DE102004032812A1 - Kombinationssensor für physiologische Messgrößen - Google Patents

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Abstract

Es wird ein kompakt ausgebildeter und hinter dem Ohr tragbarer Kombinationssensor für physiologische Messgrößen vorgeschlagen. DOLLAR A Im Sensorträger (11) befindet sich DOLLAR A a) ein Wärmeflusssensor (1) zur Erfassung zweier Temperaturen (Th1, Th2) für die Bestimmung der Körperkerntemperatur (T¶c¶) und DOLLAR A b) ein akustischer Sensor (2) zur Messung der Herzschlagrate (HR) und zur Erfassung von Sprachsignalen sowie DOLLAR A c) mindestens eine Messsignal-Auswerteeinheit (4, 5, 7) und DOLLAR A d) eine Kommunikationsschnittstelle (8) zur Übertragung der aufbereiteten Daten aus der Messsignal-Auswerteeinheit (4, 5, 7) an eine Kommunikationseinheit (9).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kombinationssensor für physiologische Messgrößen in einem Sensorträger.
  • Die Ermittlung und Überwachung von physiologischen Messgrößen wie Körpertemperatur und Herzschlagrate (HR) ist für Sportler und insbesondere für körperlich stark belastete Feuerwehrleute von Bedeutung.
  • Für die Messung der Herzschlagrate sind verschiedene Verfahren bekannt, speziell sind dies optische, akustische und elektrische Verfahren. Für die Ermittlung der Körperkerntemperatur sind ebenfalls verschiedene Messverfahren bekannt, wobei speziell aus der DE 100 38 247 C2 ein Doppeltemperatursensor hervorgeht für die Bestimmung der Körperkerntemperatur (TC) aus der rechnerischen Verknüpfung zweier am Patienten gemessener Temperaturen. Die Berechnung der Körperkerntemperatur (TC) aus einer gemessenen hautnahen Temperatur Th1 und aus einer raumnahen Temperatur Th2 ist aus der DE 101 397 05 A1 bekannt.
  • Aus der JP 0 425 3839 A in : Patent Abstracts of Japan geht ein am Körper tragbarer Sensorträger mit einem Temperatursensor, einem Sensor zur Messung der Herzschlagrate und einer Kommunikationsschnittstelle hervor. Üblicherweise werden die bekannten Sensoren an unterschiedlichen Körperstellen angebracht und arbeiten unabhängig voneinander.
  • Aus der Verknüpfung von Körperkerntemperatur (TC) und Herzschlagrate (HR) lässt sich über die Berechnung einer Kennzahl für die physiologische Belastung wie zum Beispiel PSI (Physiological Strain Index) auf den Belastungszustand der gemessenen Person schließen, siehe „Stress Evaluation by the Physiological Strain Index (PSI)", Daniel S. Moran, Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology, Vol. 11, 4, 2000.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines kompakten Kombinationssensors für die Erfassung der Körperkerntemperatur (TC) und der Herzschlagrate (HR) und für die Weiterleitung der aufbereiteten Messdaten.
  • Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1, Ein wesentlicher Vorteil des Kombinationssensors nach Anspruch 1 besteht in der kompakten Anordnung der Sensoren mit Auswerteelektronik in einem einzigen, alle Elemente aufnehmenden Sensorträger, der vorzugsweise der Form des menschlichen Ohres angepasst ist und aus einem plastischen Kunststoffmaterial wie Silikon besteht.
  • Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiter- und Ausbildungen des Kombinationssensors nach Anspruch 1 an.
    •
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Figuren erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 die Anordnung der Bauelemente des Kombinationssensors,
  • 2 eine Empfangseinheit für den Empfang und die Anzeige der vom Kombinationssensor empfangenen Signale und
  • 3 die vorzugsweise einstückige Ausbildung des Kombinationssensors, eingebettet in ein plastisches Kunststoffmaterial, welches an die äußere Ohrform angepasst ist.
  • In 1 enthält der Sensorträger 11 zunächst einen Wärmeflusssensor 1, der insbesondere in Form eines Doppeltemperatursensors ausgebildet ist und zwei Werte für die Temperatur (Th1, Th2) liefert, aus denen mittels einer zum Beispiel aus der DE 101 39 705 A1 und der DE 198 18 170 C2 bekannten Verknüpfung die Körperkerntemperatur (TC) in der ersten Messsignal-Auswerteeinheit 4 bestimmt wird.
  • Der akustische Sensor 2 dient zur Messung der Herzschlagrate (HR) und liefert ein Zeitsignal, das in der zweiten Messsignal-Auswerteeinheit 5 zur Ermittlung der Herzschlagrate (HR) im Frequenzbereich von etwa 0,5 bis 10 Hertz verarbeitet wird, wobei in der zweiten Messsignal-Auswerteeinheit 5 das Zeitsignal zunächst analog oder digital vorgefiltert und auf den Frequenzbereich von etwa 0,5 bis 10 Hertz eingeschränkt wird. Daran schließt sich die Anwendung von Signaldegressionsalgorithmen an. Als Beispiele seien hier die Fouriertransformation und die Korrelationsfunktionen genannt. Auch Analysen mit Hilfe von Periodogrammen sind möglich. Zusätzlich nimmt der akustische Sensor 2 auch Sprachsignale auf, die aus dem akustischen Gesamtsignal am Ausgang des akustischen Sensors 2 mit Hilfe des Filters 6 im Frequenzbereich von etwa 100 bis 3000 Hertz separiert werden. Dieser kann als analoger oder digitaler Bandpassfilter mit einem Durchlassfrequenzbereich von etwa 100 bis 3000 Hertz realisiert sein.
  • In der optionalen dritten Messsignal-Auswerteeinheit 7 wird eine Kennzahl für die physiologische Belastung, insbesondere die Kennzahl PSI aus der Verknüpfung der Werte für TC und HR ermittelt und durch Vergleich mit vorgegebenen, gespeicherten Grenzwerten bestimmt, ob optional ein Alarm mittels des Lautsprechers 3 ausgelöst wird.
  • Die Werte TC, HR und PSI sowie das Sprachsignal aus dem Filter 6 gelangen in die Kommunikationsschnittstelle 8, in der alle Daten zusammengefügt, komprimiert und digitalisiert, d.h. so aufbereitet werden, dass sie über eine Datenleitung oder vorzugsweise drahtlos zur Kommunikationseinheit 9 gelangen, so dass die Datenübertragung mittels der Antenne 10 per Funk zur Empfangseinheit 12 erfolgt, 2. Die Empfangseinheit 12 verarbeitet die empfangenen Signale und separiert die Daten TC, HR und PSI, welche in der nachgeschalteten Anzeigeeinheit 13 mit Anzeigen 14 für TC, 15 für HR und 16 für PSI dargestellt werden. Die Bauelemente 1 bis 8 befinden sich im Sensorträger 11 hinter dem Ohr der zu messenden Person. Die Kommunikationseinheit 9 wird separat beispielsweise am Gürtel der Person getragen. Die Kommunikationseinheit 9 und die Kommunikationsschnittstelle 8 können auch zum Sprach-, Alarm- und Befehlsempfang von den Einheiten 12 und 13 dienen. Ebenso lässt sich eine Sprach- bzw. Kommunikationsverbindung zum Beispiel zwischen Feuerwehrleuten, die jeweils einen Kombinationssensor tragen, herstellen. Die Stromversorgung geschieht entweder über eine im Sensorträger 11 integrierte Batterie 17, induktiv oder alternativ über die Drahtverbindung von der Kommunikationseinheit 9 zur Kommunikationsschnittstelle 8 und damit zum Sensorträger 11. Die Bauelemente 12 bis 16 befinden sich beispielsweise bei der Feuerwehr in einem Kontrollzentrum oder in einem Einsatzfahrzeug des Einsatzleiters. Hier werden die angezeigte Werte gesammelt, ausgewertet und fallweise in Einsatzbefehle oder Alarme transformiert.
  • Bei einem Sportler befinden sich die Bauelemente beispielsweise in einer Armbanduhr, um die aktuellen phyiologischen Zustandsdaten anzuzeigen.
  • In 3 ist die vorzugsweise einstückiges Ausbildung des Kombinationssensors mit dem Sensorträger 11 passend für den Raum hinter dem menschlichen Ohr dargestellt mit dem Wärmeflusssensor 1, dem akustischen Sensor 2, dem Lautsprecher 3, der zusammengefassten Verarbeitungselektronik 21 und der hier als Drahtverbindung 22 ausgebildeten Datenleitung zur Kommunikationseinheit 9.
  • Der Sensorträger 11 in 3 ist beispielsweise aus einem plastischen Kunststoff gefertigt, so dass eine Anpassung der Form an die individuelle äußere Ohrform und -größe vorgenommen werden kann. Alternativ besteht der Sensorträger aus mehreren Einzelteilen, die beweglich miteinander verbunden sind.
  • Alle Sensorelemente des Sensorträgers 11 berühren nur den Schädel und/oder die Ohrmuschel inklusive des Ohrläppchens. Diese Messposition hat sich als besonders geeignet erwiesen, um sowohl gute Messsignale für die Temperaturen zur Bestimmung der Körperkerntemperatur als auch für die Herzschlagrate zu erfassen. Es gibt keine Teile, die in den Ohrkanal hineinreichen oder die sich bei einer plötzlichen Bewegung in das empfindliche Ohr hineindrücken können. Alternativ kann ein Kombinationssensor gemäß vorliegender Erfindung auch an anderen für die Messung der Körperkerntemperatur geeigneten Körperstellen angebracht sein, wie zum Beispiel am Scheitel des Kopfes oder im Bereich der Brust des Korpus.

Claims (6)

  1. Kombinationssensor für physiologische Messgrößen in einem Sensorträger (11) mit folgenden Merkmalen: Im Sensorträger (11) befindet sich a) ein Wärmeflusssensor (1) zur Erfassung zweier Temperaturen (Th1, Th2) für die Bestimmung der Körperkerntemperatur (TC) und b) ein akustischer Sensor (2) zur Messung der Herzschlagrate (HR) und zur Erfassung von Sprachsignalen sowie c) mindestens eine Messsignal-Auswerteeinheit (4, 5, 7) und d) eine Kommunikationsschnittstelle (8) zur Übertragung der aufbereiteten Daten aus der Messsignal-Auswerteeinheit (4, 5, 7) an eine Kommunikationseinheit (9).
  2. Kombinationssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche dritte Messsignal-Auswerteeinheit (7) vorgesehen ist zur Berechnung einer Kennzahl für die physiologische Belastung aus der Körperkerntemperatur (TC) und der Herzschlagrate (HR) und zur Weiterleitung an die Kommunikationseinheit (8).
  3. Kombinationssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (11) in ein plastisches Kunststoffmaterial, vorzugsweise in Silikon, eingebettet ist und an die Form des menschlichen Ohres angepasst ist.
  4. Kombinationssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (9) Signale an eine Empfangseinheit (12) sendet, welche mit einer nachgeschalteten Anzeigeeinheit (13) zur Anzeige von Herschlagrate (HR)(15), Körperkerntemperatur (TC)(14) und/oder der Kennzahl für die physiologische Belastung (16) ausgestattet ist.
  5. Kombinationssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (11) einen Lautsprecher (3) aufweist, welcher mit der Kommunikationsschnittstelle (8) und/oder mit der Messsignal-Auswerteeinheit (7) verbunden und aktivierbar ist.
  6. Kombinationssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen Kommunikationsschnittstelle (8) und Kommunikationseinheit (9) drahtlos erfolgt.
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