗值通过存储单元3被提供给评估单元1以用于进一步评估。评估单元1随后根据首先未考虑到病人截肢程度的病人模型来确定细胞外水（ECW）、细胞内水（ICW）、过量水体积（OH）、胃组织（LTM）和/或脂肪组织（ATM）的体积划分。这样的方法例如在已经引用的国际专利申请WO 2006/002685中呈现，该专利申请的公开内容全面引用于此。

为了评估生物阻抗数据，评估单元1考虑经过校正的身体重量M’（t），该经过校正的身体重量M’（t）由身体重量M（t）除以所存储的校正因子k得出：

                            （1）。

现在，该经过校正的身体重量M’（t）基于到目前为止的评估程序来作为确定体积划分的基础，也就是说，该评估基于病人的身体重量来进行，就好像该病人不缺少肢体或四肢那样。现在通过评估单元所确定的细胞外水（ECW）、细胞内水（ICW）、过量水体积（OH）、胃组织（LTW）和/或脂肪组织（ATM）的体积划分然后通过乘以校正因子k被转化成所期望的经过校正的体积划分V（t）：

                  （2a）

                  （2b）

                  （2c）

              （2d）

              （2e）。

然后，在输出单元9上呈现出结果，该输出单元9是显示装置并且给用户显示结果。另外的结果——与是中间结果还是最终结果无关地——可以被添加到显示器上的提供信息的图像。

针对经过校正的体积划分的结果可以被存储在所述装置中，以便实现趋势分析，该趋势分析包括在较早时刻所导出的结果。也已经被证明为有利的是，通过从最近和最新的数据中导出经过加权的平均值来对数据进行平滑化。为此目的，在现有技术中有用于降低数据的统计发散的不同算法可用。在对所显示的当前结果进行平均计算时的有利改进通过如下方式来实现：给最近的测量赋予最高的权重并且随着自这些测量以来所经历的时间增加而降低其它较早测量的权重。

在双臂或双腿被截肢的情况下，可能需要修改根据等式（2a）-（2e）的公式。在这种情况下，如在图3中所示那样执行电极的布置。由此已经被证明为合理的是，以下列形式通过经过校正的量来校正体积划分：

                     （3a）

                   （3b）

               （3c）

               （3d）

             （3e）。

下标“FF”代表从脚到脚的情况（图3（a）），下标“HH”代表从手到手的情况（图3（b））。图5中列出了相应的因数m和偏移量o的示例性值。这些参数同样可以存放在存储单元3中。在不同测量配置的情况下，根据本发明的装置可以进一步被构造为使得用户可以通过输入单元2选择测量配置（例如手到脚、手到手或者脚到脚），因此评估单元1可以在评估时对此进行考虑。

借助于本发明实现在截肢病人的情况下也以简单方式借助于生物阻抗测量来确定体积划分，其中可以在没有大的调整的情况下利用到目前为止被用于没有截肢的病人的并且经过证实的身体模型。仅仅需要确定对于截肢为特征性的因子，该因子可以在准备阶段通过比较测量确定。在特定的多重截肢的例外情形中可以展示出，为了提高精确度可以引入附加的参数。在此，也可以将到目前为止的身体模型进一步用于这些情况。

可以将根据本发明的教导并且由此也可以将所要求的保护范围理解成数学上等价的计算，其中测量值或中间计算值通过成比例的表达或唯一分配的表达代替。这样的处理方式同样利用根据本发明的教导并且应当在所使用的术语的范围内被明确地一并包括在内。