DE102008037919A1 - Method for potential-free detection and evaluation of measurement value for determining and/or monitoring vital function of human, involves wirelessly transmitting processed measurement signals from carrier element to signal evaluation unit - Google Patents

Method for potential-free detection and evaluation of measurement value for determining and/or monitoring vital function of human, involves wirelessly transmitting processed measurement signals from carrier element to signal evaluation unit Download PDF

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Abstract

The method involves associating electrodes, measuring elements or sensors, an electrical power source and electronics for processing and transmitting measurement values with a flexible carrier element (1). The carrier element is applied and bonded at a body of a to-be-tested person, for continuity of measured value acquisition. Processed measurement signals are wirelessly transmitted from the carrier element to a signal evaluation unit and/or a display. A load-independent continuous current is induced in an area of skin surface by current electrodes. An independent claim is also included for a device for potential-free detection and evaluation of a measurement value for determining and/or monitoring a vital function of a human.

Description

Gebiet der Erfindung/ZusammenfasungField of the Invention / Summary

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung („Smart Vital Sensor”) und ein Verfahren („Smart Vital Expert”) zur Erfassung und Überwachung von Vitalfunktionen beim Menschen.The Invention relates to a device ("Smart Vital Sensor") and a method ("Smart Vital Expert") for detection and monitoring vital signs in humans.

Es handelt sich beim „Smart Vital Sensor” um ein Medizinprodukt einsetzbar im medizinischen Notfall, in der Klinik, in der Arztpraxis, in der Palliativmedizin sowie ambulant in häuslicher Umgebung oder auf Reisen. Da Reaktionen des Vegetativums erfasst werden, eignet sich die Vorrichtung auch zur Erfassung von Emotionen im Rahmen der Verhaltensforschung. Das System kann auch in der Tiermedizin eingesetzt werden.It is the "Smart Vital Sensor" to a Medical device can be used in a medical emergency, in the clinic, in the doctor's office, in the palliative medicine as well as outpatient in domestic Environment or traveling. As recorded reactions of the vegetative become, the device is also suitable for detecting emotions in the context of behavioral science. The system can also be used in veterinary medicine be used.

Der „Smart Vital Sensor” kommuniziert über eine Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung mit einem Satellitenrechner z. B. einem Laptop (siehe 1). Die drahtlose Datenübertragung erlaubt zudem die Ortung des Patienten oder Probanden bzw. des biologischen Objekts, was sowohl im Bereich „Home Care” wie auch bei der Verhaltensforschung z. B. bei der Erfassung des Einkaufverhaltens in einem Supermarkt genutzt werden kann.The "Smart Vital Sensor" communicates via an interface for wireless data transmission with a satellite computer z. B. a laptop (see 1 ). The wireless data transmission also allows the location of the patient or subject or the biological object, which in both the field of "home care" as well as in behavioral research z. B. can be used in the capture of shopping behavior in a supermarket.

„Smart Vital Expert” ist das dazugehörige Programmpaket mit Programmmodulen für die Mikroprozessoren im „Smart Vital Sensor” sowie Modulen für den damit korrespondierenden Satellitenrechner. Die entsprechenden Module steuern die Wandler, entschlüsseln den Datenstrom, wandeln die Primärdaten in physiologische Kenngrößen, prüfen auf Plausibilität, berechnen die physiologischen Werte in der „Time-„ und „Frequenzdomain” und korrespondieren mit Datenbanksystemen zur Speicherung der Werte."Smart Vital Expert "is the associated program package with program modules for the microprocessors in the "Smart Vital Sensor "as well as modules for the corresponding one Satellite computer. The corresponding modules control the transducers, Decrypt the data stream, convert the primary data in physiological parameters, check on plausibility, calculate the physiological values in the "time" and "frequency domain" and correspond with database systems for storing the values.

„Smart Vital Expert” analysiert die Daten des „Smart Vital Sensor” für Prognostik, Prävention, Therapie, Pharma- und Verhaltensforschung."Smart Vital Expert "analyzes the data of the" Smart Vital Sensor "for prognosis, prevention, Therapy, pharmaceutical and behavioral research.

Hintergrundbackground

Intensivmedizinische ÜberwachungIntensive medical monitoring

Die Prozess-, Struktur- und Ergebnisqualität in der Präventiv-, Intensiv- und Palliativmedizin sowie der Verhaltensforschung ist im Wandel und bedingt zunehmend einen umfassenderen Einsatz von vernetzten Informationen. Die simultane Erfassung mehrerer Signale und die dadurch mögliche Plausibilitätsprüfung mit im Ergebnis verbesserter Sensitivität und Spezifität der Diagnostik ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung.The Process, structure and result quality in the preventive, Intensive care and palliative medicine as well as behavioral science in transition and increasingly requires more extensive use of networked information. The simultaneous acquisition of several signals and the resulting plausibility check with as a result improved sensitivity and specificity Diagnostics is an important step in this direction.

Das strategische Ziel der technischen Entwicklung zur Erfassung biologischer Vorgänge wird zunehmend die nicht-invasive Messwertermittlung sein, da zur invasiven Überwachung eines Parameters auf irgendeinem Wege Körpergewebe verletzt werden muss, zum Beispiel durch Einstichöffnungen von Kathetern, die in Blutgefäße oder andere flüssigkeitsgefüllte Hohlräume des Körpers eingeführt werden. Ein invasives Vorgehen beinhaltet immer ein gewisses Risiko wie z. B das Risiko einer Infektion oder das Auslösen einer Blutung.The strategic objective of technical development for the detection of biological Operations are increasingly becoming non-invasive measurement be there for invasive monitoring of a parameter Any way body tissue has to be injured, for example Example through puncture openings of catheters, which in Blood vessels or other fluid-filled Cavities of the body are introduced. An invasive procedure always involves a certain risk z. B the risk of infection or bleeding.

Grundlegende nicht-invasive Überwachungsmethoden zur Vitaldatenerfassung befassen sich mit der Überwachung des Herz-Kreislauf- und des Atmungssystems sowie der Bewusstseinslage. Da es sich bei der Ableitung des EKGs, der Überwachung des Blutdruckes, der Körpertemperatur und der Sauerstoffsättigung des Blutes um nicht-invasive Methoden handelt, gibt es kaum Patienten auf einer Intensivstation, bei denen diese Messungen nicht vorgenommen werden.Basic Non-invasive monitoring methods for vital data acquisition deal with the monitoring of the cardiovascular and the respiratory system as well as the state of consciousness. Since it is at the derivative ECG, blood pressure monitoring, body temperature and the oxygen saturation of the blood by non-invasive There are hardly any patients in an intensive care unit, where these measurements are not made.

Ähnliches gilt für ein Monitoring von Älteren, Gebrechlichen und terminal Erkrankten, die trotz eingeschränkter Körperfunktionen im eigenen häuslichen Umfeld verbleiben wollen.something similar applies to a monitoring of older, infirm and terminal sufferers, despite limited body functions want to stay in their own home environment.

Der Notarztwagen wird eingesetzt bei Unfällen und Notfällen, wo festgestellt wird, dass der Zustand eines Patienten lebensbedrohlich ist oder der Zustand bedrohlich werden könnte. Der Notarztwagen arbeitet im Vorfeld der Intensivstation. Intensivmedizinische Überwachung ist indiziert bei Schwerverletzten, bei schweren Krankheiten oder Zuständen nach großen und stark eingreifenden Operationen.Of the Ambulance is used in accidents and emergencies, where it is determined that the condition of a patient is life-threatening or the condition could become threatening. The ambulance works in advance of the intensive care unit. Intensive medical monitoring is indicated in the case of severely injured, serious illness or States after big and strong intervening Operations.

Terminale Erkrankungen, wie zum Beispiel Krebs im Endstadium, führen nicht zur Aufnahme auf eine Intensivstation. Auf diesem Gebiet ist die Palliativmedizin etabliert. Aber in der Palliativmedizin werden Vitaldaten ebenfalls gebraucht, um Schmerzzustände ausgelöst durch Elementarstörungen wie z. B. durch ein Flüssigkeitsdefizit zu vermeiden.Terminal diseases, such as terminal cancer, do not result in admission to an intensive care unit. Palliative medicine is established in this field. But in palliative care, vital signs are also needed to relieve pain caused by elemental disorders such as: B. by a To avoid fluid deficit.

Der Zustand und die Bewusstseinslage von Schwererkrankten können sich sehr schnell rasant ändern. Zur Beurteilung der Bewusstseinslage fehlen heute noch in aller Regel verlässliche technische Hilfsmittel hoher Sensitivität und Spezifität. Das entsprechende Monitoring erfolgt heute nach anerkannten und standardisierten verbalen Stadien- und Zustandseinteilungen mit hohem Personalaufwand. Es wird in Zukunft successive mehr und mehr durch intelligente Systeme ergänzt werden.Of the Condition and the state of consciousness of the seriously ill can change very fast rapidly. To assess the state of consciousness As a rule, reliable technical ones are still missing today Aids of high sensitivity and specificity. The corresponding monitoring takes place today according to recognized and standardized verbal stadiums and state classifications with high personnel costs. It will become more and more successive in the future be supplemented by intelligent systems.

Das Kreislaufmonitoring beruht überwiegend auf folgenden simultan registrierten Signalen der Herzaktivität: Bezeichnung Abkürzung Signalquelle – Elektrokardiogramm EKG Körperspannung – Balistokardiogramm BKG Beschleunigung – Impedanzkardiogramm IKG Bioimpedanz – Phonokardiogramm PKG Beschleunigung – Hautpulskurve DKG Lichtabsorption Circulatory monitoring is predominantly based on the following simultaneously registered signals of cardiac activity: description abbreviation source - electrocardiogram ECG body tension - Balistocardiogram BKG acceleration - Impedance cardiogram ICG bioimpedance - phonocardiogram PKG acceleration - Skin Pulse curve DKG light absorption

Das Lungenfunktionsmonitoring beruht überwiegend auf folgenden simultan registrierten Signalen der Atemaktivität: Bezeichnung Abkürzung Signalquelle – arterielle Sauerstoffsättigung SaO2 Lichtabsorption – venöse Sauerstoffsättigung SvO2 Lichtabsorption – Atemfrequenz fAtem Bioimpedanz – Atemzugvolumen AZV Bioimpedanz – Hauttemperatur THaut PT 1000 Pulmonary function monitoring is predominantly based on the following simultaneously registered signals of respiratory activity: description abbreviation source - arterial oxygen saturation S a O 2 light absorption - venous oxygen saturation S v O 2 light absorption - Respiratory rate f breath bioimpedance - tidal volume AZV bioimpedance - skin temperature T skin PT 1000

Das Monitoring zur Beurteilung des Körperzustandes beruht u. a. auf: Bezeichnung Signalquelle – Status Herz siehe Kreislaufmonitoring – Status Lunge siehe Lungenfunktionsmonitoring – Status Willkürmuskulatur zweiter BIOSENSOR z. B. Oberschenkel – Status Körperhaltung und Gehbewegung Beschleunigung – Status Flüssigkeitshomöostase (Blutvolumen) Bioimpedanz The monitoring for assessing the body condition is based inter alia on: description source - Heart status see circulatory monitoring - Status lung see lung function monitoring - Status of voluntary musculature second BIOSENSOR z. B. thighs - Status posture and walking acceleration - Status of fluid homeostasis (blood volume) bioimpedance

Das Monitoring zur Bewusstseinslage wird unterstützt durch folgende simultan registrierte Signale der Antigravitationsmuskulatur, der Hautdurchblutung und der Sprache: Bezeichnung Abkürzung Signalquelle – Körperlage Beschleunigung – Elektromyografie EMGBein Körperspannung – Spontanbewegungen Beschleunigung – Sprachdialog Beschleunigung – emotionale Reflexe der Hautdurchblutung Lichtabsorption – Herzfrequenzänderung beim Sprechen HR EKG The monitoring of the state of consciousness is supported by the following simultaneously registered signals of the anti-gravitation musculature, the skin circulation and the language: description abbreviation source - body position acceleration - electromyography EMG leg body tension - spontaneous movements acceleration - Speech dialogue acceleration - emotional reflexes of skin circulation light absorption - Heart rate change while speaking MR ECG

Verfahren nicht-invasiver DiagnostikProcedures of non-invasive diagnostics

Heute gängige Verfahren, Körpersignale nicht-invasiv abzuleiten, werden nachfolgend dargestellt. Hierbei werden betrachtet:
elektrische Körperspannungen
Lageänderung
Körperschall (Auskultation)
Lichtabsorption
Temperatur
Frequenzabhängigkeit des elektrischen Widerstands (Bioimpedanz) sowie schnelle Änderungen des elektrischen Widerstands (erste Ableitung)
Verknüpfungen der Signale untereinander
Today common procedures to derive body signals non-invasively, are shown below. Here are considered:
electrical body tensions
change of position
Structure-borne noise (auscultation)
light absorption
temperature
Frequency dependence of the electrical resistance (bioimpedance) as well as rapid changes of the electrical resistance (first derivative)
Links between the signals

Signalquelle KörperspannungSignal source body voltage

Von kontrahierenden Muskeln lassen sich elektrische Spannungen (Aktionspotentiale) auf der Hautoberfläche ableiten. Im Allgemeinen misst die Elektromyografie (EMG) das Summen-Aktionspotential eines ganzen Muskels oder sogar mehrerer Muskeln. Das EMG wird in der Human-Medizin in der neurologischen Diagnostik eingesetzt. Für das rhythmisch sich kontrahierende Herz wird diese Spannung als Elektrokardiogramm (EKG) bezeichnet. Bewegungen der Willkürmuskulatur sowie Veränderungen der Herzfrequenz ausgelöst z. B. durch sprachliche Kommunikation mit einem Patienten geben Auskunft über den Bewusstseinstatus bzw. die Tiefe eines Komas.From contracting muscles can be electrical voltages (action potentials) derive on the skin surface. In general, the measures Electromyography (EMG) the sum action potential of a whole Muscle or even multiple muscles. The EMG is in human medicine used in neurological diagnostics. For the rhythmic The contracting heart becomes tension as an electrocardiogram (ECG). Movements of the voluntary musculature as well Changes in the heart rate triggered z. B. Linguistic communication with a patient provides information the awareness status or the depth of a coma.

Körperlage und BewegungBody position and movement

Die Körperlage, die Häufigkeit von Spontanbewegungen und die Reaktionsmuster der Hautdurchblutung nach sprachlicher Kommunikation mit einem Patienten geben Auskunft über den Bewusstseinstatus bzw. die Tiefe eines Komas.The Body position, the frequency of spontaneous movements and the reaction patterns of skin perfusion after linguistic communication with a patient provide information about the status of consciousness or the depth of a coma.

Auskultationauscultation

Unter Auskultation versteht man in der Medizin das Abhören von Körperschall, typischerweise mit dem Stethoskop. Schallwellen sind Longitudinalwellen und können mit Beschleunigungssensoren erfasst werden. Die Auskultation von Körperschall dient der Beurteilung und Bewertung von Herz-, Lungen-, Darm- und Gelenkgeräuschen.Under Auscultation is understood in medicine as listening to Structure-borne noise, typically with the stethoscope. sound waves are longitudinal waves and can be used with acceleration sensors be recorded. The auscultation of structure-borne sound serves Assessment and evaluation of heart, lung, intestinal and joint noises.

Lichtabsorptionlight absorption

Die charakteristische rote Farbe des Blutes wird durch die hohe Dämpfung des kurzwelligen blauen Lichtes und die relativ geringe Absorption des roten/infraroten Lichtes im Blut hervorgerufen. Die Farbe des Blutes ist zudem abhängig vom oxygenierten und nichtoxygenierten Zustand des Hämoglobins. Diese wellenlängenabhängige Charakteristik kann zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung des roten Blutfarbstoffes verwendet werden. Bei der Wellenlänge von 805 nm ist keine Abhängigkeit der Absorption vom Sauerstoffgehalt vorhanden.The characteristic red color of the blood is due to the high attenuation short-wavelength blue light and relatively low absorption of the red / infrared light in the blood. The color of the blood is also dependent on the oxygenated and non-oxygenated Condition of hemoglobin. These wavelength-dependent Characteristic can be used to determine the oxygen saturation of the red blood dye. At the wavelength of 805 nm there is no dependence of the absorption on the oxygen content.

Sauerstoffsättigungoxygen saturation

Die Sauerstoffsättigung gibt an zu wie viel Prozent das Hämoglobin im Blut mit Sauerstoff gesättigt ist. Die Bestimmung der Sauerstoffsättigung erlaubt unter anderem Aussagen über die Effektivität des Sauerstofftransportes, also in erster Linie über die Atmung. Die Sauerstoffsättigung kann entweder direkt in einer Blutprobe oder nicht-invasiv mittels Pulsoxymeter bestimmt werden. Das photometrische Verfahren der Oxymetrie liegt beiden Methoden zugrunde.The Oxygen saturation indicates the percentage of hemoglobin in the blood is saturated with oxygen. The determination of Oxygen saturation allows, among other things, statements about the effectiveness of oxygen transport, so in the first place Line about breathing. The oxygen saturation can be either directly in a blood sample or non-invasively by means of Pulse oxymeter can be determined. The photometric method of oximetry lies based on both methods.

Die Sauerstoffsättigung ist umso höher, je höher der Sauerstoffpartialdruck im Blut ist. Der Zusammenhang ist nicht-linear, weil die Sauerstoffaffinität des Hämoglobins von der Anzahl der bereits gebundenen O2-Moleküle abhängig ist. Die Sauerstoffbindungskurve zeigt einen S-förmigen Verlauf.The higher the oxygen partial pressure in the blood, the higher the oxygen saturation. The relationship is non-linear because the oxygen affinity of hemoglobin depends on the number of O 2 molecules already bound. The oxygen binding curve shows an S-shaped course.

Die arterielle Sauerstoffsättigung (SaO2) ist ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der Atemfunktion. Sie lässt Rückschlüsse auf die Funktion und Tätigkeit der Lunge zu. Je nach Krankheitsbild und Alter des Patienten gelten unterschiedliche arterielle Sättigungswerte. Für gesunde Kinder und junge Erwachsene gilt ein Wert nahe 100%, bei älteren Menschen oder bestimmten Krankheiten genügen auch Werte um 90%.Arterial oxygen saturation (S a O 2 ) is an important parameter for assessing respiratory function. It allows conclusions about the function and activity of the lungs. Depending on the clinical picture and age of the patient different arterial saturation values apply. For healthy children and young adults applies Values close to 100%, in older people or certain illnesses also values are sufficient by 90%.

Neben der Bestimmung im arteriellen Blut wird die Sauerstoffsättigung auch im venösen Blut (SvO2) verschiedener Stromgebiete gemessen. Aus der Differenz zur arteriellen Sättigung wird zusammen mit der Blutströmung die Sauerstoffaufnahme des jeweiligen Gewebes abgeschätzt. Kennt man den Sauerstoffverbrauch, weist eine Zunahme der Differenz auf eine Abnahme der Durchblutung hin. So lassen sich Informationen über den Zustand der O2-Versorgung in einzelnen Organen gewinnen.In addition to determination in arterial blood, oxygen saturation is also measured in the venous blood (S v O 2 ) of various stromal areas. From the difference to the arterial saturation, the oxygen uptake of the respective tissue is estimated together with the blood flow. If one knows the oxygen consumption, an increase of the difference indicates a decrease of the blood circulation. Thus, information about the state of O 2 supply can be obtained in individual organs.

Die periphere Sauerstoffsättigung wird zur Berechnung der klinisch immer mehr an Bedeutung gewinnenden Sauerstoffkonzentration (CaO2) benötigt.Peripheral oxygen saturation is needed to calculate the clinically increasing oxygen concentration (C a O 2 ).

In der intensivmedizinischen Praxis ist vor allem die gemischtvenöse Sättigung von Bedeutung, da sie Aussagen über das Herzminutenvolumen liefert. In guter Näherung erfüllt die einfach zu messende zentralvenöse Sättigung (SzvO2) denselben Zweck.In intensive care practice, above all, mixed venous saturation is important because it provides information about the cardiac output. To a good approximation, the easy-to-measure central venous saturation (S zv O 2 ) fulfills the same purpose.

Emotionale Reflexe der HautdurchblutungEmotional reflexes of skin circulation

Veränderungen der Hautdurchblutung ausgelöst z. B. durch sprachliche Kommunikation eines Patienten geben Auskunft über den Bewusstseinstatus bzw. die Tiefe eines Komas.changes the skin circulation triggered z. B. by linguistic Communication of a patient provides information about the status of consciousness or the depth of a coma.

Temperaturtemperature

Die Hauttemperatur ist ein Vitalparameter. Die Temperatur wird u. a. gebraucht für die korrekte Bestimmung der Sauerstoffsättigung.The Skin temperature is a vital parameter. The temperature is u. a. used for the correct determination of oxygen saturation.

Bioelektrische ImpedanzBioelectrical impedance

Die Bestimmung der bioelektrischen Impedanz (BIA) ist ein Verfahren, um bei Lebewesen Größe und Umfang von Funktionszellverbänden wie Muskelmasse und Speicherfett mittels elektrischer Wechselspannungen zu bestimmen. Die Prinzipien der bioelektrischen Impedanzanalyse zur Messung und Berechnung der Körperzusammensetzung wurden bereits in den 1940er Jahren in den USA beschrieben. Wissenschaftlich weiterentwickelt wurde die Methode dann in den 60er und 70er Jahren des letzten Jahrhunderts durch Hoffer, Jenin und Lukaski.The Determination of Bioelectrical Impedance (BIA) is a procedure in life size and scope of functional cell groups like muscle mass and storage fat by means of alternating electrical voltages to determine. The principles of bioelectrical impedance analysis to measure and calculate body composition already described in the US in the 1940s. Scientifically developed The method then became the 60s and 70s of the last century by Hoffer, Jenin and Lukaski.

Heute ist die BIA eine anerkannte, einfach durchführbare, nicht-invasive und nicht zuletzt preiswerte Messmethode mit einem breiten Anwendungsspektrum in Diagnostik, Prävention und Therapie.today BIA is a recognized, easy to use, non-invasive and last but not least inexpensive measuring method with a wide range of applications in diagnostics, prevention and therapy.

Das Verfahren nutzt die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit von Lungengewebe, Knochen, Muskulatur und Körperfett. Durch ihren genau definierten Elektrolytanteil sind Zellflüssigkeit und Zwischenzellflüssigkeit für den elektrischen Strom Leiter zweiter Klasse, deren Widerstandswert zum Flüssigkeitsvolumen umgekehrt proportional ist. Fett ist als Nichtleiter zu charakterisieren. Somit wirkt die Lipoproteinschicht in der Membran jeder Zelle als Isolator und bildet Kapazitäten aus.The Method uses the different electrical conductivity of lung tissue, bones, muscles and body fat. By their well-defined electrolyte content are cell fluid and intercellular fluid for the electrical Current conductor second class, their resistance to the liquid volume is inversely proportional. Fat is to be characterized as a nonconductor. Thus, the lipoprotein layer in the membrane of each cell acts as Isolator and trains capacities.

Für die BIA werden Scheinwiderstände gemessen, die sich vektorgraphisch aus den Teilwiderständen Wirk- und Blindwiderstand zusammensetzen. Die Teilwiderstände (Resistanz und Recktanz, bzw. Wirk- und Blindwiderstand) sind einerseits abhängig von der Länge (bzw. Geometrie) des Körperabschnitts, vom Volumen der Körperflüssigkeiten in den intra- und extrazellulären Verteilungsräumen (Wirkwiderstand) und andererseits von den Kapazitäten der Körperzellmembranen (Kondensatoreffekt der Lipoproteinschicht, Blindwiderstand).For the BIA are measured for impedance, vector-graphically combine the partial resistances with active and reactive resistance. The partial resistances (resistance and reactance, or and reactance) are on the one hand dependent on the length (or geometry) of the body portion, the volume of Body fluids in the intracellular and extracellular Distribution spaces (effective resistance) and on the other hand of the capacities of the body cell membranes (capacitor effect the lipoprotein layer, reactance).

Aus den gemessenen Widerständen (Wirk- und Blindwiderstand) wird unter Berücksichtigung der Patientendaten, wie Größe, Gewicht, Geschlecht und Alter, über Algorithmen das Zellvolumen und das Volumen der Zwischenzellflüssigkeit des jeweiligen Körperabschnitts errechnet. Die Messung und Dokumentation von Veränderungen in der Körperzusammensetzung wird u. a. zur Flüssigkeitsbilanzierung, Früherkennung von Mangelernährung und Trainingssteuerung im Sport sowie bei Gewichtsreduktionsprogrammen angewandt. Schnelle Änderungen des Scheinwiderstandes korrelieren mit Körperflüssigkeitsverschiebungen, die herzsynchronen Änderungen mit dem Schlagvolumen bzw. Blutpuls.Out the measured resistances (active and reactance) is taking into account the patient data, such as size, Weight, gender and age, using algorithms, the cell volume and the volume of intercellular fluid of each Body section calculated. The measurement and documentation of changes in body composition we you. a. for fluid balance, early detection of malnutrition and exercise control in sports as well used in weight reduction programs. Fast changes impedance correlate with body fluid shifts, the heart-synchronous changes with the stroke volume or Blood pulse.

Ältere Formeln (multiple Regressionsgleichungen aus Studien mit vergleichend analysierten Referenzmethoden) zeigen eine sehr große Streubreite hinsichtlich der absoluten Volumenwerte und berücksichtigen dynamisch Vorgänge nur bedingt.Older formulas (multiple regression equations from studies using comparatively analyzed reference methods) show a very wide range with regard to the absolute volume values and take into account dynamic processes only conditionally.

Werden die Werte aber z. B. auf das aktuelle Gewicht oder auf das äußere Volumen des jeweiligen Körperabschnitts bezogen, kann über die Änderung der Leitfähigkeit (in erster Linie der Resistanz bzw. des Wirkwiderstands) der Körperflüssigkeitsgehalt hinreichend exakt gemessen werden.Become the values but z. B. on the current weight or on the outside Volume of the respective body section, can over the change of conductivity (primarily the resistance or the resistance) of the body fluid content be measured with sufficient accuracy.

Impedanzkardiogrammimpedance cardiogram

Das Impedanzkardiogramm (IKG) ist ein Spezialfall der bioelektrischen Impedanz. Die herzschlagsynchronen, schnellen Änderungen des Scheinwiderstands am Thorax, z. B. gemessen bei 60 kHz, sind durch die Pumpfunktion des Herzen bedingt. Die Amplitude des Ausschlags korreliert mit dem Schlagvolumen des Herzens.The Impedance cardiogram (IKG) is a special case of bioelectric Impedance. Heartbeat-synchronous, fast changes the impedance at the thorax, z. B. measured at 60 kHz are conditioned by the pumping function of the heart. The amplitude of the rash correlates with the stroke volume of the heart.

Die Impedanzkardiographie ist die einzige, nicht invasive Methode, die kontinuierlich einen Einblick in die zentrale Hämodynamik eines Lebewesens ermöglicht. Sie erlaubt die Bestimmung eines umfassenden hämodynamischen Status, da sie Informationen über den Flüssigkeitshaushalt (bspw. Blutfluss in den großen zentralen Gefäßen, venöse Blutvolumenverschiebungen, Ausrichtung korpuskulärer Blutelemente), die kardiale Leistung, die Vorlast und Nachlast am Herzen bereitstellt.The Impedance cardiography is the only noninvasive method that continuous insight into the central hemodynamics of a living being. It allows the determination a comprehensive hemodynamic status as it provides information about the fluid balance (eg blood flow in the large central Vessels, venous blood volume shifts, Alignment of corpuscular blood elements), cardiac performance, providing the preload and afterload on the heart.

PulswellenlaufzeitPulse Wave Velocity

Das vom Herzen ausgeworfene Schlagvolumen löst eine Pulswelle aus, die bis in die Endverzweigungen der arteriellen Gefäße verfolgt werden kann. Die Geschwindigkeit der Pulswelle hängt von der Wandspannung der arteriellen Gefäße ab. Mit steigendem Blutdruck steigt auch die Wandspannung. Da die Strecke, die die Pulswelle zurücklegt, durch den auf der Haut fixierten BIOSENSOR konstant bleibt, ist die Änderungen der Pulswellenlaufzeit z. B. gemessen an Hand der zeitlichen Verschiebung der Pulswelle zwischen Impedanzkardiogramm (IKG) und Hautpulskurve (DKG), umgekehrt proportional zur Blutdruckänderungen.The Heartbeat ejected from the heart triggers a pulse wave out, leading to the terminal branches of the arterial vessels can be tracked. The speed of the pulse wave hangs from the wall tension of the arterial vessels. As the blood pressure rises, so does the wall tension. Because the track, which traverses the pulse wave through which fixed on the skin BIOSENSOR remains constant, is the changes of the pulse wave transit time z. B. measured on the basis of the time shift of the pulse wave between impedance cardiogram (IKG) and skin pulse curve (DKG), vice versa proportional to blood pressure changes.

Die so ermittelten Werte, die von Herzschlag zu Herzschlag neu bestimmt werden, sind ein Beispiel für die Bestimmung einer wichtigen physiologischen Zusatzgröße, welche in den einzelnen Signalen IKG und DKG, die zur Ermittlung der Pulswellenlaufzeit herangezogen werden, nicht enthalten ist.The thus determined values, which redefines from heart beat to heart beat are an example of determining an important physiological additional size, which in the individual IKG and DKG signals used to determine the pulse wave transit time are not included.

Signalverknüpfungensignal links

Das Schlagvolumen (SV) ist der wichtigste Parameter der Pumpfunktion des Herzens und es ist überaus wichtig diese Größe verlässlich zu ermitteln. Durch Verknüpfung von PKG und IKG wird die Sensitivität und Spezifität der Schlagvolumenermittlung gesteigert. Beim Hegglin-Syndrom leitet sich aus der Verknüpfung von EKG und PKG sogar die exakte Diagnose ab.The Stroke volume (SV) is the most important parameter of the pumping function of the heart and it is extremely important this size reliably determine. By linking from PKG and IKG will increase the sensitivity and specificity the stroke volume determination increased. In Hegglin syndrome leads even the exact ones result from the combination of ECG and PKG Diagnosis.

Aus der multiplikativen Verknüpfung von Schlagvolumen und Blutdruck ergibt sich die Herzarbeit. Aus der multiplikativen Verknüpfung von Schlagvolumen und Herzfrequenz berechnet sich das Herzzeitvolumen.Out the multiplicative link between stroke volume and blood pressure the heart work results. From the multiplicative link The cardiac output is calculated from stroke volume and heart rate.

Wird der Blutdruck durch das Herzzeitvolumen dividiert, ergibt sich der totale periphere Widerstand (TPR) einer der wichtigsten Kreislaufgrößen. Der totale periphere Widerstand stellt die Summe aller Strömungswiderstände im großen Kreislauf dar, durch die der linke Ventrikel des Herzens das Blut pumpen muss. Eine Vielzahl der kreislaufwirksamen Pharmaka beeinflusst diesen Strömungswiderstand oder zumindest Teile davon.Becomes the blood pressure divided by the cardiac output, the results Total peripheral resistance (TPR) one of the most important circulatory variables. The total peripheral resistance represents the sum of all flow resistances in the great circulation through which the left ventricle of the heart has to pump the blood. A variety of the circulatory Pharmaceuticals influence this flow resistance or at least Parts of it.

Als ein Beispiel aus der Frequenzdomain sei hier die Herzfrequenzvariabilität genannt, die Auskunft über den Zustand des vegetativen Nervensystems (Parasympathikusaktivität) gibt.When an example from the frequency domain here is the heart rate variability called, the information about the state of the vegetative Nervous system (parasympathetic activity).

Pflegerischer Zugang zum IntensivpatientenNursing access to intensive care patients

Viele in der Intensivmedizin eingesetzte Medikamente müssen über elektronisch gesteuerte Medikamentenpumpen (Spritzenpumpe) direkt intravenös verabreicht werden, so dass oft vier bis zehn derartige Geräte neben dem Patientenbett aufgestellt sind. Daneben werden viele Patienten maschinell beatmet, weshalb oft auch Beatmungsgeräte neben dem Patientenbett stehen. Mancher Patient benötigt auch ein Dialysegerät. Sämtliche Gerätschaften müssen in unmittelbarer Patientennähe aufgestellt werden können. Bei all diesen Geräten ist es von Vorteil, wenn möglichst wenig an Verkabelung den pflegerischen Zugang zum Patienten behindert.Lots Medicines used in intensive care must be over electronically controlled drug pumps (syringe pump) directly be administered intravenously, often four to ten such devices are placed next to the patient bed. In addition, many patients are mechanically ventilated, which is why often Respirators stand next to the patient bed. some Patient also needs a dialysis machine. All Equipment must be in the immediate vicinity of the patient can be set up. With all these devices it is advantageous if as little as possible on cabling hinders the nursing access to the patient.

Home CareHome Care

Im Gegensatz zur Intensivmedizin, wo ein Monitoring von Vitaldaten absolut notwendig ist, wird auch im häuslichen Umfeld ein Vitaldaten-Monitoring zunehmend eingesetzt, um alleinlebenden Älteren oder Gebrechlichen mit Einschränkungen von Körperfunktionen die Verlegung in ein Heim oder Klinik zu ersparen.in the Contrast to intensive care where monitoring of vital signs is absolutely necessary, is also in the domestic environment Vital data monitoring increasingly used to help lonely elders or frail with limitations of body functions to save the transfer to a home or clinic.

Detailliert Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Mit dem BIOSENSOR werden Elektrokardiogramm, Körperlage, Bewegung und Herzschall, Atemtiefe und Atemfrequenz, Sauerstoffsättigung und Temperatur, Flüssigkeitsgehalt, Blutströmung und Herzzeitvolumen, sowie über die Pulswellenlaufzeit ein Schätzwert für akute Blutdruckveränderungen gewonnen und drahtlos zu einem Satellitenrechner übertragen.With the BIOSENSOR will be electrocardiogram, body position, movement and Herzschall, breathing depth and respiratory rate, oxygen saturation and temperature, fluid content, blood flow and cardiac output, as well as the pulse wave transit time an estimate for acute changes in blood pressure won and transmitted wirelessly to a satellite computer.

Dazu sind auf einem flexiblen Trägermaterial Signalgeber zur Ermittlung von elektrischen Körperspannungen, Beschleunigungen in drei Achsen, der Rückstreuung von Licht, der Hauttemperatur und der elektrischen Impedanz des überklebten Körperabschnitts zusammengefasst. Beschleunigungssensoren ermitteln Körperlage, Bewegungen, auskultieren den Herzschall und messen den Herzspitzenstoß. Über LEDs wird Licht eingekoppelt und die Absorption des rückgestreuten Lichts gemessen. Ein PT 1000 Temperatursensor misst die Hauttemperatur. Die Blockstruktur zeigt 1.For this purpose, signal generators for the determination of electrical body voltages, accelerations in three axes, the backscatter of light, the skin temperature and the electrical impedance of the over-adhered body portion are summarized on a flexible substrate. Acceleration sensors determine body position, movements, auscultate the heart sound and measure the heart-top impact. LEDs are used to couple light and measure the absorption of the backscattered light. A PT 1000 temperature sensor measures the skin temperature. The block structure shows 1 ,

Als Trägermaterial wird ein Schaumstoff verwendet, auf dem mit Hilfe der Dickschichttechnik – aber auch mit anderen Verfahren – elektronische Bauelemente eingebracht oder aufgebaut werden. Mit Gelmaterial und Silber-Silberchloridübergängen wird die Oberfläche der Haut mit elektronischen Elementen oder auch mit vorfabrizierten elektronischen Bauteilen elektrisch- oder auch wärmeleitend verbunden.When Carrier material is a foam used on the with the help of thick-film technology - but also with others Method - electronic components introduced or being constructed. With gel material and silver-silver chloride transitions becomes the surface of the skin with electronic elements or with prefabricated electronic components or also connected thermally conductive.

Für die Detektion von Lage, Bewegung und Schall enthält der Träger ein Array von Beschleunigungssensoren. Es gibt es im Trägermaterial dafür Durchbrüche für Schall. Licht wird über LEDs emittiert und über lichtempfindliche Dioden detektiert. Dafür gibt es im Trägermaterial lichtdurchlässige Strecken für rotes und infrarot Licht. So entsteht auf kleinstem Raum ein hoch integriertes Produkt auf einem flexiblen Träger.For the detection of position, movement and sound contains the Carrier an array of acceleration sensors. There is it in the carrier material for breakthroughs for Sound. Light is emitted via LEDs and via photosensitive Diodes detected. There are in the carrier material translucent routes for red and infrared Light. This creates a highly integrated product in the smallest of spaces on a flexible carrier.

Auf dem Träger befinden sich des Weiteren Module zur Überwachung der technischen Funktion, Steuerung der Signalwandler, Signalverarbeitung für die Mustererkennung und Plausibilitätsprüfung der Signale und ein Modul zur drahtlosen Übertragung der Daten.On The carrier also has modules for monitoring the technical function, control of the signal converter, signal processing for pattern recognition and plausibility check the signals and a module for wireless transmission of Dates.

Eine Datenspeichereinheit sammelt die Informationen bis zu einigen Minuten, um bei Störungen des Übertragungsweges Informationsverluste zu vermeiden. Der dazugehörige Datenspeicher wird auch für die Verschlüsselung der Daten benutzt.A Data storage unit collects the information up to a few minutes, in case of disturbances of the transmission path information losses to avoid. The associated data storage will also used for the encryption of the data.

Ein biegbarer, flexibler Energiemodul stellt die Funktionen für bis zu 48 Stunden sicher.One bendable, flexible power module provides the functions for safe for up to 48 hours.

Flexibler TrägerFlexible carrier

Der flexible Träger vereint alle im BIOSENSOR enthaltenen Signalwandler. Die Signalwandler greifen simultan die Signale von der Hautoberfläche ab (siehe 2). Das Trägermaterial des BIOSENSORs ist ein Schaumstoff ähnlich dem von aufklebbaren EKG-Haftelektroden. Die Abmessung dieses Trägers betragen: Breite ca. 1 bis 10 cm; Länge 10 bis 50 cm; Höhe 0,5 bis 2 cm (siehe 3). Auf der Seite, die auf die Haut geklebt werden kann, befindet sich großflächig ein hautfreundlicher Klebstoff. Nur die der Haut zugewandten Kontaktflächen zur Übertragung von Wärme, Schall, Licht, Strom und Spannung sind ausgespart. Der Schaumstoff schirmt die Wandler gegen störende Quellen aus der Umgebung ab. Er isoliert gegen Wärme, Schall, Licht, Strom und Spannung.The flexible carrier unites all signal converters contained in the BIOSENSOR. The signal transducers simultaneously pick up the signals from the skin surface (see 2 ). The substrate of the BIOSENSOR is a foam similar to stick-on ECG adhesive electrodes. The dimensions of this carrier are: width about 1 to 10 cm; Length 10 to 50 cm; Height 0.5 to 2 cm (see 3 ). On the side, which can be glued to the skin, there is a skin-friendly adhesive over a large area. Only the skin-facing contact surfaces for the transmission of heat, sound, light, electricity and voltage are recessed. The foam shields the transducers against interfering sources from the environment. It insulates against heat, sound, light, electricity and voltage.

Körperspannungbody tension

Die metallischen Flächen dienen dazu elektrisch leitende Verbindungen zur Haut herzustellen. Sie sind in den Schaumstoff eingebettet. Auf der der Haut zugewandten Seite dieser metallischen Flächen befinden sich NaCl-haltige Gelauflagen. Als elektrisch leitende aber schlecht wärmeleitende Verbindung zwischen diesem Gel und dem ersten elektronischen Bauteil dient eine Titanstrecke (siehe 4). Diese Elektroden greifen auch die Spannungen für die bioelektrische Impedanz ab.The metallic surfaces serve to produce electrically conductive connections to the skin. They are embedded in the foam. On the skin-facing side of these metallic surfaces are NaCl-containing gel deposits. As electrically conductive but poorly thermally conductive connection between this gel and the first electronic component is a Titanbearse (see 4 ). These electrodes also absorb the voltages for the bioelectrical impedance.

Auskultationauscultation

Über aus dem Schaumstoff ausgesparte Öffnungen wird Körperschall auskultiert. Die Richtung kann durch Verrechnung der Signale des Arrays der Beschleunigungsaufnehmer untereinander auf die Schallquelle (z. B. das schlagende Herz) ausgerichtet werden. Die Schalldetektion zur Auskultation hat somit eine steuerbare Richtcharakteristik für ihre größte Empfindlichkeit.about From the foam recessed openings becomes structure-borne sound auscultation. The direction can be cleared by the signals of the Arrays of accelerometers with each other on the sound source (z. B. the beating heart) are aligned. The sound detection auscultation thus has a controllable directional characteristic for their greatest sensitivity.

Bewegung und KörperlageMovement and body position

Zur Erfassung der Körperlage sowie von Bewegungen werden ebenfalls die Signale der Beschleunigungssensoren verwandt.to Detection of body position as well as movements are also the signals of the acceleration sensors used.

Lichtabsorptionlight absorption

Über in den Schaumstoff eingebettete licht-emittierende Dioden (LEDs) wird rotes und infrarotes Licht diskreter Wellenlängen (Bereich 680–805 nm) in das Gewebe eingespeist. Das Licht wird an den im Blut befindlichen Zellen gestreut und absorbiert. Der rückgestreute Anteil des Lichts wird beim BIOSENSOR zur Ermittlung der Hautpulskurve und zur Ermittlung des Sauerstoffgehaltes im Blut herangezogen. Dazu wird das unterschiedliche Absorptionsverhalten zwischen reduziertem und oxygeniertem Hämoglobin im Blut genutzt. Für die Referenzierung hinsichtlich des Hämatokrits wird eine LED mit der isosbestischen Wellenlänge von 805nm (Infrarot) schmalbandig betrieben. Zwei weitere LEDs werden bei 680 und 755 nm schmalbandig betrieben. Die LEDs sind konzentrisch zum Empfänger angeordnet, so dass der Sender-Empfänger-Abstand für alle ausgesandten Wellenlängen gleich ist. Die drei LEDs werden sequenziell jeweils ca. 10 μsec lang angesteuert. Dann folgt eine Pause von ca. 700 μsec. Die relativ lange Wartezeit von 700 μs zwischen dem letzten Puls der Sequenz und dem Start der neuen Sequenz wird gewählt, damit die Intensität für die LEDs kurzzeitig sehr hoch gewählt werden kann, ohne dass deren Lebensdauer durch Überlastung reduziert wird.about embedded in the foam light-emitting diodes (LEDs) becomes red and infrared light of discrete wavelengths (Range 680-805 nm) fed into the tissue. The light is scattered and absorbed on the cells in the blood. The backscattered portion of the light is at the BIOSENSOR to determine the skin pulse curve and to determine the oxygen content used in the blood. This is the different absorption behavior between reduced and oxygenated hemoglobin in the blood used. For referencing for hematocrit becomes an LED with the isosbestic wavelength of 805nm (Infrared) narrowband operated. Two more LEDs are included 680 and 755 nm narrowband operated. The LEDs are concentric arranged to the receiver so that the transmitter-receiver distance is the same for all emitted wavelengths. The three LEDs are sequentially each about 10 microseconds long driven. Then follows a break of approx. 700 μsec. The relatively long waiting time of 700 μs between the last pulse the sequence and the start of the new sequence is chosen so that the intensity of the LEDs for a short time very much can be chosen high without overloading their life is reduced.

Die Absorption des Lichts der beiden LEDs mit den kürzeren Wellenlängen ist sowohl vom Oxygenierungsgrad als auch vom Hämatokrit stark abhängig. Die Wellenlänge im infraroten Bereich bei 805 nm, bei der keine Absorptionsänderung bei Variation des Sauerstoffgehaltes feststellbar ist, wird zur Bestimmung des lokalen Hämatokrits verwendet. Bei bekanntem Hämatokrit wird dann über die Absorption des Lichts der beiden LEDs mit den kürzeren Wellenlängen der arterielle und venöse Oxygenierungsgrad errechnet. Alle optischen und elektrischen Komponenten sind in das Trägermaterial integriert und gegen Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet.The Absorption of the light of the two LEDs with the shorter ones Wavelengths are both of the degree of oxygenation and strongly dependent on hematocrit. The wavelength in the infrared region at 805 nm, at which no absorption change is detectable with variation of the oxygen content becomes Determination of local hematocrit used. At known Hematocrit is then about the absorption of light the two LEDs with the shorter wavelengths the arterial and venous oxygenation degree is calculated. All optical and electrical components are in the substrate integrated and sealed against ingress of liquids.

Temperaturtemperature

Die Hauttemperatur wird über einen in den Schaumstoff eingebetteten der Haut direkt aufliegenden temperaturempfindlichen PT 1000 Sensor gemessen.The Skin temperature is via a embedded in the foam the skin directly overlying temperature-sensitive PT 1000 sensor measured.

Bioelektrische ImpedanzBioelectrical impedance

Für die bioelektrische Impedanz wird über die zwei Stromelektroden elektrischer Wechselstrom (I~ < 0,7 mA) von unterschiedlichen Frequenzen (z. B. sieben) aus dem Bereich von 1 kHz bis 4 MHz in den Körper eingespeist. Über die Binnenelektroden, die zwischen den Einspeiseelektroden liegen, werden für den jeweiligen Körperabschnitt bei jeder Frequenz der Spannungsabfall (Scheinwiderstand) und die Phasenverschiebung der Signalspannung gemessen und so die Blind- und Wirkwiderstände des Körperabschnitts ermittelt.For the bioelectrical impedance, electrical alternating current (I ~ <0.7 mA) of different frequencies (eg seven) from the range of 1 kHz to 4 MHz is fed into the body via the two current electrodes. Via the internal electrodes, which lie between the feed electrodes, the voltage drop (impedance) and the phase shift of the signal voltage are measured at each frequency for the respective body section, thus determining the reactive and reactive resistances of the body section.

Die Software von BIOEXPERT leitet die notwendigen Korrelationsfaktoren für die bioelektrische Impedanzanalyse von Alter, Geschlecht, Gewicht und Größe sowie dem Phänotypus des Patienten aus im ROM gespeicherten Tabellen ab, bzw. erfragt die notwendigen Zusatzwerte in den zeitlich notwendigen Abständen.The Software from BIOEXPERT guides the necessary correlation factors for bioelectrical impedance analysis of age, gender, Weight and size as well as the phenotype of the patient from tables stored in the ROM, or requested the necessary additional values at the necessary intervals.

Durch die ermittelten Scheinwiderstände wird im Widerstandsdiagramm ein Kurvenzug errechnet. Durch Extrapolation werden die beiden Schnittpunkte des Kurvenzugs mit der X-Achse ermittelt. Die ermittelten zwei Wirkwiderstände, die mit Änderungen der Körperflüssigkeiten im intra- und extrazellulären Verteilungsraum korrelieren, werden mit patientenbezogenen Korrelationsfaktoren in Flüssigkeitsvolumina umgerechnet.By the detected impedance is shown in the resistance diagram calculated a curve. By extrapolation, the two intersections become of the curve with the X-axis determined. The determined two resistances, those with changes in body fluids in the intracellular and extracellular distribution space, are associated with patient-related correlation factors in fluid volumes converted.

Widerstandsänderungresistance change

Die erste Ableitung des Spannungsabfalls am komplexen Widerstand (Scheinwiderstand der Frequenz nahe 60 kHz) des zwischen den Binnenelektroden liegenden Körperabschnitts wird über einen rauscharmen, schmalbandigen, differenzierenden Eingangsverstärker abgegriffen, der sich direkt hinter dem Impedanzwandler der Binnenelektroden befindet.The first derivative of the voltage drop across the complex resistor (impedance the frequency near 60 kHz) of the internal electrodes Body section is over a low-noise, narrowband, differential input amplifier tapped, located just behind the impedance transformer of the internal electrodes located.

Blutdruckblood pressure

Von Schlag zu Schlag kann über die Pulswellenlaufzeit zwischen der ersten Ableitung der Thoraximpedanz (IKG) und der Hautpulskurve auf Veränderungen des Blutdrucks geschlossen werden. Die Änderung der Laufzeit zwischen dem Signal der ersten Ableitung der Thoraximpedanz und dem optischen Signals zur Ermittlung der Rückstreuung aus der Haut, wird für die Korrelation zu Änderungen des arteriellen Blutdrucks verwendet, wenn nur ein BIOSENSOR aufgeklebt ist. Wenn ein weiterer BIOSENSOR parallel zum ersten aktiv ist, kann mit Auswertung weiterer Pulswellen die Sensitivität und Spezifität der Änderungen des arteriellen Blutdrucks erhöht werden. Wenn absolute Blutdruckwerte erfasst werden sollen, müssen die Werte einmal sphygmomanometertrisch kalibriert werden. Diese Kalibrierung muss in größeren Abständen z. B. einmal in 24 Stunden wiederholt werden.From Beat to beat can be over the pulse wave transit time between the first derivative of chest impedance (IKG) and the skin pulse curve be concluded on changes in blood pressure. The change of Runtime between the signal of the first derivative of the thorax impedance and the optical signal for determining the backscatter from the skin, is for correlation to changes of the arterial blood pressure when glued on only one BIOSENSOR is. If another BIOSENSOR is active parallel to the first, can with the evaluation of further pulse waves the sensitivity and specificity of the changes of the arterial Blood pressure can be increased. When absolute blood pressure should be recorded, the values once sphygmomanometertrisch be calibrated. This calibration must be in larger Distances z. B. be repeated once every 24 hours.

Applikationsort des ersten BIOSENSORsApplication location of the first BIOSENSOR

Als Ort für die Applikation des ersten BIOSENSORs soll die Hautregion links lateral am Thorax unter dem Oberarm gewählt werden. Diese Stelle ist optimal für EKG, IKG und Herzschall und bietet zudem ausreichenden Schutz vor mechanischen Beschädigungen (Abreißen) des BIOSENSORs.When Place for the application of the first BIOSENSORs is the Skin region selected left lateral to the thorax under the upper arm become. This position is optimal for ECG, ICG and cardiac sound and also provides adequate protection against mechanical damage (Tear off) the BIOSENSOR.

Störungsarmutfault poverty

Eine weitgehende Störungsarmut bei der Ermittlung aller Signale ist dadurch gewährleistet, dass die Suszeptibilität gegenüber elektromagnetischen, optischen und akustischen Störfeldern auf das absolute Minimum reduziert wird, da Verdrahtungsstrecken und Laufstrecken für Herzschall und Rückstreuung gegen Null gehen und somit Störeinflüsse von elektromagnetischen Störfeldern (Brummeinstreuung), Störgeräusche und Fremdlicht fast vollständig verhindert werden.A extensive lack of interference in the determination of all signals This ensures that the susceptibility towards electromagnetic, optical and acoustic Interference fields is reduced to the bare minimum, since Wiring distances and running distances for Herzschall and Backscatter goes to zero and thus disturbing influences of electromagnetic interference (humid scattering), Noise and extraneous light almost completely be prevented.

Des Weiteren wird eine störungsarme Ermittlung aller Signale auch dadurch gewährleistet, dass durch Anwendung äußerst schmalbandiger, analoger Filter im Eingang eines jeden Signals parasitäre Rauschkomponenten eliminiert werden.Of Furthermore, a low-noise determination of all signals also by ensuring that by applying extremely Narrow band, analog filter in the input of each parasitic signal Noise components are eliminated.

Signalverarbeitungsignal processing

Alle Signale werden direkt im BIOSENSOR durch Teilprogramme des Programmpakets BIOEXPERT prozessiert und auf Plausibilität geprüft.All Signals are sent directly in the BIOSENSOR by program part program part programs BIOEXPERT is processed and checked for plausibility.

Durch Analyse der Grunddaten wie auch der zeitlichen Zuordnung aller Signalquellen untereinander werden weitere Berechnungen von Kreislaufkenngrößen wie Schlagvolumen, Schlagarbeit, Herzzeitvolumen, Herzleistung, Sauerstoffverbrauch und die Berechnung des totalen peripheren Widerstands und mehr ermittelt. Des Weiteren wird über FFT (Fast Fourier Transform) die Frequenzdomain des EKG, des IKG und der Atmung analysiert und u. a. die Herzfrequenzvariabilität ermittelt.By Analysis of the basic data as well as the temporal allocation of all signal sources with each other further calculations of cycle characteristics such as stroke volume, stroke work, cardiac output, cardiac output, Oxygen consumption and the calculation of total peripheral resistance and more determined. Furthermore, FFT (Fast Fourier Transform) analyzes the frequency domain of the ECG, IKG and respiration and u. a. determines the heart rate variability.

Die Anzeige der Daten erfolgt auf einem Satellitenrechner, einem Laptop oder ortsfesten PC.The The data is displayed on a satellite computer, a laptop or fixed PC.

Teilprogramme des Programmpakets BIOEXPERT auf dem Satellitenrechner unterscheiden bei Zustandsmeldungen zwischen technischen Fehlern des BIOSENSORs und pathophysiologischen Abweichungen der Signale von der Norm. Technische Störungen werden umgehend als Wartungshinweise weitergemeldet. Die Software erkennt über in ROM abgelegte Signalmuster von EKG, IKG und Atmung somatische Besonderheiten der jeweiligen Signale. Das Programm BIOEXPERT meldet Verdachtsdiagnosen, wenn sich die Musterkenngrößen der physiologischen Signale von der Norm entfernen.part programs of the program package BIOEXPERT on the satellite computer for status messages between technical errors of the BIOSENSOR and pathophysiological deviations of the signals from the norm. Technical malfunctions are immediately considered as maintenance instructions further reported. The software recognizes via ROM Signal pattern of ECG, ICG and respiratory somatic peculiarities of respective signals. The BIOEXPERT program reports suspected diagnoses when the pattern characteristics of the physiological Remove signals from the standard.

Über die verfügbaren Signalquellen, die u. a. Lageänderungen und Sprache zu detektieren erlauben, werden Spontanbewegungen und auf emotionale Reaktionen zurückzuführende Veränderungen der Hautdurchblutung ermittelt. Damit wird die Bewusstseinslage des Patienten abgeschätzt. BIOEXPERT berücksichtigt bei der diagnostischen Bewertung den Zustand reduzierter Spezifität. Pathophysiologische Abweichungen werden nur dann umgehend weitergemeldet, wenn die Plausibilitätsprüfung technische Fehler ausgeschlossen hat.Spontaneous movements and changes in the skin's circulation due to emotional reactions are determined via the available signal sources, which among other things allow to detect changes in position and speech. This is used to estimate the patient's state of consciousness. BIOEXPERT takes into account confirms the condition of reduced specificity in the diagnostic evaluation. Pathophysiological deviations are only reported immediately if the plausibility check has excluded technical errors.

Energiespeicherenergy storage

Für die Bereitstellung und Speicherung von Energie werden biegsame, der Körperform sich anpassende Akkumulatoren verwendet. Zusätzlich wird Energie aus Körperbewegungen und Temperaturunterschieden genutzt, um die Funktionsdauer des BIOSENSORs zu verlängern.For the provision and storage of energy become flexible, the body shape adaptive accumulators used. In addition, energy from body movements and Temperature differences used to increase the useful life of the BIOSENSOR to extend.

Aneinanderreihungsuccession

Wird ein weiterer BIOSENSOR z. B. am Bein appliziert und über ein Synchronisationskabel, das einfach über Druckknöpfe angeschlossen werden kann, gekoppelt, können regionale Unterschiede z. B. der Blutversorgung und des Flüssigkeitsgehalts und/oder der Aktivität der Willkürmuskulatur ermittelt werden.Becomes another BIOSENSOR z. B. applied to the leg and over a synchronization cable that simply push buttons can be connected, coupled, can be regional Differences z. B. the blood supply and the liquid content and / or the activity of the voluntary musculature become.

Datenübertragungdata transfer

Muster für Elektrokardiogramm, Körperlage, Bewegung, Herzspitzenstoß, Herzschall, Atmung und Sauerstoffsättigung, Hauttemperatur, Blutströmung, Flüssigkeitsgehalt, ein Schätzwert für akute Blutdruckveränderungen sowie die aus den Signalen errechneten Daten werden übertragen. Die Übertragung der Daten erfolgt kontinuierlich auf drahtlosem Wege. Kurze Ausfälle der Übertragung im Bereich bis zu einigen Minuten werden durch einen Zwischenspeicher überbrückt.template for electrocardiogram, body position, movement, Apex of the heart, heart sound, respiration and oxygen saturation, Skin temperature, blood flow, fluid content, an estimate for acute changes in blood pressure as well as the calculated from the signals data are transmitted. The transmission of the data takes place continuously on wireless Ways. Short failures of transmission in the area Up to a few minutes are bridged by a buffer.

Die Informationen, die übertragen werden, werden verschlüsselt und mit dem Zeitversatz zweier Herzschläge gesendet.The Information that is transmitted is encrypted and sent with the time offset of two heartbeats.

Satellitenrechnersatellite computer

Mit dem Programmpaket BIOEXPERT können auf einem Satellitenrechner gleichzeitig die Signale von mindesten 20 Personen aufgenommen, angezeigt und gespeichert werden.With The program package BIOEXPERT can be run on a satellite computer at the same time the signals of at least 20 people were recorded, be displayed and saved.

Über die Nutzung der Option einer Fernübertragung der physiologischen Signale ins Internet und durch Bewertung der Signale durch geschultes Personal (Telemedizin) wird die Fehlerrate weiter reduziert.about the use of the option of remote transmission of the physiological Signals to the Internet and by evaluation of the signals by trained Personnel (telemedicine) will further reduce the error rate.

Anwendungapplication

Das hoch integrierte Produkt ist als Multifunktionselektrode (BIOSENSOR) vorgesehen zur Applikation auf der Haut. Der BIOSENSOR beginnt sofort nach dem Aufkleben die Vitaldaten drahtlos auf einen Satellitenrechner, einen Laptop oder einen ortsfesten PC zu übertragen.The highly integrated product is as multifunctional electrode (BIOSENSOR) intended for application on the skin. The BIOSENSOR starts immediately after attaching the vital data wirelessly to a satellite computer, to transfer a laptop or a fixed PC.

Der präparatorische Aufwand ist minimal. Das Aufreißen der Verpackung aktiviert das Energiemodul und der BIOSENSOR beginnt zu senden.Of the preparatory effort is minimal. The tearing the packaging activates the power module and the BIOSENSOR starts to send.

Auf schwach behaarter Haut kann der BIOSENSOR sofort nach einfacher Entfettung mit einem Alkoholtupfer aufgeklebt werden. Für eine korrekte Funktion muss eine elektrisch leitende Verbindung zur Haut, das Eindringen von Prüflicht in die Haut und die Ableitung von Körperschall aus der Haut hinreichend ungedämpft möglich sein. Wenn zum Aufkleben der Elektrode die Haare an der entsprechenden Stelle durch Rasur entfernt werden, eignet sich der BIOSENSOR auch für Untersuchungen am Tier.On weakly haired skin, the BIOSENSOR immediately after easier Degreasing be glued with an alcohol swab. For a correct function must be an electrically conductive connection to the skin, the penetration of test light into the skin and the derivation of structure-borne noise from the skin is sufficient be possible undamped. When to stick the Electrode the hair at the appropriate place by shaving away The BIOSENSOR is also suitable for examinations on the animal.

Der BIOSENSOR ist für Langzeitbeobachtung gedacht, da der flexible Träger aufgrund seiner geringen Bauhöhe und Flexibilität auf der Haut nicht stört. Der aufgeklebte BIOSENSOR löst kaum überschwellige taktile Hautreize aus. Auch erinnert keine Verkabelung ständig an sein Vorhandensein.Of the BIOSENSOR is intended for long-term observation because of the flexible Carrier due to its low height and flexibility on the skin does not bother. The glued BIOSENSOR triggers barely suprathreshold tactile skin stimuli. Also remembers no wiring constantly to its presence.

Der BIOSENSOR ist geeignet zur Erfassung und Überwachung von Elementarstörungen wie Störungen der Atmung (u. a. Lungenversagen, respiratorische Insuffizienz, Lungenembolie, Lungenödem), schweren Elektrolytstörungen bzw. Störungen der Körperflüssigkeitshomöostase, Störungen der Hämostase (Blutgerinnung), Schock (dazu gehören anaphylaktischer Schock, hypovolämer Schock, neurogener Schock, kardiogener Schock, septischer Schock) und gefährliche Herzfunktionsstörungen wie Herzrhythmusstörungen (Arrhythmien).Of the BIOSENSOR is suitable for capturing and monitoring of Elementary disorders such as respiratory disorders (u. a. Lung failure, respiratory failure, pulmonary embolism, Pulmonary edema), severe electrolyte disturbances or Disorders of body fluid homeostasis, Disorders of hemostasis (blood clotting), shock (These include anaphylactic shock, hypovolemic Shock, neurogenic shock, cardiogenic shock, septic shock) and dangerous cardiac dysfunctions such as cardiac arrhythmias (Arrhythmia).

Ein Spezialfall ist das Hegglin-Syndrom, ein Spezialfall der energetisch-dynamischen Herzinsuffizienz, wo metabolische Störungen des Herzmuskels den Prozess der Muskelfaserkontraktion beeinflussen. Beim Hegglin-Syndrom findet sich im EKG als Ausdruck einer Erregungsrückbildungsstörung ein verlängertes QT-Intervall mit relativer Verkürzung der mechanischen Systolendauer. Klinisch ist das Syndrom nur bei simultaner Registrierung von EKG und Herzschall (PKG) zu erkennen. Ein Hegglin-Syndrom liegt vor, wenn der zweite Herzton um mehr als 0,02 Sekunden vor dem Ende der T-Welle im EKG einfällt.One Special case is the Hegglin syndrome, a special case of energetic-dynamic Heart failure, where metabolic disorders of the heart muscle affect the process of muscle fiber contraction. Hegglin syndrome is found on the ECG as an expression of an arousal disorder a prolonged QT interval with relative shortening the mechanical systole duration. Clinically, the syndrome is only at simultaneous registration of ECG and cardiac sound (PKG). Hegglin syndrome occurs when the second heart sound is more than 0.02 seconds before the end of the T wave in the ECG.

Neben der kontinuierlichen Überwachung mit Alarmweiterschaltung erlaubt das Monitoring mit dem BIOSENSOR auch eine weitgehende Standardisierung der Messwertermittlung, da subjektive Fehler und technische Störungen weitgehend ausgeschlossen werden. Außerdem bietet das Softwarepaket BIOEXPERT Schnittstellen, über die die Messwerte weitergeleitet und automatisch z. B. in einem Patientendatenmanagementsystem dokumentiert werden können.Next Continuous monitoring with alarm forwarding Monitoring with the BIOSENSOR also allows extensive standardization the measurement, because subjective errors and technical faults be largely excluded. In addition, the software package offers BIOEXPERT interfaces via which the measured values are forwarded and automatically z. B. documented in a patient data management system can be.

Stand der TechnikState of the art

Als allgemein bekannt werden folgende Techniken und Verfahren angenommen:
hautverträgliche Klebstoffe, allergiearme, geschäumte Kunststoffe, Verfahren metallische Schichten und Halbleiter auf flexible Träger aufzubringen und durch Ätzung zu formen sowie die Technik der Mikroprozessoren und der drahtlosen Übertragung von Daten.
As generally known, the following techniques and methods are adopted:
Skin-friendly adhesives, low-allergen foamed plastics, methods of applying metallic layers and semiconductors to flexible substrates and forming by etching, as well as the technology of microprocessors and the wireless transmission of data.

Hinsichtlich der Energiespeicher wird ausgeführt, welchen Stand flexible Energiespeicher im Jahr 2008 erreicht.Regarding the energy storage is running, which stand flexible Energy storage achieved in 2008.

Nicht-invasiv erfassbare KörpersignaleNon-invasive detectable body signals

Derzeit werden unterschiedliche Körpersignale wie EKG, Herzschall, Pulswelle etc. über jeweils eigenständige Geräte von der Hautoberfläche abgegriffen, angezeigt und ausgewertet. Die einzelnen Signale sind allerdings sehr störanfällig. Werden mehrere von einander unabhängige Signale gleichzeitig abgegriffen, wird die Spezifität und Sensitivität der abgeleiteten Diagnostik bei so vernetzten Abgriffen mehrerer Signale um Größenordnungen verbessert.Currently be different body signals such as ECG, heart sound, Pulse wave etc. on each separate devices taken from the skin surface, displayed and evaluated. However, the individual signals are very susceptible to interference. Become several independent signals simultaneously Tapped, the specificity and sensitivity the derived diagnostics in such networked taps of several Signals improved by orders of magnitude.

Heutzutage erlauben die eingesetzten Geräte aufgrund ihrer Größe und der Größe der Signalwandler nur einen konsekutiven Einsatz. Mit jedem zusätzlichen auf der Haut angebrachten Sensor wird vom Patienten ein höheres Maß an Kooperation verlangt. Zudem wird durch die zusätzliche Verkabelung die Bewegungsfähigkeit des Patienten mehr und mehr eingeschränkt. Verkabelung und Anforderungen an die Mitarbeit eines Patienten vermindern aber die Komplianz nicht-invasiver Diagnostik drastisch. Eine entsprechende Mitarbeit des Versuchsobjekts bzw. eines Patienten ist derzeit nur unter Laborbedingungen gewährleistet und nur hier lassen sich derzeit die Vorteile der Vernetzung mehrerer Signalquellen sicher nutzen.nowadays allow the devices used because of their size and the size of the signal converter only a consecutive Commitment. With every extra attached on the skin Sensor will give the patient a higher level of cooperation required. In addition, by the additional wiring the mobility of the patient more and more restricted. Reduce cabling and patient collaboration requirements but the compliance of non-invasive diagnostics drastically. A corresponding Cooperation of the test object or a patient is currently only guaranteed under laboratory conditions and only left here the advantages of networking multiple signal sources safe use.

Langzeit-EKG ÜberwachungLong-term ECG monitoring

Ein Langzeit-EKG wird heutzutage von auf den Brustkorb geklebten Elektroden kontinuierlich auf einen Kassetten- oder Festspeicherrecorder übertragen, der am Gürtel oder um den Hals getragen wird. Die älteren analog aufzeichnenden Bandkassetten-Geräte ähneln einem Walkman und wiegen etwa 150–220 Gramm. Moderne Geräte speichern digital auf Festplatten, Speicherkarten oder vergleichbaren Speichermedien. Sie wiegen etwa 100–120 Gramm und erlauben eine Aufzeichnungsdauer von bis zu einer Woche. Nach Ende der Aufzeichnung werden die Daten computergestützt ausgewertet, wobei durchschnittlich etwa 100.000 Herzaktionen pro 24 Stunden erkannt und analysiert werden müssen.One Long-term ECG is used today by electrodes taped to the chest continuously transferred to a cassette or memory recorder, which is worn on the belt or around the neck. The older similar to analog recording tape cassette devices a walkman and weigh about 150-220 grams. Modern devices Store digitally on hard drives, memory cards or comparable Storage media. They weigh about 100-120 grams and allow a recording time of up to one week. After the end of the recording the data are evaluated computer-aided, whereby average About 100,000 heart actions per 24 hours are detected and analyzed Need to become.

Kardiales Kurzzeit EreignisCardiac short-term event

Für Kurzzeitereignisse gibt es kleine digitale Aufzeichnungsgeräte von der Größe eines Klapptelefons, die vom Patienten mitgeführt werden können. Beim Auftreten von Symptomen wie Herzrasen oder Herzstolpern drückt der Patient das Gerät auf die Haut im Brustbereich und kann so eine EKG-Aufzeichnung über einige Minuten auslösen. Auch für Kurzzeitereignisse gibt es Langzeitspeicher, die EKG Signale über Hautelektroden dauerhaft aufzeichnen. Diese Übertragungssysteme löschen die Aufzeichnung aber meist nach einer Minute wieder. Nur vorprogrammierte spezielle EKG-Ereignisse und vom Patienten durch Tastendruck markierte EKG-Episoden werden dauerhaft gespeichert.For Short-term events, there are small digital recording devices the size of a folding phone, that of the patient can be carried. When symptoms occur like palpitations or heart stumbling, the patient pushes that Device on the skin in the chest area and so can do an ECG recording over trigger a few minutes. Also for short-term events There is long-term memory, the ECG signals via skin electrodes record permanently. Delete these transmission systems the record but usually after a minute again. Only preprogrammed special ECG events and marked by the patient by pressing a button ECG episodes are stored permanently.

Etwa seit der Jahrtausendwende sind neue Aufzeichnungs- und Übertragungstechniken verfügbar, welche die Möglichkeiten zur Aufzeichnung und Therapie auch sehr seltener Rhythmusstörungen weiter verbessert haben.Since about the turn of the millennium, new recording and transmission techniques are available, which have further improved the possibilities for recording and therapy of even very rare arrhythmias.

Implantierbare Recorder können EKG-Episoden über mehrere Jahre ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Patienten aufzeichnen, die Abfrage dieser Recorder erfolgt drahtlos. Die Geräte selbst und das Risiko der operativen Implantation sind mit denen der Herzschrittmachertherapie vergleichbar. Sie fallen aber unter den Begriff der invasiven Diagnostik.implantable Recorders can record ECG episodes over several years without significant patient impairment, the query of these recorders takes place wirelessly. The devices itself and the risk of surgical implantation are with those comparable to pacemaker therapy. They fall under the concept of invasive diagnostics.

Spezielle Handys mit EKG-Elektroden können auf die Brustwand aufgesetzt werden und ein aktuelles EKG an eine Notrufzentrale senden. Vor und nach der EKG-Übertragung lassen sich über die übliche Sprechverbindung Symptome abfragen und Therapiehinweise vermitteln. Bei Bedarf kann der Aufenthaltsort des Patienten ermittelt und ein Rettungseinsatz ausgelöst werden.Specific Cell phones with ECG electrodes can be placed on the chest wall and send a current ECG to an emergency center. In front and after ECG transmission can be over the usual intercommunication query symptoms and therapeutic advice convey. If necessary, the whereabouts of the patient can be determined and a rescue mission will be triggered.

Beschleunigungacceleration

Zur Schalldetektion für Sprache und Körperschall sowie zur Erfassung von Körperlage und Bewegung werden miniaturisierte Beschleunigungssensoren benutzt. In den letzten Jahren haben miniaturisierte Beschleunigungssensoren zunehmend an Bedeutung erlangt. Es sind mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS). Sie werden u. a. aus Silizium hergestellt. Diese Sensoren sind Feder-Masse-Systeme, bei denen die ”Federn” nur wenige Mikromillimeter breite Stege sind und die Masse z. B. aus Silizium hergestellt ist. Durch die Auslenkung bei Beschleunigung oder Schall kann zwischen dem gefedert aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung der elektrischen Kapazität gemessen werden. Der gesamte Messbereich überstreicht eine Kapazitätsänderung von nur ca. 1 pF. Daher muss die Elektronik zur Auswertung dieser kleinen Kapazitätsänderung gleich auf demselben Halbleiterbaustein integriert werden.to Sound detection for speech and structure-borne sound as well to capture body position and movement are miniaturized Acceleration sensors used. In recent years have miniaturized Acceleration sensors have become increasingly important. There are micro-electro-mechanical systems (MEMS). You will u. a. made of silicon produced. These sensors are spring-mass systems in which the "feathers" only a few micro-millimeters wide Are webs and the mass z. B. is made of silicon. By the Deflection in acceleration or sound can be sprung between the suspended part and a fixed reference electrode a change the electrical capacity to be measured. The whole Measuring range covers a capacity change of only about 1 pF. Therefore, the electronics for the evaluation of this small capacity change right on the same Semiconductor device to be integrated.

Für die Herstellung dieser Sensoren werden die Masse und die kleinen Federn z. B. mittels Fotolithografie aus der Grundsubstanz herausgeätzt. Um eine freitragende Struktur zu erhalten, wird eine darunterliegende Schicht ebenfalls durch Ätzen entfernt.For The manufacture of these sensors will be the mass and the small ones Springs z. B. etched by means of photolithography from the ground substance. In order to obtain a self-supporting structure, an underlying one becomes Layer also removed by etching.

Diese Beschleunigungssensoren haben den Vorteil relativ geringer Stückkosten und hoher Zuverlässigkeit. Auf Grund der geringen Größe zeichnen sie sich auch durch hohe Messgeschwindigkeit aus. Der Frequenzgang reicht von 0 Hz bis in den kHz Bereich. Es lassen sich somit Bewegungen, Körperschall und Sprache detektieren. Auf Grund ihrer Zuverlässigkeit werden sie z. B. zur Auslösung von Airbags in Fahrzeugen eingesetzt.These Acceleration sensors have the advantage of relatively low unit costs and high reliability. Due to the small size They are also characterized by their high measuring speed. The frequency response ranges from 0 Hz to the kHz range. It can thus movements, Detecting structure-borne noise and speech. Because of their reliability they are z. B. used to trigger airbags in vehicles.

Auskultationauscultation

Die Beschleunigungsmesser werden auch für die Auskultation sowie für die Impulsmessung des Herzspitzenstoßes verwendet.The Accelerometers are also used for auscultation as well as for the impulse measurement of the Herzspitzenstoßes used.

Lichtabsorptionlight absorption

Takatani hat 1987 einen optischen Sensor mit LEDs zur nicht-invasiven Ermittlung der Sauerstoffsättigung zum Patent angemeldet [Patent Nr.: JP62251662A , Takatani 1987].In 1987, Takatani filed a patent for an optical sensor with LEDs for non-invasive determination of oxygen saturation [patent no. JP62251662A , Takatani 1987].

Die in dieser Vorrichtung verwendeten Sendedioden gehören der Gruppe der superhellen LEDs an, um eine hohe Lichtintensität in Haut und Blut senden zu können. (Beispiel Super Bright LEDs, Inc-St. Louis, Missouri, USA; www.superbrightleds.com ) Die Intensität des reflektierten Lichtes der drei LED wird über eine PIN-Photodiode detektiert.The transmitting diodes used in this device belong to the group of super bright LEDs in order to be able to transmit a high light intensity in skin and blood. (Example Super Bright LEDs, Inc St. Louis, Missouri, USA; www.superbrightleds.com The intensity of the reflected light of the three LEDs is detected via a PIN photodiode.

Im Vergleich zu anorganischen Leuchtdioden lassen sich organischen Leuchtdioden (OLED) kostengünstiger und für jede Wellenlänge herstellen. Ihre begrenzte Lebensdauer spielt bei einer Einsatzdauer von weniger als 50 Std. keine Rolle.in the Compared to inorganic light-emitting diodes can be organic Light-emitting diodes (OLED) cost-effective and for each Create wavelength. Your limited lifespan is playing for a service life of less than 50 hrs. No matter.

OLEDs und PIN-Photodioden sind Bauelemente der Mikroelektronik, die in unterschiedlichsten Ausführungsformen kommerziell erwerbbar sind.OLEDs and PIN photodiodes are components of microelectronics used in various embodiments commercially available are.

Teile obiger Ausführungen sind dem Federal Standard 1037C , entnommen. Das „Glossary of Telecommunication Terms” ist ein US Standard, herausgegeben durch die ”General Services Administration”. Der Standard wurde 2001 überarbeitet durch ”American National Standard T1.523-2001, Telecom Glossary 2000” . Der Standard wird publiziert durch „Alliance for Telecommunications Industry Solutions” (ATIS).Parts of the above are the Federal Standard 1037C taken from. The "Glossary of Telecommunication Terms" is a US standard issued by the General Services Administration. The standard was revised in 2001 by "American National Standard T1.523-2001, Telecom Glossary 2000" , Of the Standard is published by Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS).

Temperaturtemperature

Zur Temperaturmessung wird die elektrische Widerstandsänderung einer Platinschicht genutzt. Die Platin-Temperatursensoren werden durch ihren Nennwiderstand R0 bei einer Temperatur von 0°C charakterisiert. Eingesetzt wird Pt 1000 (R0 = 1 kΩ). Die Charakteristik der Widerstandsänderung ist in DIN IEC 60751 festgelegt.For temperature measurement, the electrical resistance change of a platinum layer is used. The platinum temperature sensors are characterized by their nominal resistance R 0 at a temperature of 0 ° C. Pt 1000 (R 0 = 1 kΩ) is used. The characteristic of the resistance change is in DIN IEC 60751 established.

Das Platin wird im Dünnschichtverfahren mäanderförmig auf einen Träger aufgebracht. Nach dem Bonden der Anschlussdrähte und dem Abgleich des Nennwiderstands durch Lasertrimmen wird die Platinschicht mit einem Überzug versehen, um sie vor chemischen Einflüssen zu schützen.The Platinum is meandering in the thin-film process applied to a support. After bonding the connecting wires and the adjustment of the nominal resistance by laser trimming is the Platinum layer provided with a coating to protect against chemical To protect influences.

Impedanzimpedance

Für die Körperimpedanz wird ein geringer aber konstanter Wechselstrom über zwei Stromelektroden in den Körperabschnitt eingespeist und über zwei Binnenelektroden werden die Spannungsänderung am Körperabschnitt abgegriffen. Dadurch wird z. B. ein Abschnitt des Thorax in ein konstantes Wechselstromfeld hoher Frequenz gebracht. Spannungsänderungen, die über die Binnenelektroden abgegriffenen werden, entsprechen Impedanzänderungen im Stromkreis während des kardialen Zykluses und der Atmung. Die Impedanzänderungen wiederum sind Folge von Volumenverschiebungen, die im kardialen Zyklus mit dem Schlagvolumen des Herzens und bei der Atmung mit dem Atemzugvolumen korrelieren.For the body impedance becomes a low but constant alternating current two current electrodes fed into the body section and over two internal electrodes are the voltage change tapped on the body section. This z. B. a Section of the thorax into a constant alternating field of high frequency brought. Voltage changes across the internal electrodes be tapped, correspond to changes in impedance in the Circuit during the cardiac cycle and breathing. The impedance changes, in turn, are the result of volume shifts, in the cardiac cycle with the stroke volume of the heart and at respiration with the tidal volume.

Mikroprozessormicroprocessor

Eine Vielzahl stromsparender Mikrocontroller sind auf dem Markt, die weniger als 1 mA im Betriebszustand verbrauchen. Beispiel: Low-current Microcontroller ATAR080 der Firma Atmel Corporation 2325 Orchard Parkway San Jose, CA 95131; USA www.atmel.com/literature . Der Mikrocontroller enthält u. a. RAM, ROM, A/D Wandler etc. und Sensoren, die den jeweiligen Funktionszustand melden.A variety of power-saving microcontrollers are on the market that consume less than 1 mA in the operating state. Example: Low-current microcontroller ATAR080 from Atmel Corporation 2325 Orchard Parkway San Jose, CA 95131; USA www.atmel.com/literature , The microcontroller contains among other things RAM, ROM, A / D converter etc. and sensors, which report the respective functional condition.

Datenverschlüsselungdata encryption

Wi-Fi Protected AccessTM-2 (WPA2) und Wi-Fi Multimedia sind Beispiele der Verschlüsselungstechnik von morgen.Wi-Fi Protected Access TM- 2 (WPA2) and Wi-Fi Multimedia are examples of tomorrow's encryption technology.

WLANWIRELESS INTERNET ACCESS

Der ”Power chip” AWL6951 sei hier als Beispiel genannt. Er wird vertrieben von der Firma ANADIGICS, Inc. 141 Mount Bethel Road Warren, 07059 New Jersey, USA, www.anadigics.com .The "Power chip" AWL6951 is mentioned here as an example. It is sold by ANADIGICS, Inc. 141 Mount Bethel Road Warren, 07059 New Jersey, USA. www.anadigics.com ,

Er ist 4 × 4 × 1,3 mm groß und er verbraucht ca. 200 mA beim Senden. Dabei beträgt seine Datenrate 56 Mbps und die Reichweite in Gebäuden ist größer als 20 m. Bei einer Übertragungsrate von weniger als 50 kbps wie beim BIOSENSOR beträgt seine Sendehäufigkeit nur 1 Promille.He is 4 × 4 × 1.3 mm and he consumes about 200 mA when sending. Its data rate is 56 Mbps and the range in buildings is bigger than 20 m. At a transfer rate of less than 50 kbps as with the BIOSENSOR is its transmission frequency only 1 per thousand.

Energiespeicherenergy storage

Papierdünne flexible wiederaufladbare Batterien speichern ca. 100 mAh bei einer Spannung von 0,8 V. (Photocrosslinked nitroxide polymer cathode-active materials for application in an organic-based paper battery; Takeo Suga, Hirnaki Konishi and Hiroyuki Nishide).paper Thin Flexible rechargeable batteries store about 100 mAh at one Voltage of 0.8 V. (Photocrosslinked nitroxide polymer cathode-active materials for application in an organic-based paper battery; Takeo Suga, Hirnaki Konishi and Hiroyuki Nishide).

Ein entsprechender Artikel wurde erstmals veröffentlicht als „Advance Article” im WEB am 12. Februar 2007 . Für einen Bedarf von 2 Ah bei 3,2 V errechnen sich ca. 80 g für eine solche Batterie.A corresponding article was first published as "Advance Article" on WEB on February 12, 2007 , For a requirement of 2 Ah at 3.2 V, approximately 80 g are calculated for such a battery.

1: Blockschaltbild und Überblick über die Module im „Smart Vital Sensor” und dem Satellitenrechner (Laptop) 1 : Block diagram and overview of the modules in the "Smart Vital Sensor" and the satellite computer (laptop)

  • (1) Träger mit Sensoren; (2) Laptop (Satellitenrechner) für Anzeige und Datenspeicherung; (3) weitere Rechner im Netz für Expertensystem und Archivierung ( 1 ) Carrier with sensors; ( 2 ) Laptop (satellite computer) for display and data storage; ( 3 ) further computers in the network for expert system and archiving

Der Quellcode für die Mikroprozessoren 1 bis n zur Ansteuerung der Primärwandler sowie die Software für Anzeige und Auswertung auf dem Satellitenrechner (Laptop) bilden zusammmen mit den jeweiligen Signalwandlern das Ansteuerverfahren und Auswerteverfahren und „Smart Vital Expert”The source code for the microprocessors 1 to n for controlling the primary converter and the softwa re for display and evaluation on the satellite computer (laptop) form together with the respective signal transducers the control method and evaluation method and "Smart Vital Expert"

2: Blockschaltbild des flexiblen Trägers; 2 : Block diagram of the flexible carrier;

  • (1) Stromelektroden; (2) Binnenelektroden; (3) flexibler Träger; (4) Peltier-Stromregler; (5) EKG Niederfrequenzverstärker; (6) EKG Mittelfrequenzverstärker; (7) Beschleunigungssensorenarray; (8) Verstärker; (9) LED Funktionsanzeige; (10) LED Array; (11) LED Verstärker; (12) Lichtempfängersensor (PIN Diode); (13) Temperatursensor; (14) WLAN Sendemodul; (15) Antenne; (16) Impedanzverstärker für Frequenzen 1 bis 7; (17) Differenzierverstärker; (18) Phasendetektor für Frequenzen 1 bis 7; (19) Frequenzgenerator; (20) aktive Schirmung; (21) Druckknopf; (22) Mikroprozessor MP 1 bis MP n( 1 ) Current electrodes; ( 2 ) Internal electrodes; ( 3 ) flexible carrier; ( 4 ) Peltier current regulator; ( 5 ) ECG low frequency amplifier; ( 6 ) ECG mid-frequency amplifier; ( 7 ) Acceleration sensor array; ( 8th ) Amplifier; ( 9 ) LED function display; ( 10 ) LED array; ( 11 ) LED amplifier; ( 12 ) Light receiver sensor (PIN diode); ( 13 ) Temperature sensor; ( 14 ) WLAN transmitter module; ( 15 ) Antenna; ( 16 ) Impedance amplifier for frequencies 1 to 7; ( 17 ) Differentiating amplifier; ( 18 ) Phase detector for frequencies 1 to 7; ( 19 ) Frequency generator; ( 20 ) active shielding; ( 21 ) Push button; ( 22 ) Microprocessor MP 1 to MP n

3: Abmessungen und Ansichten des flexiblen Trägers; 3 : Dimensions and views of the flexible beam;

  • (1) Stromelektroden; (2) Binnenelektroden; (3) flexibler Träger; (7) Schallöffnungen für Beschleunigungssensorarray; (8) Verstärker; (9) LED Funktionsanzeige; (10) LED Array; (12) Glasdurchführung für Lichtempfängersensor; (13) Temperatursensor; (20) Schirmung; (21) Druckknopf; (23) Batterie( 1 ) Current electrodes; ( 2 ) Internal electrodes; ( 3 ) flexible carrier; ( 7 ) Sound openings for accelerometer array; ( 8th ) Amplifier; ( 9 ) LED function display; ( 10 ) LED array; ( 12 ) Glass feedthrough for light receiver sensor; ( 13 ) Temperature sensor; ( 20 ) Shielding; ( 21 ) Push button; ( 23 ) Battery

4: Kühlprinzip des jeweils ersten Verstärkerelements;
oberer Teil der Abbildung: gekühlter Spannungsabgriff für Impedanz-Eingangsverstärker
unterer: Teil der Abbildung: Lichtschleuse aus Glas für gekühlte PIN-Diode
4 : Cooling principle of the respective first amplifier element;
upper part of the figure: cooled voltage tap for impedance input amplifier
lower: Part of the figure: Glass light lock for cooled PIN diode

  • (1) Stromelektrode; (2) Binnenelektrode (Teil); (3) flexibler Träger; (24) lichtempfindliche Schicht der PIN Diode; (25) NaCl Gelpad, getränkt mit Detergenzien zur Entfettung der Haut etc.; (26) Silberchlorid; (27) metallisches Silber als Element der Peltier-Kaskade; (28) Titanverbindung als elektrischer Leiter aber schlechter Wärmeleiter, (29) metallisches Silber; (30) n-dotiertes Wismut-Tellurid; (31) p-dotiertes Wismut-Tellurid; (32) Hohlraum (Vakuum); (33) Transistorbasis des Impedanz-Eingangsverstärker; (34) kapazitive Kopplung; (35) Peltierstromkreis( 1 ) Current electrode; ( 2 ) Internal electrode (part); ( 3 ) flexible carrier; ( 24 ) photosensitive layer of the PIN diode; ( 25 ) NaCl gel pad, soaked with detergents to degrease the skin etc .; ( 26 ) Silver chloride; ( 27 ) metallic silver as an element of the Peltier cascade; ( 28 ) Titanium compound as an electrical conductor but poor heat conductor, ( 29 ) metallic silver; ( 30 ) n-doped bismuth telluride; ( 31 ) p-doped bismuth telluride; ( 32 ) Cavity (vacuum); ( 33 ) Transistor base of the impedance input amplifier; ( 34 ) capacitive coupling; ( 35 ) Peltier circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - JP 62251662 A [0100] - JP 62251662A [0100]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - www.superbrightleds.com [0101] - www.superbrightleds.com [0101]
  • - Federal Standard 1037C [0104] - Federal Standard 1037C [0104]
  • - ”American National Standard T1.523-2001, Telecom Glossary 2000” [0104] - "American National Standard T1.523-2001, Telecom Glossary 2000" [0104]
  • - DIN IEC 60751 [0105] - DIN IEC 60751 [0105]
  • - www.atmel.com/literature [0108] - www.atmel.com/literature [0108]
  • - www.anadigics.com [0110] - www.anadigics.com [0110]
  • - „Advance Article” im WEB am 12. Februar 2007 [0113] - "Advance Article" on WEB on February 12, 2007 [0113]

Claims (14)

Verfahren zur potentialfreien Erfassung und Auswertung von Messwerten zur Bestimmung und/oder Überwachung von Vitalfunktionen beim Menschen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem flexiblen Trägerelement Elektroden, Messelemente oder -sensoren, eine elektrische Energiequelle und Elektronik zur Verarbeitung und Übertragung der Messwerte vereinigt werden, dass das flexible Trägerelement für die Dauer der Messwerterfassung am Körper der zu untersuchenden Person aufgelegt und befestigt, z. B. aufgeklebt wird, und dass die verarbeiteten Messsignale drahtlos von dem Trägerelement zu einer Signal-Auswertungseinrichtung und/oder zu einer Anzeige übertragen werden.Method for the potential-free detection and evaluation of measured values for the determination and / or monitoring of vital functions in humans, characterized in that in a flexible carrier element electrodes, measuring elements or sensors, an electrical energy source and electronics for processing and transmitting the measured values are combined flexible support member placed and fixed on the body of the person to be examined for the duration of the measured value recording, z. B. is glued, and that the processed measurement signals are transmitted wirelessly from the carrier element to a signal evaluation device and / or to a display. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Stromelektroden ein eingeprägter Strom (kontinuierlicher Strom) im Messbereich, d. h. im Bereich der Hautoberfläche, auf der das aufgeklebten Trägerelement aufliegt, hervorgerufen wird und dass mit Hilfe weiterer Elektroden (Binnenelektroden) die Impedanz des Körperabschnitts und/oder Impedanzänderungen bestimmt werden.Method according to claim 1, characterized in that that with the help of current electrodes an impressed current (continuous current) in the measuring range, d. H. in the area of the skin surface, on which the adhesive carrier element rests, caused and that with the help of further electrodes (internal electrodes) the Impedance of the body portion and / or impedance changes be determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement mit Messelementen oder -sensoren zur Erfassung aller oder einiger der folgenden Körpersignale oder Vitalinformationen ausgerüstet wird: Beschleunigungssignale für Lage und Bewegung der Person, Schallsignale, Lichtreflexionssignale und -signaländerungen, Temperatur und Temperaturänderungen, Frequenzabhängigkeit der Impedanz, und dass diese Messsignale simultan und vollständig autark ohne eine Verbindung zu einer externen Energiequelle abgeleitet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the carrier element with measuring elements or sensors to detect all or some of the following body signals or vital information is equipped: acceleration signals for position and movement of the person, sound signals, light reflection signals and signal changes, temperature and Temperature changes, Frequency dependence of the impedance, and that this Measurement signals simultaneous and completely self-sufficient without a connection be derived to an external energy source. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese im wesentlichen aus einem flexiblen, am Körper der zu untersuchenden Person für die Dauer der Untersuchung anzubringendem, z. B. aufzuklebenden Trägerelement besteht, das mit Stromelektroden und Messelektroden, mit Messelementen und/oder Messsensoren, mit einer elektrischen Energiequelle oder einem Energiespeicher, mit elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung und/oder Wandlung der Messsignale und mit einer Signalübertragungseinrichtung ausgerüstet ist, die die Messdaten und/oder von den Messdaten abgeleitete Signale und Informationen drahtlos zu einer Signal-Auswertungseineinrichtung und/oder zu einer Anzeige weiterleitet.Apparatus for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that it consists essentially of a flexible, on the body of the person to be examined for the Duration of the investigation to be attached, z. B. adhesive carrier element consists of current electrodes and measuring electrodes, with measuring elements and / or measuring sensors, with an electrical energy source or an energy storage, with electronic circuits for processing and / or conversion of the measurement signals and equipped with a signal transmission device is the measurement data and / or signals derived from the measurement data and information wirelessly to a signal evaluation device and / or to an ad. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Trägerelement aus einem hautverträglichem Trägermaterial besteht und Abmessungen folgender Größenordnung ausweist: Länge 10 bis 50 cm; Breite 1 bis 10 cm; Dicke 0,5 bis 2 cmDevice according to claim 4, characterized in that that the flexible support element made of a skin-friendly Carrier material exists and dimensions of the following order of magnitude identifies: Length 10 to 50 cm; Width 1 to 10 cm; Thickness 0.5 to 2 cm Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trägerelement als Signalübertragungseinrichtung ein Sendemodul Integriert ist, das bis zu 48 Std. senden kann.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that in the carrier element as signal transmission device a transmitter module is integrated, which can send up to 48 hours. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Messsignale durch Bündelung von Messsignalen verschiedener Quellen redundante Informationen gewonnen werden und dass diese redundanten Informationen zu Plausibilitätsüberprüfungen herangezogen werden.Device according to one or more of the claims 4 to 6, characterized in that in the evaluation of the measurement signals by bundling measurement signals from different sources redundant information is obtained and that these are redundant Information on plausibility checks be used. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus zwei oder mehreren der elastischen Trägerelementen besteht, die durch Druckknöpfe, Klettverschluss oder dergl. miteinander elektrisch und über die Signalauswerte-Einrichtung datentechnisch gekoppelt sind.Device according to one or more of the claims 4 to 7, characterized in that these two or more consists of the elastic support elements, which by push buttons, Velcro or the like with each other electrically and over the signal evaluation device are coupled by data technology. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Elektroden, der Messelemente oder -sensoren und/oder der Bausteine der elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung und/oder Wandlung der Messsignale, insbesondere der Verstärkerstufen, mit Kühleinrichtungen, z. B. auf Basis des Peltier-Effektes, versehen sind.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that some of the electrodes, the Measuring elements or sensors and / or the components of the electronic Circuits for processing and / or conversion of the measurement signals, in particular the amplifier stages, with cooling devices, eg. B. based on the Peltier effect, are provided. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle möglichen Permutationen zwischen den fünf unabhängigen Signalquellen Körperspannung, Beschleunigung (inklusive Schall), Lichtabsorption, Temperatur und elektrische Impedanz zur Auswertung frei selektiert und ausgewertet werden können.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that all possible permutations between the five independent signal sources body voltage, Acceleration (including sound), light absorption, temperature and electrical impedance freely selected for evaluation and evaluated can be. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kopplung mehrerer BIOSENSORen zusätzliche Laufzeiten für die Ermittlung von Blutdruckänderung in den entsprechenden Körperregionen erhalten werden können.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that by coupling several BIOSENSORen additional terms for the determination of Blood pressure change in the corresponding body regions can be obtained. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kopplung mehrerer BIOSENSORen regionale Flüssigkeitsgehalte ermittelt werden können.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that by coupling several BIOSENSORen regional liquid contents can be determined. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kopplung mehrerer BIOSENSORen regionale Strömungsverhältnisse ermittelt werden können.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that by coupling several BIOSENSORen regional flow conditions are determined can. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Platzierung weiterer BIOSENSORen am Bein Aktivitäten der Willkürmuskulatur bzw. der Antigravitationsmuskulatur ermittelt werden können.Device according to one or more of the claims 4 to 8, characterized in that by placing more BIOSENSORS on the leg Activities of the voluntary musculature or the antigravity muscles can be determined.
DE102008037919A 2008-08-14 2008-08-14 Method for potential-free detection and evaluation of measurement value for determining and/or monitoring vital function of human, involves wirelessly transmitting processed measurement signals from carrier element to signal evaluation unit Ceased DE102008037919A1 (en)

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