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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen, beispielsweise der Atmung und des Herzschlags eines Patienten, wobei die Erfindung gleichermaßen für Menschen wie auch für Tiere anwendbar ist.
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In der Medizin ist bei der Überwachung von Patienten, insbesondere auf Intensivstationen, zum Beispiel nach chirurgischen Eingriffen oder bei schwerwiegenden Infektionen, oft eine Überwachung von Vitalfunktionen erforderlich. Zu den Vitalfunktionen gehören insbesondere Atmung und Herzschlag.
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Die hierfür derzeit üblichen Systeme arbeiten mit direkt vom menschlichen oder tierischen Körper abgeleiteten elektrischen Signalen, beispielsweise über auf die Haut aufgeklebte Elektroden zur Erfassung des Herzschlags, oder durch direkt auf ein Körperteil (z. B. Finger) aufgeklemmte Sensoren, wie z. B im Falle von Sauerstoffsensoren und dergleichen. Dabei ist der Patient notwendigerweise über Stecker und/oder Kabel mit entsprechenden elektrischen und elektronischen Überwachungsvorrichtungen verbunden. Dies ist in aller Regel sehr lästig für den Patienten, aber auch für das Betreuungs- und Pflegepersonal, das die Überwachungseinrichtungen über Monitore oder mit Hilfe von akustischen oder optischen Alarmeinrichtungen beobachten und bedienen muss. Vor allem müssen die elektrischen Verbindungen zu einem Patienten jeweils gelöst und wieder neu angebracht werden, wenn der Patient das Bett verlassen muss oder will, beispielsweise zu einer Untersuchung in einen anderen Raum oder eine anderes Gebäude transportiert werden soll, oder aber noch in der Lage ist, selbstständig zu gehen und z. B. eine Toilette aufsuchen möchte. Außerdem kann es geschehen, dass ein Patient im Schlaf durch unbewusste Bewegungen die elektrischen Steckkontakte oder Kabel abreißt bzw. von dem Überwachungsgerät trennt, und dadurch einen Alarm auslöst, wobei im Übrigen die Kabel und Stecker einschließlich aufgeklebter Elektroden im Übrigen auch unbequem sind und den Schlaf des Patienten stören können.
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Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen zu schaffen, die keine speziellen Anschlusskontakte direkt auf dem menschlichen (oder tierischen) Körper, insbesondere keinerlei Befestigung an einem Körperteil erfordert und dennoch dem Überwachungs- und Pflegepersonal zuverlässige Informationen über den Erhalt der vitalen Funktionen des Patienten liefert, bzw. im Falle des Nachlassens dieser Vitalfunktionen rechtzeitig Alarm auslöst.
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Diese Aufgabe wird durch eine entsprechende Vorrichtung gelöst, die besteht aus mindestens einem hochempfindlichen Beschleunigungssensor, der auf einer Fläche aus flexiblem Material aufgebracht und mit einer Sensorelektronik verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, einen Alarm auszulösen für den Fall des Ausleibens einer Mindestbeschleunigung über einen vorgebbaren Zeitraum hinweg.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein hoch empfindlicher Beschleunigungssensor ein Sensor, der in der Lage ist, Beschleunigungen zu erfassen, die nicht mehr als ein Tausendstel der Erdbeschleunigung betragen. Entsprechende Sensoren sind (in unterschiedlichen Empfindlichkeiten) bereits seit langem bekannt und werden beispielsweise auch in modernen Smartphones als Lagesensoren verwendet. Ein kommerziell erhältlicher Sensor der vorstehend genannten Art ist beispielsweise unter der Bezeichnung MMA8451Q bei der Firma Freescale Semiconductor, zu beziehen.
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Derartige Sensoren können beispielsweise auf einer Bettoberfläche angeordnet sein und beispielsweise in die Oberfläche einer Matratze eingearbeitet sein, vorzugsweise liegen sie aber in Form einer Bettunterlage bzw. eines Tuches vor, das typischerweise Handtuchgröße hat, wahlweise aber auch wesentlich größer oder kleiner ausgeführt werden kann.
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Insbesondere ist die flexible Fläche die Oberfläche einer dünnen Materialschicht, insbesondere einer Bahn aus Folien- oder Fasermaterial, und es handelt sich insbesondere um eine Gewebebahn. Auf dieser flexiblen Fläche ist mindestens ein Sensor ortsfest aufgebracht, wobei die flexible Fläche zu diesem Zweck eine integrierte, flexible gedruckte Schaltung aufweisen kann und der Sensor als SMD-Element ausgebildet und direkt auf die gedruckte Schaltung aufgebracht ist. Der Sensor sollte zu diesem Zweck Abmessungen haben, die zumindest in einer Dimension bzw. Raumrichtung ein Maß von 2 mm nicht übersteigen.
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Zweckmäßigerweise kann die flexible Fläche die Innenseite einer mehrlagigen Materialschicht sein, so dass der im Inneren zwischen zwei Materialbahnen bzw. Materialschichten auf die Innenfläche einer solchen Schicht aufgebrachte Sensor gegenüber äußeren Einflüssen besser geschützt ist als wenn er nach außen offen liegen würde.
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Des Weiteren kann die flexible Bahn aus einem Wasserundurchlässigen Material hergestellt sein oder aber nach Art einer Vakuumverpackung in eine wasserdichte, vorzugsweise durchsichtige Hülle verpackt bzw. eingeschweißt sein, um eine Kontaminierung des Sensors bzw. der Sensoren zu verhindern und eine leichte und einfache Reinigung und Desinfizierung der Vorrichtung zu ermöglichen.
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Wie bereits erwähnt, könnte die Materialschicht als Bettunterlage, ggf. aber auch als Kleidungsstück, beispielsweise als ein Hemd ausgebildet sein, wobei letzteres weniger bevorzugt ist, da der Sensor über ein Kabel mit einer Sensorelektronik verbunden werden muss. Auch dies wäre aber bereits eine erheblichen Verbesserung und Erleichterung gegenüber herkömmlichen Überwachungseinrichtungen, da die Verbindung mit der Elektronik nur ein einziges Kabel erfordert, dass zudem nicht direkt mit dem Körper des Patienten sondern nur mit einem Kleidungsstück verbunden wäre. Die Elektronik könnte im Übrigen ein kleines tragbares Gerät mit einer eigenen Stromversorgung über Batterie bzw. Akkus sein. Die Sensorelektronik kann dann als kleines und handliches tragbares Gerät ausgebildet sein und an einem Bett befestigt und bei Transport des Patienten mitgeführt werden.
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Die oben beschriebene Unterlage/Kleidungsstück wird in einem Bett unterhalb eines Patienten platziert, der so auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufliegt, dass sich mindestens ein Sensor zwischen seinem Oberkörper und der Bettoberfläche befindet. Der Sensor bzw. eine Mehrzahl entsprechender Sensoren kann insbesondere durch ein hochflexibles Kabel, welches in die Materialbahn integriert oder fest mit dieser verbunden ist, mit der entsprechenden Sensorelektronik verbunden sein.
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Vorzugsweise hat der Sensor eine Empfindlichkeit, die bei mindestens etwa einem Viertel Promille der Erdbeschleunigung liegt. Da auf den entsprechenden Sensor auch die Erdbeschleunigung wirkt, bedeutet eine Empfindlichkeit von einem Viertel Promille der Erdbeschleunigung, dass der Sensor bereits ein Verkippen (des Sensors) um einen Winkel von nur 0,014 Grad erfasst und ein entsprechendes Messsignal erzeugt. Bei einer solchen Empfindlichkeit ist es möglich, äußerst geringe Bewegungen der Körperoberfläche eines Patienten, die mit dem Sensor in mechanischem Kontakt steht, indem der Körper des Patienten auf dem Sensor aufliegt, zu erfassen, wobei solche Bewegungen der Körperoberfläche z. B. selbst durch sehr schwache Atmung im Schlaf oder auch nur durch den Herzschlag des Patienten hervorgerufen werden.
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Um bei einem liegenden Patienten mit einem Sensor sicher Abschnitte der Körperoberfläche zu erfassen, welche sich aufgrund von Atmung oder Herzschlag hinreichend bewegen, so dass sie von dem Sensor erfasst werden können, ist es zweckmäßig, wenn die entsprechende Vorrichtung eine Mehrzahl von über eine gewisse Fläche verteilten Sensoren hat, so dass man sicher sein kann, dass die Körperoberfläche des Patienten mit mindestens einem der Sensoren so in Kontakt steht, dass entsprechende Bewegungen aufgrund von Herzschlag und/oder Atmung von dem Sensor erfasst werden können.
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Daneben wäre es jedoch möglich, zusätzlich zu einem oder mehreren Beschleunigungssensoren auch noch andere Sensoren, die ebenfalls in mindestens einer Dimension nur sehr geringe Abmessungen haben sollten, auf der flexiblen Fläche unterzubringen, wobei es sich beispielsweise um Drucksensoren, Schallsensoren, Temperatursensoren oder Feuchtigkeitssensoren handeln kann.
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Soweit mehrere Beschleunigungssensoren und/oder zusätzliche Sensoren der vorstehend genannten Art vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, wenn mindestens die Auswerteeinheit der Sensorelektronik dafür ausgelegt ist, zum Auslösen eines Alarmsignals eine Kombination der von mehreren Sensoren erfassten Messwerte heranzuziehen.
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Die Sensorelektronik besteht demnach aus mindestens einer Erfassungseinheit, welche das von einem Sensor erzeugte physikalische Signal in ein geeignetes elektrisches Messwertsignal umwandelt oder verarbeitet, und einer Auswerteeinheit, welche den Messwert oder die Messwerte auswertet und bewertet. Der Vorteil bei der Verwendung mehrerer Sensoren liegt nicht nur darin, dass ein höheres Maß an Sicherheit besteht, dass mindestens einer der Sensoren den gewünschten direkten oder indirekten Kontakt mit der Körperoberfläche eines Patienten hat, der beispielsweise im Bett auf einer solchen Vorrichtung aufliegt, sondern auch den Vorteil, dass für die Auswertung die Messwerte von mehreren unabhängigen Sensoren herangezogen werden können.
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Dies ermöglicht es unter Umständen, die Schwellenwerte, unterhalb derer ggf. ein Alarmsignal ausgelöst wird, herabzusetzen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung von Vitalfunktionen mit Hilfe einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art. Das entsprechende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Beschleunigung mindestens eines Sensors aufgrund von Bewegungen einer auf der entsprechenden Vorrichtung aufliegenden Person erfasst und mit einem Muster einer minimalen Beschleunigung verglichen wird, um einen Alarm auszulösen, wenn über ein vorgebbares Zeitintervall hinweg eine Abweichung des erfassten Verlaufs mit dem Muster festgestellt wird, die ein vorgegebenes Maß überschreitet.
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Beispielsweise könnte eine Mindestbeschleunigung festgelegt werden, die mindestens einer der verwendeten Sensoren innerhalb eines vorgegebenen, wählbaren Zeitintervalls aufweisen muss, um das Auslösen eines Alarmsignals zu verhindern. Sofern keiner der Sensoren innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls eine entsprechende Beschleunigung erfährt, wird das Alarmsignal ausgelöst. Wird eine hinreichende Beschleunigung mindestens eines Sensors innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls erfasst, erfolgt ein Zurücksetzen der Sensorelektronik für die Überwachung in einem neuen Zeitintervall. Bei Verwendung mehrerer Sensoren könnte das Verfahren dahingehend erweitert und verbessert werden, dass auch die Summe der von den verschiedenen Sensoren erfassten Messwerte als ein mögliches Kriterium herangezogen wird, so dass ein Alarm verhindert wird, wenn diese Summe einen anderen, vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, während die Schwellenwerte für jeden einzelnen der jeweils berücksichtigten Sensoren womöglich unterschritten werden würden, so dass im Einzelsensorbetrieb ein Alarm ausgelöst werden müsste.
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Ein entsprechendes Vergleichsmuster kann beispielsweise aus einer Versuchsreihe mit Vergleichspersonen abgeleitet werden. Hierzu können versuchsweise Patienten, deren Vitalfunktion mit herkömmlichen Mitteln überwacht wird, zusätzlich auch durch die erfindungsgemäße Vorrichtung überwacht werden, und die dabei erfassten Messwerte können als Musterwerte aufgezeichnet bzw. zur Ableitung eines entsprechenden Musters herangezogen werden. Bei einer entsprechenden Versuchsreihe mit mehreren Patienten können so die sinnvoll einstellbaren Schwellenwerte für einen einzelnen Sensor und/oder eine Mehrzahl von Sensoren festgelegt werden, wobei die Messwerte auch über die Zeit hinweg integrierte Beschleunigungswerte sein können.
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In einem ersten Ansatz kann man das Vergleichsmuster jedoch auch aus theoretischen Modellen der oberflächlichen Beschleunigungen aufgrund von Atmung und/oder Herzschlag am Körper eines Menschen oder Tieres ableiten.
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Das für einen Vergleich bzw. für das Auslösen eines Alarms berücksichtige Zeitintervall sollte zweckmäßigerweise mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20 Sekunden betragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figur. Die einzige Figur zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Tuches mit aufgebrachten Sensoren und einer über Kabel angeschlossenen Sensorelektronik.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 hat die Form einer dünnen, flexiblen Materialschicht, z. B. einer Folienbahn oder eines Tuches 3, welches mindestens an einer seiner Oberflächen mit mehreren Sensoren 4 bestückt ist, die im Wesentlichen gleichmäßig über die Oberfläche des Tuches 3 verteilt sind. Jeder Sensor 4 ist über ein flexibles Kabel 5, welches beispielsweise fest auf dem Tuch oder der Bahn 3 aufgebracht oder in diese integriert ist, mit einer Sensorelektronik 2 verbunden.
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Die Sensorelektronik 2 besteht aus einer oder mehreren Erfassungseinheiten, die jeweils die Messwerte jedes einzelnen der Sensoren 4 erfassen, wobei es sich bei den dargestellten Sensoren 4 im Wesentlichen um Beschleunigungssensoren handelt. Ein Teil der Sensoren oder zusätzliche Sensoren könnten jedoch auch Druck-, Temperatur-, Schall- oder Feuchtigkeitssensoren sein.
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Die Sensorelektronik 2 enthält darüber hinaus auch eine nicht separat dargestellte Auswerteeinheit, welche die Signale der Sensoren 4 auswertet und mit einem vorgegebenen Schwellenwert bzw. einem Schwellenwertmuster vergleicht, welches wiederum mit Hilfe von Einstellelementen 7 wählbar ist.
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Soweit es sich also bei den Sensoren 4 ausschließlich um Beschleunigungssensoren handelt, wird deren Beschleunigungssignal während eines vorgebbaren Zeitintervalls erfasst und der zeitliche Beschleunigungsverlauf verfolgt und mit einem Muster des Beschleunigungsverlaufs verglichen. Bleibt dann beispielsweise das gemessene Beschleunigungssignal oder eine zeitlich integrierter Beschleunigungswert über das gesamte Zeitintervall hinweg immer deutlich unterhalb des Beschleunigungswertes des vorgegebenen Musters, wird über eine hier schematisch angedeutete Alarmeinrichtung 6 ein Alarm, z. B. durch akustische oder optische Mittel wie z. B eine Warnglocke oder Warnlampe, erzeugt.
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Zweckmäßig kann es sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in Form eines Tuches oder einer Folienbahn im Bett fixiert werden kann. Hierzu könnten beispielsweise die Sensoren 4 in einer Matratzenoberfläche integriert sein oder aber auf der Matratze und an dem Tuch 3 können Abschnitte von Klettverschlüssen vorgesehen sein, so dass man die Vorrichtung 1 fest mit der Unterlage verbinden kann. Ebenso gut kann das Tuch 3 aber auch als komplettes Betttuch ausgebildet sein, wobei die Anordnung von Sensoren auf den Bereich beschränkt sein kann, der vom Oberkörper einer auf dem Bett bzw. dem Betttuch liegenden Person bedeckt wird. Mindestens die dem Körper eines Patienten zugewandte Seite des Tuches oder der Bahn 3 sollte wasserundurchlässig sein.
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Ein auf diese Weise überwachter Patient kann sich frei bewegen und muss nicht über Kabel und irgendwelchen Überwachungsgeräten verbunden sein und es kommt auch seltener zu Fehlalarmen, da die Kabelverbindungen 5 zwischen Sensoren 4 und der Sensorelektronik 2 so verlegt werden können, dass sie durch Bewegungen des Patienten im Schlaf oder beim Aufstehen nicht beeinträchtigt werden können. Wahlweise kann je nach Anwendungsfall kann die Sensorelektronik auch für den Patienten zugänglich und mit einem Schalter versehen sein, so dass der Patient die Vorrichtung kurzzeitig abschalten kann, wenn er beispielsweise das Bett für einen Toilettengang verlässt. Eine Zentrale Überwachungseinheit sollte dabei so ausgestaltet sein, dass das Überwachungs- bzw. Pflegepersonal den abgeschalteten Zustand der Elektronik von dem Verlust bzw. Aussetzen der Vitalfunktionen unterscheiden kann um die Elektronik gegebenenfalls wieder einzuschalten, wenn der Patient dies bei Rückkehr in das Bett vergessen sollte.
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Da empfindliche Beschleunigungssensoren inzwischen weit verbreitet und leicht erhältlich sind, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ kostengünstig hergestellt werden und sie hat in der Regel auch eine lange Lebensdauer, da nicht ständig Kabelverbindungen hergestellt und gelöst werden müssen.
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Aus hygienischen Gründen und auch zum Schutz der Sensoren ist es im Übrigen zweckmäßig, wenn die flexible Bahn oder das Tuch 3 beidseitig eine wasserdichte Beschichtung aufweisen oder in eine wasserdichte Hülle verpackt sind, sofern nicht die Bahn selbst aus einem wasserdichten Material besteht und die entsprechenden Sensoren hinreichend geschützt in bzw. auf dem Material aufgenommen und fixiert sind.
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Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere auch der Zeit- und Arbeitsaufwand vermieden werden, den Krankenhaus- und Pflegepersonal üblicherweise mit der Inbetriebnahme der herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen und deren häufiges Verbinden und Lösen mit bzw. von einem Patienten hat.
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Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
