-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der Vitalparameter
des menschlichen Körpers
wie Puls und Atmung detektiert und analysiert werden können.
-
In
den Industrieländern
sind Erkrankungen im kardiovaskulären System die mit Abstand
häufigste
Todesursache. Allein in Deutschland sterben daran ca. 44% der Menschen.
Einen plötzlichen
Herzstillstand, also ein akutes Versagen der Herz-Kreislauffunktion,
erleiden ca. zehn Prozent der Bevölkerung. Dabei gibt es verschiedenste
Gründe,
die zu solch einem kritischen Zustand führen. Ein Herzinfarkt, schwere
Verletzungen bei einem Unfall oder ein Stromschlag können zu
einer Bewusstlosigkeit führen,
die einen Atem- und Herzstillstand verursacht. In solchen Situationen
ist es für
den Patienten lebenswichtig, dass sein lebensbedrohlicher Zustand
möglichst
sofort erkannt und er ohne Verzug adäquat reanimiert wird. Mit jeder
Minute ohne kardiopulmonale Reanimation (CPR) sinkt die Überlebenswahrscheinlichkeit
um zehn Prozent. Zehn Minuten nach einem Kreislaufstillstand gibt
es normalerweise keine Überlebenschance
mehr.
-
Um
auf solch alltägliche
Situationen vorbereitet zu sein, ist es besonders wichtig, dass
jeder mit den grundlegenden Maßnahmen
in Notfallsituationen mit bewusstlosen Patienten vorbereitet und
trainiert ist. Dabei ist es neben der Herz-Lungen-Wiederbelebung besonders
wichtig zu wissen, wie das Bewusstsein und die Vitalparameter überprüft werden.
-
Da
es außer
beim PKW-Führerschein
keine Pflichtveranstaltungen für
Erste-Hilfe-Maßnahmen gibt
und häufig
wesentliches Wissen verloren ist, trauen sich Unfallzeugen nur in
seltenen Fällen
zu helfen.
-
Ein
weiteres Problem stellen die sich in gewissen Intervallen ändernden
Rettungsleitlinien dar. Die letzte Änderung der Leitlinien der "European Resuscitation
Council" erfolgte
im Jahr 2005. Danach müssen
Ersthelfer lediglich das Bewusstsein und die Atmung überprüfen. Vor
2005 musste zusätzlich
der Puls durch Tasten an der Halsschlagader überprüft werden. Die Gründe dafür, dass
das Überprüfen des Pulses
als nicht mehr sinnvoll angesehen wird, sind die fehlende Kompetenz
sowie der fehlende Mut der Ersthelfer.
-
Es
gibt bereits einige Vorschläge
zur Lösung dieser
Problematik.
-
Das
Patent
US 4,958,638 „Non-contact
vital signs monitor" (Sharpe
et al., 1990) beschreibt ein System, mit dem gleichzeitig Puls und
Atmung gemessen werden können,
ohne einen körperlichen Kontakt
der Elektroden oder Sensoren zum Körper. Hochfrequenzwellen im
Bereich von 10 GHz werden auf die Körperoberfläche gestrahlt und die Laufzeitunterschiede
zwischen hin- und rücklaufender
Welle gemessen bzw. berechnet. Auf diese Weise lassen sich Informationen über Atem
und Puls sowie sämtliche
weitere Bewegungen an der Körperoberfläche gewinnen.
-
Das
Patent
US 3,993,995 „Respiration
Monitor" (Kaplan
et al., 1976) beschreibt ein System zur Detektion von Atmung, ohne
einen direkten Körperkontakt
des Sensors herzustellen. Ein Teil des Brustbereichs wird von Licht
bestrahlt. Das reflektierte Licht wird detektiert. Der Phasenunterschied
zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Licht wird in einem
Quadraturdetektor bestimmt, welches indirekt Atembewegungen enthält.
-
Das
Patent
US 5,727,549 (Suda
et al., 1998) schlägt
folgende Methode vor: Durch einen Druck auf ein „Carbon fiber felt" ändert sich dessen Gleichstromwiderstand.
Dadurch erfährt
ein Konstantstrom durch das Material einen unterschiedlich hohen
Widerstand. Wird das System auf die Körperoberfläche geklebt, so erfährt es Druckänderungen
durch die von Atmung und Puls hervorgerufenen Körperbewegungen.
-
Im
Patent
US 5,273,036 (Kronberg
et al., 1993) wird ein Verfahren beschrieben, das als Grundlage
die Reflexions-Pulsoxymetrie nutzt. Leuchtdioden senden Licht ins
Gewebe. Photodetektoren messen das reflektierte und von Arterien
gedämpfte
Licht. Dies ändert
sich durch die fluktuierenden Pulswellen. Wird der Sensor im Brustbereich
adaptiert, so ist die unterschiedliche Intensität auch von der Atembewegung
und der hierdurch ausgelösten
Kompression des Gewebes und der Blutgefäße abhängig.
-
Das
Patent
US 6,823,739 (Ueno
et al., 2004) beschreibt ein System, das mittels dünnem Piezomaterial
punktuelle Bewegungsdetektion, wie Atmung oder Puls, erkennen kann.
-
In
der Patentschrift
US 6,491,647 (Bridger
et al., 2002) wird ein Verfahren beschrieben, mit dem nicht-invasiv
und punktuell physiologische Parameter, wie u.a. Puls und Atmung,
gemessen werden können.
Das System basiert auf mechanischen Veränderungen eines Messaufnehmers,
der diese Änderungen
in elektrische Signale umwandelt. Der Messaufbau muss dazu auf den
Körper,
z.B. mittels Brustgurten angepresst werden, damit die Bewegungen an
der Hautoberfläche
auf den Messaufnehmer übertragen
werden.
-
Im
Patent
US 6,875,176 (Mourad
et al., 2005) wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels Ultraschall
Bewegungen an der Körperoberfläche detektiert
werden. Neben dem inneren Schädeldruck
können
so auch Atmung und Puls erfasst werden.
-
Das
System nach Patent
US 6,758,816 (Tsuhata
et al., 2004) nutzt den Doppler-Effekt
für die Feststellung
des Pulses. Ein Sender schickt eine Ultraschallwelle in die Arterie,
ein Empfänger
empfängt das
reflektierte Signal.
-
Alle
vorbekannten Systeme zur Erfassung von Puls und/oder Atmung haben
sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da sie auf einem mehr oder
weniger aufwändigen
und relativ teuren Verfahren basieren. Bei einigen der beschriebenen
Verfahren wird ein Gegendruck benötigt, der durch Gurte hergestellt wird.
Solche Systeme sind aufwändig
in der Bedienung, weder klein noch laientauglich und daher für den mobilen
Erste-Hilfe-Einsatz kaum geeignet. Die bekannten Vorrichtungen benötigen zudem
alle relativ viel elektrische Energie, was vor allem für den mobilen
Erste-Hilfe-Einsatz nicht akzeptabel ist.
-
Angesichts
der aufgezeigten Nachteile im Stand der Technik ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein System zur Diagnose von Vitalparametern
wie Atmung und Puls bereitzustellen, welches schnell und zuverlässig arbeitet
und auch von unerfahrenen Ersthelfern am Unfallort eingesetzt werden
kann.
-
Gelöst wird
die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
beruht auf der Idee, kleinste Änderungen
in den obersten Körperschichten
zu detektieren und daran die Vitalparameter, insbesondere Puls und
Atmung, zu erkennen. Das Heben und Senken des Brustkorbs bzw. Bauchs
beim Atmen ebenso wie das in den Adern pulsierende Blut führen zu
periodischen mechanischen Veränderungen
an der Körperoberfläche. Um diese
Veränderungen
in den obersten Körperschichten
zu detektieren, wird ein LC-Schwingkreis benutzt, an den ein metallisches
Sensorelement angekoppelt ist. Das Sensorelement wird in unmittelbare
Nähe der Körperoberfläche gebracht,
ohne dass es diese berührt.
Das Sensorelement stellt eine Antenne für elektromagnetische Wellen
im Nahbereich dar oder kann in erster Näherung als eine Platte eines
Plattenkondensators aufgefasst werden, wobei die benachbarten Körperschichten
die andere Platte darstellen. Etwas genauer betrachtet, entspricht
die Anordnung allerdings eher einem Kugelkondensator mit dem metallischen
Sensorelement in der Mitte und den benachbarten Körperschichten
als Dielektrikum. Selbst kleinste Veränderungen in den obersten Körperschichten
oder geringste Änderungen
des Abstands zwischen Sensorelement und Körperoberfläche bewirken so eine Änderung
der Kapazität,
wodurch sich die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises etwas erhöht oder
erniedrigt. Die Verstimmung des Resonanzkreises führt zu einem
Abfall der Schwin gungsamplitude. Dieser Spannungsabfall kann als Gleichspannung
sehr einfach gemessen werden. Die am LC-Schwingkreis gemessene Amplitudenspannung
stellt somit ein Maß für die mechanischen
Veränderungen
in den obersten Hautschichten dar. Durch Analyse des Amplitudensignals
mithilfe eines Mikroprozessors können
die Vitalparameter bestimmt und insbesondere erkannt werden, ob
Atmung und/oder Puls vorhanden ist.
-
Atmung
und Puls eines Menschen können am
einfachsten am Hals, vorzugsweise im Bereich oberhalb des Schlüsselbeins,
erkannt werden. Dabei muss das Sensorelement nicht zwingend über der Arteria
Carotis aufgebracht werden, denn aufgrund der Ausbreitung der Pulswelle
im umliegenden Gewebe sind die Veränderungen in den obersten Hautschichten
auch noch in einiger Entfernung hinreichend groß, um von dem Sensorelement
erfasst zu werden. Atembewegungen können bis in den Bereich der
Schulter hinein gut registriert werden.
-
Ein
großer
Vorteil der Erfindung ist, dass die Vitalparameter Puls und Atmung
gemeinsam an einer Stelle des Körpers
erfasst werden. Die Anbringung eines einzigen Sensorelements, dass
klein und leicht ausgeführt
sein kann, an einer gut zugänglichen
Stelle des Körpers,
wie insbesondere im Bereich des Halses oder Schlüsselbeins, macht das System
besonders notfalltauglich und selbst für Laien leicht handhabbar.
Ein weiterer großer
Vorteil besteht darin, dass das System automatisch arbeitet, indem
es das aus den Veränderungen
in den obersten Körperschichten
gewonnene Signal selbsttätig analysiert
und daraus die Vitalparameter bestimmt. Der Anwender muss also weder
Erfahrung im Fühlen des
Pulses haben noch in der Beobachtung der Atmung geschult sein. Die
wichtigste Frage, die sich ein Ersthelfer stellt, nämlich, ob
der Patient wiederbelebt werden muss, wird vom Gerät schnell
und klar beantwortet. Hierzu stehen heute selbstlernende Verfahren
und Algorithmen zur Verfügung,
mit denen die detektierten Signale analysiert und ausgewertet werden können. Im
einfachsten Fall kann die Auswerteinheit eine unmissverständliche
Information, wie zum Beispiel "Puls
und Atmung vorhanden" oder "Sofort reanimieren!" ausgeben.
-
Das
System arbeitet umso genauer und zuverlässiger, je empfindlicher der
LC-Schwingkreis
auf eine Beeinflussung seiner Resonanzfrequenz infolge kapazitiver,
induktiver oder auch dämpfender
Effekte reagiert. Bevorzugt wird deshalb ein LC- Schwingkreis eingesetzt, der eine nichtlineare
Charakteristik mit sehr steiler Resonanzkurve aufweist. Im Gegensatz
zu einem linearen Schwingkreis führen
bei einem nichtlinearen Schwingkreis mit sehr steiler oder gar überhängender
Resonanzkurve schon kleine oder kleinste Veränderung der Induktivität oder Kapazität zu einer überproportional
großen Änderung der
Schwingungsamplitude. Selbst kleinste Veränderungen in den obersten Hautschichten
lassen sich so zuverlässig
detektieren. Ein weiterer Vorteil bei Verwendung eines nichtlinearen
LC-Schwingkreises
ist der sehr geringe Energieverbrauch des hochempfindlichen Messsystems.
Die gesamte Vorrichtung lässt
sich dadurch sehr klein und auch kostengünstig bauen, was für einen
mobilen Einsatz im Rettungswesen wichtig ist.
-
Weitere
vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der beigefügten Abbildungen näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 ein
Gerät zur
Bestimmung der Vitalparameter, stark vereinfacht;
-
2 ein
Blockschaltbild des Geräts
von 1;
-
3a die
Resonanzkurve eines linearen LC-Schwingkreises;
-
3b die
Resonanzkurve eines nichtlinearen LC-Schwingkreises;
-
4a, 4b, 4c Prinzipschaltbilder des
nichtlinearen LC-Schwingkreises mit und ohne Last;
-
5 die
Resonanzkurve des nichtlinearen LC-Schwingkreises mit und ohne ohmschen
Verlustwiderstand;
-
6 das
Prinzipschaltbild des nichtlinearen LC-Schwingkreises mit angeschlossenem
Sensorelement;
-
7 ein
Kondensator-Prinzipschaltbild des an die Körperoberfläche gebrachten Sensorelements;
-
8 die
Wirbelstrom-Effekte im Bereich des Sensorelements;
-
9 ein
Ablaufdiagramm für
die Signalverarbeitung;
-
10 ein
Flussdiagramm für
das ganz Gerät;
-
11 ein
Amplituden-Zeit-Diagramm für das
gemessene Rohsignal und die daraus extrahierten Signale für Puls und
Atmung.
-
In
der 1 ist ein speziell für den Erste-Hilfe-Einsatz vorgesehenes
Gerät 1 zu
sehen. Alle elektronischen Komponenten sind in einem kleinen runden
Gehäuse 2 untergebracht.
An der Unterseite befindet sich ein Sensorelement in Form einer
dünnen Metallplatte 3,
die elektrisch gut leitfähig
ist. An seiner Vorderseite (in der Abbildung unten) ist die Metallplatte 3 mit
einer selbstklebenden Schicht 4 versehen, die gleichzeitig
eine elektrische Isolierschicht und die Funktion eines Abstandshalters
hat. Mittels der Selbstklebeschicht 4 wird das Gerät 1 auf
der Haut des Patienten fixiert, und zwar in der Nähe der Arteria
Carotis 5. Die Dicke der isolierenden Schicht beträgt ca. 0,1
mm und definiert damit den Abstand zwischen Metallplatte 3 und
Körperoberfläche. Auf der
Rückseite
(in der Abbildung oben) trägt
die Metallplatte 3 einen Steckanschluss 6, der
im Prinzip wie ein Druckknopf funktioniert und der mechanischen und
elektrischen Verbindung mit den im Gehäuse 2 eingebauten
Komponenten des Geräts
dient.
-
Im
Inneren des Gehäuses 2 befinden
sich eine hochintegrierte elektronische Schaltung 7 und eine
Energieversorgung in Form einer Batterie 8. Das Ergebnis
der Diagnose wird als optisches Signal auf einer Anzeige 9 ausgegeben,
die außen
auf dem Gehäuse 2 angebracht
ist.
-
Das
Blockschaltbild von 2 lässt den grundsätzlichen
Aufbau der elektronischen Schaltung 7 erkennen. Sie umfasst
eine Signalerfassungseinheit 10 mit einem nichtlinearen
LC-Schwingkreis (NLS) 11, der von einem Frequenzgenerator 12 erregt
wird. Eine Frequenzregelung 13 hält die eingestellte Schwingungsfrequenz
konstant.
-
Die
in geringem Abstand (ca. 0,1 mm) über der Körperoberfläche 14 fixierte Metallplatte 3 ist
derart an den LC-Schwingkreis 11 angekoppelt, dass kleine
und kleinste Bewegungen bzw. mechanische Veränderungen in den obersten Körperschichten 15 eine
Verschiebung der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises 11 bewirken.
Die dadurch bedingte Änderung
der Schwingungsamplitude des LC-Schwingkreises 11 (bei
unveränderter
Erregung) wird gemessen und steht als analoges Spannungssignal am
Ausgang der Signalerfassungseinheit 10 zur Verfügung.
-
Ein
Analog/Digital-Wandler 16 formt das analoge Amplitudensignal
in ein entsprechendes Digitalsignal um. Das digitalisierte Amplitudensignal wird
einer Auswerteinheit 17 zugeführt, welche aus einem Mikroprozessor 18 mit
CPU 19, nicht flüchtigem
ROM-Speicher 20 und RAM-Arbeitsspeicher 21 besteht.
Der Mikroprozessor 18 analysiert das Amplitudensignal und
bestimmt anhand abgespeicherter Kriterien, ob der Patient genügend atmet
und/oder einen ausreichend kräftigen
Puls hat. Das Ergebnis der Analyse wird als optisches und/oder akustisches
Signal ausgeben. Hierzu dient die Anzeige 9 oben auf dem
Gehäuse 2 (vgl. 1).
-
Der
hier verwendete LC-Schwingkreis umfasst außer einer Induktivität (L) eine
nichtlineare Kapazitätsdiode,
also eine spannungsgesteuerte Kapazität (C) mit Richtungswirkung.
Mit einem solchen nichtlinearen Schwingkreis lassen sich sehr steile Resonanzkurven
einstellen. In der Patentanmeldung
DE 10 2005 010 498 desselben
Anmelders sind die Funktionsweise und Eigenschaften eines nichtlinearen
Schwingkreises näher
beschrieben.
-
3a veranschaulicht
die Resonanzkurve eines LC-Schwingkreises mit linearer Charakteristik. Aufgetragen
ist die Schwingungsamplitude U über der
Frequenz f. Veränderungen
der Induktivität
oder der Kapazität
führen
zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz zu höheren oder niedrigeren Frequenzen
hin. Die bei diesem Beispiel nach rechts verschobene Resonanzkurve
ist gestrichelt dargestellt. Wird der Schwingkreis mit einer Frequenz
Fe erregt, führt
eine Verschiebung der Resonanzfrequenz um Δf zu einem ungefähr proportionalen
Abfall der Schwingungsamplitude ΔU.
-
3b zeigt
dagegen die Resonanzkurve eines nichtlinearen LC-Schwingkreises.
Auffällig
ist der sehr steile, fast schon vertikale Verlauf des rechten Astes
der Reso nanzkurve. Stellt man die Erregerfrequenz Fe so ein, dass
sie im Bereich dieses steilen Kurvenastes liegt, so führt bereits
eine kleine Verschiebung der Resonanzfrequenz Δf zu einem überproportionalen Abfall der
Schwingungsamplitude ΔU. Somit
können
mit einem nichtlinearen LC-Schwingkreis ohne großen schaltungstechnischen Aufwand extrem
hohe Amplitudenänderungen
erzeugt werden. Selbst mit kleinsten Änderungen der Resonanzfrequenz
lassen sich nahezu beliebig große Änderungen
in der Amplitude realisieren. Im Extremfall lässt sich sogar eine Resonanzkurve
mit senkrechter Flanke oder gar eine überhängende Resonanzkurve erzeugen,
sodass das System in einem bestimmten Frequenzbereich leicht kippt.
-
In
4a ist
das Prinzipschaltbild des nichtlinearen LC-Schwingkreises
11 aus
der Schaltung nach
2 dargestellt. Der Schwingkreis
enthält
neben der Induktivität
L eine Varaktordiode mit der Kapazität C. Die Resonanzfrequenz berechnet
sich nach der Formel
-
In 4b sind
parallel zur Induktivität
L des Schwingkreises eine weitere Induktivität L1 und eine zusätzliche
Kapazität
C1 geschaltet. Hierdurch ändert
sich die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises.
-
Gemäß 4c können neben
rein induktiven oder kapazitiven Bauteilen auch reelle Widerstände R hinzugefügt werden.
Deren ohmsche Verluste beeinflussen allerdings nicht die Resonanzfrequenz
des Schwingkreises, sondern nur die Höhe und Breite der Resonanzkurve.
-
In 5 ist
die typische Resonanzkurve eines nichtlinearen LC-Schwingkreises
einmal ohne und (gestrichelt) mit zusätzlichem ohmschen Verlustwiderstand
dargestellt. Liegt die Erregerfrequenz Fe1 an einer weniger steilen
Stellen der Resonanzkurve, bewirken ohmsche Verluste einen relativ
großen
Abfall der Schwingungsamplitude. Liegt die Erregerfrequenz Fe2 in
einem sehr steilen Bereich der Resonanzkurve, fällt der gleiche ohmsche Verlust
weniger stark ins Gewicht gegenüber
dem viel größeren Einbruch
der Amplitude infolge einer Änderung
der Kapazität
und/oder Induktivität.
Trotzdem ist darauf zu achten, dass die Resonanzkurve durch zu große ohmsche
Verluste nicht völlig
abflacht.
-
6 zeigt
das Prinzipschaltbild des nichtlinearen LC-Schwingkreises mit der
zwischen Induktivität
L und Kapazität
C als Sensorelement angeschlossenen Metallplatte 3 (vgl. 1 und 2), die
auf Veränderungen
des Körpergewebes 22 anspricht.
Bei genügend
hoher Frequenz wirkt die Metallplatte 3 als Antenne für elektromagnetische
Wellen im Nahbereich und stellt, stark vereinfacht, gleichzeitig
die eine Platte eines Plattenkondensators dar, dessen andere Platte
das Körpergewebe 22 ist.
Bei genügender
Annäherung
an das Körpergewebe 22 bilden
sich gerichtete Feldlinien 23 aus. Eine Änderung
des Abstands zwischen Metallplatte 3 und Körpergewebe 22 führt zu einer
Kapazitätsänderung, ebenso
Veränderungen
im Körpergewebe 22 selbst.
-
Im
Gegensatz zu einem Kondensator sind die elektrischen Parameter des
Körpergewebes
allerdings nicht eindeutig zu beschreiben. Dies hängt damit
zusammen, dass die Körperoberfläche aus
unterschiedlichen Gewebeschichten aufgebaut ist. Da diese Gewebeschichten
nur relativ schwach elektrisch leitend sind, dringen die von der
Metallplatte 3 ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen
zumindest in die obersten Schichten ein und treffen dabei sogar auf
Adern, in denen Blut fließt.
-
Die
obersten Hautschichten und der Zwischenraum zwischen der isolierten
Metallplatte 3 und der Körperoberfläche lassen sich auch als Kondensator
mit mehreren hintereinander geschalteten Schichten mit unterschiedlichen
Dielektrizitätskonstanten
darstellen. 7 zeigt ein entsprechendes Prinzipschaltbild,
umfassend die als Sensorelement dienende Metallplatte 3,
den Zwischenraum 24 zwischen Metallplatte 3 und
Hautoberfläche 25 sowie
die unmittelbar unterhalb der Hautoberfläche 25 liegenden Hautschichten 26.
Jede dieser Schichten hat eine andere Dielektrizitätskonstante,
die in die Gesamtkapazität
Ck eingehen. Veränderungen,
insbesondere Ausdehnungen der einzelnen Hautschichten 26 sowie
eine Veränderung
des Abstands zwischen Metallplatte 3 und Hautoberfläche 25 führen zu
einer Änderung
der Kapazität
Ck und damit auch zu einer Änderung
der Gesamtkapazität
im Schwingkreis, die zu einer Erhöhung oder Erniedrigung dessen
Resonanzfrequenz führt.
-
8 veranschaulicht,
wie durch Wirbelstrom-Effekte im Körpergewebe 22 die
ohmschen Verluste im LC-Schwingkreis beeinflusst werden. Diese wirken
sich auf Höhe
und Breite der Resonanzkurve aus. Induktive Effekte können dagegen
vernachlässigt
werden.
-
Das
von der Signalerfassungseinheit 10 (vgl. 2)
bereitgestellte Amplitudensignal muss in der Auswerteinheit 17 so
weiterverarbeitet werden, dass ein auch dem Laienhelfer verständliches
Ergebnis angezeigt wird. Der grobe Ablauf ist in 9 skizziert.
-
Das
digitale Eingangssignal wird einem selbstregulierenden Filter zugeführt. Anschließend erfolgen
eine Extraktion typischer Merkmale im Zeit- und Frequenzbereich
und eine Auswertung durch ein selbstlernendes Neuro-Fuzzy-System.
Schließlich werden
sämtliche
Parameter in einer Entscheidungseinheit zusammengeführt und
die dort generierte Entscheidung an ein Display übermittelt. Alle Teilergebnisse
der einzelnen Rechenschritte sowie das Endergebnis werden mit Zeitstempel
gespeichert. Die Entscheidungsfindung erfolgt anhand von Ärzten empfohlenen
Kriterien. Durch die Verwendung eines neuronalen Fuzzy-Logik-Netzwerks
ist es möglich, auch
differenzierte Ergebnisse zuzulassen wie zum Beispiel "Eventuell Atemstillstand" oder "Sehr schwacher Puls".
-
Das
Flussdiagramm von 10 gibt den gesamten Ablauf
beim Einsatz des Geräts
wieder.
-
Lediglich
die Anbringung des Geräts
durch Aufkleben des Sensorelements auf die Körperoberfläche muss noch manuell geschehen.
Ab diesem Moment laufen dann alle Schritte, also die Erfassung und
Analyse der Vitalparameter bis hin zur Ausgabe eines Ergebnissignals
automatisch ab. Der Helfer sollte nur darauf achten, dass sich der
Patient nicht zuviel bewegt.
-
Sofort
nach dem Aufkleben des Sensorelements werden zuerst die Kapazitäten, Induktiven
und ohmschen Verluste im System festgestellt und basierend auf diesen
Werten die Erregerfrequenz für
den LC-Schwingkreis auf einen optimalen Wert eingestellt, das heißt auf die
steilste Stelle der Resonanzkurve. Ist die optimale Einstellung
gefunden, muss im Folgenden nur noch überwacht werden, ob die Ist-Frequenz über einen
längeren
Zeitraum von der Soll-Frequenz abweicht. Gegebenenfalls wird die Ist-Frequenz
nachgeregelt bzw. an veränderte
Bedingungen angepasst. Damit ist eine gleich bleibende hohe Empfindlichkeit
und Messgenauigkeit gewährleistet.
-
Die
durch Atmung und/oder Puls hervorgerufenen Veränderungen in den obersten Hautschichten führen zur
Verstimmung des Schwingkreises, die wiederum eine Änderung
der Schwingungsamplitude bewirkt. Diese Spannungsänderungen
werden mittels A/D-Wandler digitalisiert und an den Mikroprozessor übergeben.
Dort wird das Rohsignal, das alle erfassten Körperparameter umfasst, in die
Bereiche "Atmung" und "Puls" aufgeteilt. Mit
speziellen Algorithmen werden die Parameter und die Qualität des Pulses
und der Atmung getrennt bestimmt. Alle Informationen wie z.B. "Atmung oder Puls
vorhanden" bzw. "nicht vorhanden" werden schließlich in
einer selbstlernenden Fuzzy-Logik miteinander verknüpft und
bewertet. Das daraus gewonnene Gesamturteil wird auf einem Display
im Klartext und/oder als akustisches Signal ausgegeben.
-
11 veranschaulicht,
wie aus dem gemessenen Rohsignal (oben) durch den Computer die Signale
für Puls
und Atmung (unten) extrahiert werden. Das Pulssignal hat hier eine
viel höhere
Frequenz als das Atemsignal, was ein Indiz dafür ist, dass der Patient atmet
und normalen Puls hat. Die getrennte Weiterverarbeitung der extrahierten
Signale erfolgt mittels spezifischer Algorithmen.
-
- 1
- Gerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Metallplatte
- 4
- Selbstklebende
Schicht
- 5
- Arteria
carotis
- 6
- Steckanschluss
- 7
- Elektronische
Schaltung
- 8
- Batterie
- 9
- Anzeige
- 10
- Signalerfassungseinheit
- 11
- LC-Schwingkreis
- 12
- Frequenzgenerator
- 13
- Frequenzregelung
- 14
- Körperoberfläche
- 15
- Körperschichten
- 16
- A/D-Wandler
- 17
- Auswerteinheit
- 18
- Mikroprozessor
- 19
- CPU
- 20
- ROM-Speicher
- 21
- RAM-Speicher
- 22
- Körpergewebe
- 23
- Feldlinien
- 24
- Zwischenraum
- 25
- Hautoberfläche
- 26
- Hautschichten