DE102009042769A1

DE102009042769A1 - Verfahren und Vorrichtung zur telemetrischen Bestimmung von menschlichen oder tierischen Oberflächentemperaturen und zur Steuerung von Therapieverfahren mit Einbringen von elektromagnetischem Energieeintrag in den Körper

Info

Publication number: DE102009042769A1
Application number: DE200910042769
Authority: DE
Inventors: Reinhold Prof. Dr. med. Berz; Julian Pablo Berz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur halb- bzw. vollautomatischen Kontrolle und Steuerung von medizinischen Anwendungen, die für einen therapeutischen Energieeintrag in den menschlichen oder tierischen Organismus sorgen (z. B. UV- oder sichtbares Licht, Infrarotstrahlung, Mikrowellen oder Radiowellenapplikationen), vorgeschlagen. Eine Messvorrichtung erfasst die Oberflächentemperatur über der behandelten Körperregion. Beim Erreichen eines für jede Therapievariante einstellbaren spezifischen oberen und unteren Schwellenwertes gibt die Messvorrichtung ein Signal, damit der Therapeut seine Behandlung bedarfsgemäß variieren kann (ein- oder ausschalten, abgestuft oder stufenlos die Intensität erhöhen oder erniedrigen). Zusätzlich kann die Messvorrichtung über ein Datenkabel die Messwerte an einen Computer schicken, wo sie mithilfe eines Computerprogramms analysiert werden. Das Programm steuert gleichzeitig über eine Schnittstelle ein Relais bzw. eine Regelvorrichtung, welches die therapeutische Bestrahlungs- resp. Befeldungseinheit ein- und ausschaltet bzw. die Bestrahlungs- oder Befeldungsintensität abgestuft oder stufenlos hoch- oder herunterreguliert. Dadurch entsteht ein sich selbst steuernder, rückgekoppelter therapeutischer Funktions- oder Regelkreis.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur zuverlässigen berührungslosen Messung der Oberflächentemperatur bei Menschen und Tieren im Rahmen von therapeutischer Zufuhr von Energie mittel elektromagnetischer Felder bzw. Strahlen. Die Messgröße wird an zuvor eingestellten oberen und unteren Schwellenwerten ausgerichtet und signalisiert dem Therapeuten die Notwendigkeit für das Hoch- und Herunterregulieren der Behandlungsintensität. Durch ein mit der Erfindung gekoppeltes weiteres erfindungsgemäßes Verfahren und eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung übernimmt ein Computer die Messwerte, und ein spezielles Computerprogramm vergleicht sie mit frei definierbaren oberen und unteren Schwellenwerten. Beim Erreichen eines dieser Schwellenwerte wird über eine aus dem Computer zu einer Schalt- bzw. Steuerbox herausführende Datenleitung das energiezuführende Gerät ein- und ausgeschaltet bzw. abgestuft oder stufenlos in seiner Intensität geregelt.
Bisher gibt es im Rahmen der physikalischen Medizin keine Möglichkeit, die direkten Folgen von Energieeintrag durch elektromagnetische Wellen, Felder und Strahlen zeitnah und graduell zu erkennen. Die direkte und meist therapeutisch gewünschte Wirkung dieses Energieeintrags ist eine lokale, regionale oder systemische Erwärmung (Thermotherapie). Eingesetzt werden z. B. UV-Strahlen, sichtbares Licht verschiedener Wellenlänge, Infrarotstrahlen, Mikrowellen oder Radiowellen. Als Spezialanwendung kommen noch Laser unterschiedlicher Wellenlängen zum Einsatz.
Nach derzeitigem Stand der Technik bestimmt sich die Dosierung des jeweiligen Energieeintrags nach allgemeinen Angaben wie Herstellerempfehlungen, Lehrbüchern, ärztlicher Erfahrung oder der Rückmeldung oder Beobachtung des Patienten (Unruhe, Befindlichkeitsstörungen, Hitzewallungen etc.). Wesentlicher Nachteil des gegenwärtigen Stands der Technik ist, dass die Anwendung sozusagen „blind” erfolgt, weil die direkten Wirkungen nicht festgestellt oder gar quantifiziert werden können. Eine messbare Größe, welche Aussagen über die Effekte des Energieeintrags, die therapeutisch beabsichtigte thermische Wirkung, treffen könnte, fehlt.
Damit fehlt auch die Möglichkeit, neben einer Überdosierung eine Unterdosierung zu erkennen. in vielen Fällen wird aufgrund der gebotenen Vorsicht und der Furcht vor einer Überdosierung der therapeutisch mögliche und gewünschte Energieeintrag gar nicht erreicht. Somit ist nach derzeitigem Stand eine optimale Energiezufuhr im Rahmen der Thermotherapie eher ein Produkt des Zufalls oder allenfalls das Ergebnis jahrelanger ärztlicher Erfahrungen. Bei zu geringer Schmerzempfindlichkeit oder bei Tieren, die nur schwer Schmerz äußern können (Pferde), kann es sogar unbemerkt zu Überdosierungen und zellulären Hitzeschäden kommen.
Durch diese ungünstigen Faktoren werden die Möglichkeiten der Thermotherapie durch elektromagnetischen Energieeintrag unzureichend ausgenutzt. Ihr Einsatz ist meist entweder nicht genügend effektiv, oder aber es kann zu Überdosierungen kommen.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Demgegenüber haben das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 eine Reihe erheblicher Vorteile.
Die Auswirkungen des therapeutischen Energieeintrags in den Körper können direkt gemessen und dadurch medizinisch beurteilt werden. Ein sich daraus ableitender zweiter Vorteil ist die erfindungsgemäße Möglichkeit, eine gewünschte therapeutische Wirkung quantitativ vorzugeben und die tatsächliche gemessene Wirkung hierzu in Relation zu setzen. Damit lässt sich in der umfassendsten Nutzung der Erfindung vollautomatisch die jeweils angepasste Intensität des elektromagnetischen Energieeintrags kontrollieren und steuern mit dem Ziel, die therapeutische Bandbreite der Gewebeerwärmung voll auszunutzen und durch die Einhaltung eines oberen und unteren Schwellenwertes sinnvoll einzugrenzen.
Viele medizinisch-therapeutische Verfahren nutzen elektromagnetische Felder, um Energie in den Organismus einzutragen, wo diese aufgrund der biomolekularen Einkopplung lokale, regionale oder systemische Temperaturerhöhungen verursacht. Je nach Intensität und Wellenlänge bzw. Frequenz der elektromagnetischen Felder oder ihrer besonderen Art der Bündelung (Laser) findet diese Erwärmung mehr an der Oberfläche oder mehr in der Tiefe statt. In allen Fällen kommt es durch konduktive und konvektive Wärmetransportmechanismen zu einer Projektion der Temperaturerhöhung an die Oberfläche des Körpers. Aufgrund des Stefan-Boltzmann-Gesetzes erhöht sich die Infrarotabstrahlung über den erwärmten Zonen in der vierten Potenz der Temperaturunterschiede. Mit Hilfe geeigneter Messgeräte für die Quantifizierung der Infrarot-Abstrahlung kann diese exakt registriert und als Temperaturwertmenge angegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 hat den Vorteil, die therapeutischen Effekte des elektromagnetischen Energieeintrags in Echtzeit zu messen und anhand frei definierbarer hinterlegter Schwellenwerte den optimalen therapeutischen Wirksamkeitsbereich einzugrenzen. Damit können Gefährdungen durch Überdosierungen vermieden werden, andererseits aber auch therapeutisch wenig effektive niedrige Dosierungen erkannt und die Intensität entsprechend höher geregelt werden.
Dies stellt einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik mit seiner „blinden” Zufuhr elektromagnetischer Energie in den Organismus dar. Bei Nutzung des erfindungsgemäßen Anspruchs 1 hat der Therapeut jetzt die Möglichkeit, die für den jeweiligen Patienten und die jeweilige Erkrankung und Körperregion optimal angepasste Dosis an elektromagnetischer Energiezufuhr zu erkennen und zu nutzen. Während der Behandlung kann damit jederzeit die Dauer und die Intensität der Bestrahlung bzw. Befeldung eingestellt und angepasst werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Möglichkeit zu einer vollautomatischen Regulierung des Energieeintrags durch elektromagnetische Felder, Wellen und Strahlen in den Organismus. Der medizinische Anwender kann die optimale therapeutische Dosierung durch Eingabe eines oberen Schwellenwertes (zur Vermeidung von Zellschäden durch Überwärmung) sowie eines unteren Schwellenwertes (zur Sicherstellung einer therapeutisch wirksamen Dosis) voreinstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 14 bilden einen rückgekoppelten Funktions- und Regelkreis, der die Einhaltung der richtigen therapeutischen Bandbreite der Intensität der eingetragenen elektromagnetischen Energie sicherstellt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 wird eine präzise messende Infrarot-Detektoreinheit auf diejenigen Teile des Körpers gerichtet, wo der Energieeintrag erfolgen soll. Zunächst wird die Ausgangstemperatur erfasst und registriert, bevor mit der Behandlung begonnen wird. Nach Einsetzen des therapeutischen Energieeintrags wird fortlaufend die Temperatur in der bestrahlten Region genau ermittelt und überwacht. Beim Erreichen eines frei definierbaren oberen Schwellenwertes zeigt ein akustisches und/oder optisches Signal an, dass die Dosis reduziert bzw. der Energieeintrag unterbrochen werden muss.
Beim vollautomatisch geregelten System nach Anspruch 10 bis 13 der Erfindung werden die Messwerte fortlaufend in einen Computer überspielt, wo sie von einem Computerprogramm analysiert werden. Beim Erreichen des oberen Schwellenwertes veranlasst das Computerprogramm eine Unterbrechung des Energieeintrags (Schaltrelais auf „Aus”) bzw. eine abgestufte oder stufenlose Verminderung des Energieeintrags durch einen speziellen Intensitätsregler.
Sinkt infolge des unterbrochenen oder reduzierten Energieeintrags der gemessene Wert soweit ab, der der untere Schwellenwert erreicht wird, wird die Bestrahlungs- bzw. Befeldungsvorrichtung wieder mit Spannung versorgt (Schalterstellung auf „Ein”) bzw. der Intensitätsregler abgestuft oder stufenlos wieder hochreguliert und damit die Intensität des Energieeintrags erhöht.
Ein für den Patienten wie auch den Therapeuten gut zugänglicher „Not Aus”-Schalter unterbricht bei Bedarf jederzeit die Strom- und Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts, falls es zum Auftreten unangenehmer oder nicht beabsichtigter Erscheinungen kommt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 10 sieht eine fest installierte, in mehreren Achsen verstellbare Messeinheit für Infrarotabstrahlung und Temperaturerfassung vor. Diese wird auf den Körperteil oder die Region ausgerichtet, wo der elektromagnetische Energieeintrag erfolgen soll. Die Messwerte werden auf einem Bildschirm angezeigt.
Es werden vom Therapeuten ein oberer und ein unterer Schwellenwert eingegeben und damit der Bereich der optimalen therapeutischen Wirksamkeit eingegrenzt. Die Messvorrichtung nach dem erfinderischen Anspruch 1 bis 4 gibt dem Therapeuten durch optische und/oder akustische Signale zu erkennen, wenn die jeweiligen Schwellenwerte erreicht sind.
Nach einer besonders vorteilhaften zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Messvorrichtung über ein Datenkabel mit einem Computer verbunden werden (erfinderische Vorrichtungen nach den Ansprüchen 11 und 12). Auf dem Bildschirm des Computers werden die aktuellen Messwerte in Echtzeit dargestellt. Beim Erreichen der Schwellenwerte veranlasst der Computer ein optisches und/oder akustisches Signal.
Ein Computerprogramm nach dem erfinderischen Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8 analysiert ständig in Echtzeit die eingehenden Messwerte und vergleicht sie mit den zuvor eingestellten (und jederzeit veränderbaren) Schwellenwerten. Beim Erreichen des oberen oder unteren Schwellenwertes veranlasst das Computerprogramm ein Signal zum Ein- oder Ausschalten der Energiezufuhr oder zu ihrer abgestuften oder stufenlosen Intensitätsmodifikation.
Hierzu ist der Computer über eine Datenleitung nach der erfinderischen Vorrichtung nach Anspruch 13 mit einem Schalt- bzw. Steuerrelais verbunden. Das vom Computerprogramm generierte Signal zum Ein- oder Ausschalten bzw. zur Hoch- oder Herunterregelung der Intensität des Energieeintrags gelangt in eine speziell konstruierte Schalt- und Regelvorrichtung nach Anspruch 13. Dort bewirkt das Signal entweder ein Ein- oder Ausschalten der Spannungsversorgung des Bestrahlungs-/Befeldungsgeräts, oder es führt zu einem abgestuften oder stufenlosen Verändern der Intensität des Bestrahlungs-/Befeldungsgeräts.
Zur erfinderischen Vorrichtung nach Anspruch 13 zählt somit ein speziell konstruierter Schalter bzw. Regler, der, immer in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten via Infrarot-Abstrahlung der eingestellten Körperregion, für die notwendige Modifikation der Bestrahlungs- bzw. Befeldungsleistung sorgt.
Um die notwendige Gerätesicherheit für medizinische Anwendungen zu gewährleisten, wird dem System eine erfinderische Vorrichtung nach Anspruch 14 hinzugefügt. Diese umfasst einen für den Patienten wie den Therapeuten leicht zugänglichen „Not Aus”-Schalter der auf Knopfdruck die Strom- und Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgerätes unterbricht.
Ergänzt wird das gesamte erfinderische System durch einen Datenspeicher nach Anspruch 15, der sämtlich Betriebszustände und Messdaten sowie die eingestellten Variablen (z. B. Schwellenwerte) zu Dokumentationszwecken dauerhaft abspeichert. Weiterhin kann in die erfinderische Vorrichtung ein Drucker nach Anspruch 16 integriert werden, der ein Mess- und Behandlungsprotokoll, wie es nach Anspruch 15 abgespeichert wird, auf Papier ausdruckt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.

Claims

Verfahren zur flächigen Erfassung und Messung der Infrarot-Abstrahlung eines Patenten lokal, regional oder den ganzen Körper betreffend, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezielle Messvorrichtung für die vom Körper abgegebene Infrarotstrahlung die in Betracht kommende Fläche, deren Größe von eng umgrenzt bis zum ganzen Körper variieren kann, messtechnisch abdeckt. Dies wird durch die variable Positionierung der Messvorrichtung nach Anspruch 10 gewährleistet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Bildschirm die jeweiligen Messwerte der Messvorrichtung dargestellt werden
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messvorrichtung Schwellenwerte für die obere bzw. untere Temperaturschwelle eingegeben werden können.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen eines der Schwellenwerte ein akustisches und/oder optisches Signal den Therapeuten über diesen Zustand informiert.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung aber ein Datenkabel mit einem Computer mit angeschlossenem Bildschirm nach Anspruch 11 und 12 verbunden ist, dass aber diese Signalleitung die Messwerte in Echtzeit an ein spezielles Programm im angeschlossenen Computer übergeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezielles Computerprogramm die eingehenden Messwerte der Messvorrichtung entgegennimmt und analysiert, dass in dieses Programm vom Therapeuten ein Schwellenwert für die maximal zulässige Hauterwärmung der gemessenen Körperregion als Maßstab für den Energieeintrag eingegeben wird, dass in dieses Programm vom Therapeuten ein Schwellenwert für die untere Grenze der Hauterwärmung der gemessenen Körperregion als Maßstab für die zum Therapieerfolg nötige Mindestquantität des Energieeintrags eingegeben wird, dass das Computerprogramm die eingehenden Messwerte permanent in Echtzeit mit den vom Therapeuten vorgegebenen Schwellenwerten vergleicht, dass sowohl die Schwellenwerte als auch die aktuellen Messwerte fortlaufend in einem an den Computer angeschlossenen Bildschirm sichtbar angezeigt werden, dass der Computer beim Erreichen eines der Schwellenwerte ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt, dass im Bildschirm zusätzlich eine zeitliche Verlaufskurve aller Mess-, Schwellen- und Steuerungswerte angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm so erstellt wurde, dass es beim Erreichen eines der Schwellenwerte automatisch zum Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgerät rückkoppelt und dieses Gerät entweder ein- bzw. ausschaltet oder abgestuft oder stufenlos in seiner Bestrehlungs-/Befeldungsintensität reguliert, wodurch die Intensität des Eintragens der elektromagnetischen Energie in den Körper variiert wird, dass das Computerprogramm den jeweiligen Betriebszustand des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts, die aktuellen Messwerte in der gemessenen Körperregion, die eingestellten Schwellenwerte und den zeitlichen Verlauf all dieser Werte errechnet und auf dem angeschlossenen Display sichtbar darstellt, dass durch akustische und/oder optische Signale das Erreichen eines der Schwellenwerte angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die erfinderische Vorrichtung nach Anspruch 11 vom Computer ein Steuersignal generiert und über ein Datenkabel zu einem Schaltrelais bzw. einem Intensitätsregler weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem speziell konstruierten Schalt- bzw. Steuerrelais nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 13 das Signal des Computerprogramms zum Ein- und Ausschalten bzw. zur abgestuften oder stufenlosen Hoch- oder Herunterregulierung der Leistung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts entgegengenommen wird, dass aufgrund des eingegangenen Signals des Computerprogramms das angeschlossene Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgerät ein oder ausgeschaltet bzw. abgestuft oder stufenlos in seiner Intensität des Energieeintrags in den Körper hoch- oder herunterreguliert wird.
Vorrichtung zur freien räumlichen Anordnung einer Messvorrichtung mit dem Ziel der Erfassung der Infrarotabstrahlung relevanter Körperregionen oder des gesamten Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung für Infrarotstrahlung vorgesehen ist, dass durch ein speziell konstruiertes Stativ mit weitgehenden Freiheitsgraden der Verstellung beliebige erforderliche Abstände, Ebenen, Winkel und Achsen in Bezug auf die jeweilige Körperregion oder den ganzen Körper gewährleistet wird, dass ein Bildschirm zur Ausgabe der Messwerte vorgesehen ist, dass Schwellenwerte in die Messvorrichtung eingegeben werden können, dass das Messgerät akustische und/oder optische Signale geben kann.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Messvorrichtung über ein Datenkabel aus der Messvorrichtung herausgeführt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer vorgesehen ist, der die Messwerte der Messvorrichtung entgegennimmt, dass dieser Computer über einen Bildschirm die Messwerte der Messvorrichtung anzeigt, dass dieser Computer die eingestellten Schwellenwerte auf dem Bildschirm anzeigt, dass dieser Computer die Betriebszustände aller direkt oder indirekt angeschlossenen Geräte erfasst und anzeigt, dass der Computer ein akustisches und/oder optisches Signal zur Anzeige des Erreichens eines der eingestellten Schwellenwerte generiert.
Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vom Computer ein Datenkabel zur Signalübermittlung an einen Schalter oder eine abgestufte oder stufenlose Intensitäts-Regeleinheit führt, dass eine spezielle Schalt- oder Regeleinheit vorgesehen ist, die das eingehende Signal des Computers zum Ein- und Ausschalten bzw. zum abgestuften oder stufenlosen Regeln der Intensität entgegennimmt, dass diese speziell konstruierte Schalt- oder Regeleinheit mit der Stromzufuhr und der Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts verbunden ist, dass diese speziell konstruierte Schalt- oder Regeleinheit die Stromzufuhr und die Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts unterbrechen und wiederherstellen kann (Ein- und Aus-Schalter) oder die Intensität des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts abgestuft oder stufenlos regelt.
Vorrichtung zum sofortigen Unterbrechen der Stromzufuhr und der Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts über einen separaten, speziell konstruierten „Not Aus”-Schalter, dadurch gekennzeichnet dass sowohl der Patient (in der Humanmedizin) als auch der Therapeut diesen Schalter in gut erreichbarer Nähe vorfinden dass ein deutlich in seiner Funktion als „Not Aus” erkennbarer und leicht drückbarer Knopf vorhanden ist, dass dieser Knopf die primäre Stromzufuhr und Spannungsversorgung des Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgeräts unmittelbar und dauerhaft unterbricht, so lange, bis es wieder eingeschaltet wird, dass die Netzspannung für das Bestrahlungs- bzw. Befeldungsgerät direkt durch diesen Schalter führt und beim Knopfdruck unterbrochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 14 zur Speicherung der gesamten Daten der Behandlung, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-flüchtiger Datenspeicher vorhanden ist, dass sämtliche Messwerte der Messvorrichtung in ihrem zeitlichen Verlauf in diesem Datenspeicher abgelegt werden, dass die eingegebenen Schwellenwerte ebenfalls in diesem Datenspeicher abgelegt werden, dass das jeweilige Erreichen des oberen und unteren Schwellenwertes in seiner zeitlichen Abhängigkeit mit gespeichert wird, dass das Ausgangssignal an die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 13 ebenfalls in seiner zeitlichen Abfolge gespeichert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 15 zur Papierausgabe der gesamten Daten der Behandlung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucker vorhanden und an den Computer angeschlossen ist, dass dieser Drucker alle Messwerte und Behandlungsdaten, die der Computer erfasst und entsprechend Anspruch 15 gespeichert hat, auf Papier druckt.