DE102015015588B4 - Apparatus for the non-invasive detection of gaseous metabolic products on the skin and method for their continuous analysis - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) zur nicht-invasiven Erfassung von gasförmigen Stoffwechselprodukten auf der Haut, wobei die Vorrichtung (10) eine Befestigungsvorrichtung (20), einen elektrochemischen Gassensor (30), eine Aufnahmevorrichtung (40), eine Auswerteeinheit (60) und eine Ausgabeeinheit (70) aufweist, wobei der Gassensor (30) in der Aufnahmevorrichtung (40) angeordnet ist, wobei wenigstens die Aufnahmevorrichtung (40) und der Gassensor (30) ein Sensormodul (50) bilden, wobei das Sensormodul (50) eine Kontaktfläche (51) aufweist, und wobei zwischen der Kontaktfläche (50) und dem Gassensor (30) eine gasleitende Verbindung ausgebildet ist. Device (10) for non-invasive detection of gaseous metabolic products on the skin, wherein the device (10) comprises a fastening device (20), an electrochemical gas sensor (30), a receiving device (40), an evaluation unit (60) and an output unit ( 70), wherein the gas sensor (30) in the receiving device (40) is arranged, wherein at least the receiving device (40) and the gas sensor (30) form a sensor module (50), wherein the sensor module (50) has a contact surface (51). and wherein between the contact surface (50) and the gas sensor (30) is formed a gas-conducting connection.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Erfassung von gasförmigen Stoffwechselprodukten auf der Haut sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Laktatbestimmung mit Hilfe einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device for the non-invasive detection of gaseous metabolic products on the skin and to a method for the continuous lactate determination with the aid of such a device.
Es ist allgemein bekannt, dass Stoffwechselprodukte Informationen über den Fitness- und Gesundheitszustand einer Person geben können. Dabei stehen die im Plasma oder anderen Körperflüssigkeiten gelösten Stoffwechselprodukte häufig in einem Zusammenhang mit den gasförmigen, über die Haut- und Lungenatmung abgegebenen Stoffwechselprodukten. Auch der Schweiß kann gelöste Stoffwechselprodukte enthalten, die daraus dann als gasförmige Produkte ausdampfen können. Unter gasförmigen Stoffwechselprodukten werden in diesem Zusammenhang insofern allgemein Gase verstanden, die entweder über die Atmung direkt abgegeben werden, oder beispielsweise im Schweiß gelöst vorliegen und von dort ausdampfen können. Atmung umfasst in diesem Zusammenhang, sowohl die Lungen- als auch die Hautatmung.It is well known that metabolic products can provide information about a person's fitness and health status. The metabolic products dissolved in the plasma or other body fluids are often associated with the gaseous metabolic products released via skin and lung respiration. Sweat can also contain dissolved metabolites, which can then evaporate out of them as gaseous products. In this context, gaseous metabolic products are generally understood to mean gases which are either released directly via respiration or, for example, are dissolved in sweat and can evaporate from there. Breathing in this context includes both lung and skin respiration.
Ein besonders bei körperlicher, mit Muskelarbeit verbundener Belastung interessanter Wert, der häufig zur professionellen Trainingsüberwachung herangezogen wird, ist der Laktatwert. Der Laktatwert kann Auskunft darüber geben, ob die trainierende Person sich im aeroben oder anaeroben Bereich befindet. So sind unterhalb der anaeroben Schwelle mehrstündige Belastungen möglich, wohingegen es oberhalb dieser Schwelle zu einer Laktatanhäufung kommt. Bei körperlicher Aktivität spiegelt die Laktatkonzentration die Energiebereitstellung in der belasteten Muskulatur wider und eignet sich so zur Einschätzung der aktuellen individuellen Leistungsfähigkeit. Es ist bekannt, dass der Laktatwert mit dem Ammoniakwert korreliert.An interesting value, especially in the case of physical stress associated with muscular work, which is frequently used for professional training monitoring, is the lactate value. The lactate value can provide information about whether the exercising person is in the aerobic or anaerobic area. Thus, several hours are possible below the anaerobic threshold, whereas there is a lactate accumulation above this threshold. During physical activity, the lactate concentration reflects the energy supply in the loaded muscles and is thus suitable for assessing the current individual performance. It is known that the lactate value correlates with the ammonia value.
Das typische und bisher genauste Vorgehen im Bereich der Sportmedizin zur Bestimmung des Laktatwertes ist, bei einer trainierenden Person in regelmäßigen Abständen während des Trainings Blutproben zu entnehmen. In diesen Blutproben wird dann die im Plasma vorhandene Menge Laktat mit labordiagnostischen Mitteln bestimmt. Alternativ kann auch der Ammoniakwert im Plasma bestimmt werden. Es ist nämlich bekannt, dass sich Laktat und Ammoniak im sogenannten Stufentest parallel verhalten (
Man hat daher versucht alternative Verfahren zu entwickeln, die nach Möglichkeit nicht-invasiv sind und eine kontinuierliche Messung zulassen. So schlägt beispielsweise
Neben der sportmedizinischen Trainingsbegleitung ist es auch in anderen Bereichen von Interesse, Informationen darüber zu gewinnen, ob sich eine Person unterhalb oder oberhalb der anaeroben Schwelle ihres Leistungsbereiches befindet. Dies kann beispielsweise bei Feuerwehrpersonal oder anderen Personen der Fall sein, die mit schwerer Schutzausrüstung unter hochgradig schwierigen Umweltbedingungen körperlich arbeiten müssen. In einem solchen Fall versteht es sich von selbst, dass eine regelmäßige Blutentnahme während des Einsatzes nicht möglich ist.In addition to the sports medical training accompaniment, it is also in other areas of interest to gain information on whether a person is below or above the anaerobic threshold of their performance range. This may be the case, for example, with firefighters or other people who need to physically work with heavy-duty protective equipment under severe environmental conditions. In such a case, it goes without saying that a regular blood sampling during use is not possible.
Ausgehend davon ist es ein Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung von gasförmigen Stoffwechselprodukten zu schaffen. Dieser soll kostengünstig und einfach herzustellen sein. Beispielsweise soll die Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung von Stoffwechselparametern, insbesondere derjenigen, die für eine Bestimmung des Laktatwertes geeignet sein.On this basis, it is an object of the invention to overcome these and other disadvantages of the prior art and to provide an improved device for detecting gaseous metabolic products. This should be inexpensive and easy to manufacture. For example, the device should be suitable for the continuous detection of metabolic parameters, in particular those which are suitable for determining the lactate value.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung entsprechend Anspruch 1, sowie ein Verfahren entsprechend Anspruch 11 vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.To solve this problem, the invention proposes a device according to
Bei einer Vorrichtung zur Erfassung von gasförmigen Stoffwechselprodukten, sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung eine Befestigungsvorrichtung, einen elektrochemischen Gassensor, eine Aufnahmevorrichtung, eine Auswerteeinheit und eine Ausgabeeinheit aufweist, wobei der Gassensor in der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist, wobei wenigstens die Aufnahmevorrichtung und der Gassensor ein Sensormodul bilden, wobei das Sensormodul eine Kontaktfläche aufweist und wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Gassensor eine gasleitende Verbindung ausgebildet ist.In a device for detecting gaseous metabolic products, the invention provides that the device has a Fastening device, an electrochemical gas sensor, a receiving device, an evaluation unit and an output unit, wherein the gas sensor is arranged in the receiving device, wherein at least the receiving device and the gas sensor form a sensor module, wherein the sensor module has a contact surface and wherein between the contact surface and the gas sensor a gas-conducting connection is formed.
Die Befestigungsvorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass sie es ermöglicht, die Vorrichtung derart am Körper der zu untersuchenden oder zu überwachenden Person (im Folgenden auch als Proband bezeichnet) zu befestigen, dass die Kontaktfläche auf der Haut des Probanden aufliegt. Man erkennt, dass es günstig ist, wenn zwischen der Kontaktfläche und dem Gassensor eine gasleitende Verbindung ausgebildet ist. Eine solche gasleitende Verbindung kann beispielsweise durch ein Loch in der Kontaktfläche sein. Das Loch kann dabei gegenüber des Gaseinlasses des in dem Sensormodul angeordneten Gassensors angeordnet sein. Denkbar ist auch dass das Loch der Ausgang eines gasleitenden Kanals ist, der mit einem Gasleinlass des Gassensors verbunden ist. Es ist auch vorstellbar, dass die gasleitende Verbindung durch eine gasleitende Membran (eine Membran, durch welche Gase hindurchtreten können) gebildet wird. Diese Membran kann die Kontaktfläche bilden. Man erkennt, dass sie eine hautzugewandte und eine hautabgewandte Seite aufweisen kann. Die hautzugewandte Seite liegt bei Verwendung der Vorrichtung auf der Haut des Probanden auf. Die hautabgewandte Seite ist dem Inneren des Sensormoduls zugewandt. Sie kann beispielsweise dem Gaseinlass des Gassensors gegenüber liegen. In jedem Fall erkennt man, dass die gasleitende Verbindung dazu dient, Gase, die im Bereich der Kontaktfläche von der Haut oder aus dem Schweiß des Probanden abgegeben werden, zu dem Gassensor zu leiten.The fastening device is designed such that it makes it possible to attach the device to the body of the person to be examined or monitored (hereinafter also referred to as subject) that the contact surface rests on the skin of the subject. It can be seen that it is favorable if a gas-conducting connection is formed between the contact surface and the gas sensor. Such a gas-conducting compound can be, for example, through a hole in the contact surface. The hole can be arranged opposite the gas inlet of the gas sensor arranged in the sensor module. It is also conceivable that the hole is the output of a gas-conducting channel which is connected to a gas inlet of the gas sensor. It is also conceivable that the gas-conducting compound is formed by a gas-conducting membrane (a membrane through which gases can pass). This membrane can form the contact surface. It can be seen that it can have a skin-facing and a skin-facing side. The skin-facing side is when using the device on the skin of the subject. The skin-remote side faces the interior of the sensor module. For example, it may be opposite the gas inlet of the gas sensor. In any case, it can be seen that the gas-conducting compound serves to guide gases which are released in the region of the contact surface from the skin or from the perspiration of the subject to the gas sensor.
Mit Hilfe des elektrochemischen Gassensors (im Folgenden auch als Gassensor bezeichnet) können auf diese Weise gasförmige Stoffwechselprodukte nachgewiesen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass mit Hilfe des Gassensors Ammoniak, Aceton, Isoproen, Ethanol, Methanol, iso-Propanol oder andere typische gasförmige Stoffwechselprodukte, die über die Atmung abgegeben werden, nachweisbar sind. Man erkennt, dass ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin liegt, dass sie eine kontinuierliche Überwachung dieser Stoffwechselprodukte ermöglicht. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass sie diese kontinuierliche Überwachung nicht-invasiv ist. Ein solcher elektrochemischer Gassensor hat typischerweise ein Gehäuse mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass. Gaseinlass und Gasauslass können durch die gleiche Öffnung im Gehäuse gebildet werden. In dem Gehäuse sind wenigstens zwei Elektroden angeordnet, die in einen flüssigen Elektrolyten getaucht sind. Die Elektroden sind weiterhin über eine elektrisch leitende Verbindung mit einander verbunden. Die als Gaseinlass bzw. -auslass dienende Öffnung kann durch eine gaspermeable Membran abgedichtet sein. Diese gaspermeable Membran kann zum einen verhindern, dass Elektrolyt austritt, zum anderen, dass Schmutz- und Staubpartikel in den Sensor eintreten. Es versteht sich von selbst, dass vielfältige Variationen der Elektrodenanordnung und der grundsätzlichen Gestalt eines solchen Gassensors denkbar sind.With the help of the electrochemical gas sensor (hereinafter also referred to as gas sensor) gaseous metabolites can be detected in this way. For example, it is conceivable that with the aid of the gas sensor ammonia, acetone, isoproene, ethanol, methanol, isopropanol or other typical gaseous metabolites which are released via the respiration, are detectable. It can be seen that a particular advantage of the device according to the invention is that it allows continuous monitoring of these metabolic products. Another great benefit is that it is non-invasive to this continuous monitoring. Such an electrochemical gas sensor typically has a housing with a gas inlet and a gas outlet. Gas inlet and outlet can be formed through the same opening in the housing. In the housing at least two electrodes are arranged, which are immersed in a liquid electrolyte. The electrodes are further connected via an electrically conductive connection with each other. The opening serving as gas inlet or outlet may be sealed by a gas-permeable membrane. This gas-permeable membrane can on the one hand prevent electrolyte leakage and on the other hand that dirt and dust particles enter the sensor. It goes without saying that many variations of the electrode arrangement and the basic shape of such a gas sensor are conceivable.
Die Auswerteeinheit der Vorrichtung kann die von dem Gassensor erfassten Messwerte verarbeiten. Die Auswerteeinheit ist beispielsweise ein kleiner Prozessor mit einer Speichereinheit und einer Verarbeitungseinheit. In der Auswerteeinheit können Vergleichsdaten zur Analyse des durch den Gassensor erfassten Wertes hinterlegt sein. Alternativ ist auch vorstellbar, dass die Auswerteeinheit lediglich dazu dient, den durch den Gassensor erfassten Wert derart aufzubereiten, dass er von der Ausgabeeinheit ausgegeben werden kann. Die Ausgabeeinheit dient dazu, das erfasste Messergebnis für den Probanden oder eine Person, die den Probanden überwacht, erkennbar und auswertbar zu machen. Sie kann entweder selbst ein Anzeigegerät sein, welches die gewonnen Informationen optisch oder akustisch darstellt. Alternativ kann die Ausgabeeinheit auch eine Vorrichtung sein, die die Informationen an ein solches Anzeigegerät überträgt. Denkbar ist auch, dass die Ausgabeeinheit einfach ein Datenlogger ist, der die von der Auswerteeinheit übermittelten Werte speichert und der von Zeit zu Zeit ausgelesen wird. In diesem Fall kann die Ausgabeeinheit auch ein Teil der Auswerteeinheit sein.The evaluation unit of the device can process the measured values detected by the gas sensor. The evaluation unit is, for example, a small processor with a memory unit and a processing unit. Comparative data for analyzing the value detected by the gas sensor can be stored in the evaluation unit. Alternatively, it is also conceivable that the evaluation unit only serves to prepare the value detected by the gas sensor such that it can be output by the output unit. The output unit is used to make the detected measurement result for the subject or a person who monitors the subject recognizable and evaluable. It can either be a display device itself, which displays the information obtained optically or acoustically. Alternatively, the output unit may also be a device that transmits the information to such a display device. It is also conceivable that the output unit is simply a data logger which stores the values transmitted by the evaluation unit and which is read out from time to time. In this case, the output unit may also be part of the evaluation unit.
Es ist in jedem Fall günstig, wenn der Gassensor in der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist. Die Aufnahmevorrichtung kann im einfachsten Fall eine Ausnehmung in der Befestigungsvorrichtung sein. In diese Ausnehmung ist der Gassensor einsetzbar. Im montierten Zustand ist der Gassensor also in der Ausnehmung angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung kann auch ein Gehäuse sein, in welchem die Ausnehmung ausgebildet ist. Das Gehäuse hat eine untere, äußere Seite und eine obere, äußere Seite. Die untere, äußere Seite ist bei Verwendung der Vorrichtung der Haut des Probanden zugewandt. Wenigstens der Gassensor und die Aufnahmevorrichtung bilden dabei zusammen ein Sensormodul. Das Sensormodul kann dabei einstückig mit der Befestigungsvorrichtung ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass das Sensormodul eine von der Befestigungsvorrichtung separate Baugruppe darstellt, an welcher die Befestigungsvorrichtung montiert ist. In jedem Fall ist die Ausnehmung in dem Teil der Vorrichtung ausgebildet, die das Sensormodul bildet. Dabei kann die untere, äußere Seite der Aufnahmevorrichtung einen Teil oder die gesamte untere Seite des Sensormoduls bilden. Es ist denkbar, dass das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung gleichzeitig das Gehäuse des Sensormoduls bildet.It is favorable in any case when the gas sensor is arranged in the receiving device. The receiving device may be a recess in the fastening device in the simplest case. In this recess, the gas sensor can be used. In the mounted state, the gas sensor is thus arranged in the recess. The receiving device may also be a housing in which the recess is formed. The housing has a lower, outer side and an upper, outer side. The lower, outer side faces the subject's skin when using the device. At least the gas sensor and the receiving device together form a sensor module. The sensor module can be formed integrally with the fastening device. It is also conceivable that the sensor module is a separate assembly from the fastening device on which the fastening device is mounted. In any case, the recess is formed in the part of the device that forms the sensor module. In this case, the lower, outer side of the receiving device a part or form the entire lower side of the sensor module. It is conceivable that the housing of the receiving device simultaneously forms the housing of the sensor module.
Man erkennt, dass es besonders günstig ist, wenn die Kontaktfläche an dem Sensormodul ausgebildet ist. Dabei ist es vorstellbar, dass die Kontaktfläche den unteren Teil der Aufnahmevorrichtung darstellt. Die Kontaktfläche kann auch die untere Seite des Sensormoduls sein. Mit anderen Worten, die Kontaktfläche ist bevorzugt die untere, äußere Seite der Aufnahmevorrichtung oder des Sensormodules. Dabei kann sich die Kontaktfläche über die gesamte untere, äußere Seite der Aufnahmevorrichtung oder des Sensormoduls erstrecken. Die Kontaktfläche kann auch auf einen Teilbereich der unteren, äußeren Seite der Aufnahmevorrichtung oder des Sensormoduls beschränkt sein. In jedem Fall hat die Kontaktfläche eine hautzugewandte und eine hautabgewandte Seite. Die Kontaktfläche ist weiterhin derart ausgebildet, dass sie bei Verwendung der Vorrichtung glatt und eben an der Haut des Probanden anliegt.It can be seen that it is particularly favorable if the contact surface is formed on the sensor module. It is conceivable that the contact surface represents the lower part of the receiving device. The contact surface may also be the lower side of the sensor module. In other words, the contact surface is preferably the lower, outer side of the receiving device or of the sensor module. In this case, the contact surface can extend over the entire lower, outer side of the receiving device or the sensor module. The contact surface may also be limited to a portion of the lower, outer side of the receiving device or the sensor module. In any case, the contact surface has a skin-facing and a skin-facing side. The contact surface is further designed such that it rests smooth and flat on the skin of the subject when using the device.
Die Kontaktfläche kann sicherstellen, dass der Sensor in strömungstechnischer Verbindung mit von der Haut und/oder aus dem Schweiß des Trägers abgesonderten gasförmigen Substanzen steht. Weiterhin ist es denkbar, dass die Kontaktfläche eine Begrenzung der Aufnahme, der Aufnahmevorrichtung oder des Sensormodules bildet.The contact surface may ensure that the sensor is in fluid communication with gaseous substances secreted by the skin and / or perspiration of the wearer. Furthermore, it is conceivable that the contact surface forms a boundary of the receptacle, the receiving device or the sensor module.
In einer Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass der Gassensor ein Ammoniaksensor ist. Dies bietet insbesondere den großen Vorteil, dass mit Hilfe der Vorrichtung eine nicht-invasive und kontinuierliche Laktatbestimmung ermöglicht wird. Der Gasssensor kann dabei die über die Haut oder aus dem Schweiß abgegebene Menge Ammoniak messen. Der erhaltene Messwert kann dann in der Auswerteeinheit mit den entsprechenden Laktatwerten korreliert werden.In an embodiment variant, it is provided that the gas sensor is an ammonia sensor. This offers, in particular, the great advantage that non-invasive and continuous lactate determination is made possible with the aid of the device. The gas sensor can measure the amount of ammonia released via the skin or from the sweat. The obtained measured value can then be correlated in the evaluation unit with the corresponding lactate values.
Günstig ist es in jedem Fall, wenn die Befestigungsvorrichtung ein Brustgurt, ein Stirnband oder ein Band ist, das um eine Extremität legbar ist. Mit anderen Worten, es ist günstig, wenn die Befestigungsvorrichtung gurtförmig ist. Eine solche gurtförmige Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das erste und das zweite Ende können jeweils auf einer Seite am Sensormodul befestigt sein und auf der anderen Seite beim Anlegen der Vorrichtung miteinander verbunden werden. Die Form und Länge einer solchen Befestigungsvorrichtung kann dem Körperteil angepasst sein, an welchem die Vorrichtung angelegt werden soll.It is favorable in any case when the fastening device is a chest strap, a headband or a band that can be laid around a limb. In other words, it is favorable if the fastening device is belt-shaped. Such a belt-shaped fastening device may for example have a first end and a second end. The first and second ends may each be attached to one side of the sensor module and connected to each other on the other side when the device is applied. The shape and length of such a fastening device may be adapted to the body part to which the device is to be applied.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ausgabeeinheit ein Display ist oder umfasst. Auf einem solchen Display können die gemessenen Werte oder die aus den gemessenen Werten ermittelten Informationen unmittelbar abgelesen werden. Alternativ ist auch denkbar, dass auf dem Display nur grundsätzliche Funktionsanzeigen sichtbar sind und dass die Ausgabeeinheit zusätzlich Daten an ein entfernt angeordnetes Ausgabegerät, wie oben beschrieben, übermittelt. Die grundsätzlichen Funktionsanzeigen können beispielsweise die Anzeige, ob das Gerät eingeschaltet ist, ob eine Messung möglich ist oder ob Fehlerzustände vorliegen umfassen.In a further embodiment, it is provided that the output unit is or comprises a display. On such a display, the measured values or the information obtained from the measured values can be read directly. Alternatively, it is also conceivable that only basic function displays are visible on the display and that the output unit additionally transmits data to a remotely located output device, as described above. The basic function displays can include, for example, the display of whether the device is switched on, whether a measurement is possible or whether there are error states.
In jedem Fall ist es günstig, wenn die Ausgabeeinheit und die Auswerteeinheit in oder an der Aufnahmevorrichtung angeordnet sind. In einer denkbaren Variante sind die Ausgabeeinheit und die Auswerteeinheit gemeinsam mit dem Gassensor in dem Gehäuse der Aufnahmevorrichtung angeordnet, wobei das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung gleichzeitig das Gehäuse des Sensormoduls bildet. Denkbar ist auch, dass die Auswerteeinheit und der Gassensor in dem Gehäuse der Aufnahmevorrichtung angeordnet sind, während die Ausgabeeinheit an der oberen, äußeren Seite des Gehäuses angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorstellbar, wenn die Ausgabeeinheit ein Display ist. Wenn die Ausgabeeinheit ein Datenlogger ist, ist auch vorstellbar, dass die Ausgabeeinheit in der Auswerteeinheit angeordnet ist.In any case, it is favorable if the output unit and the evaluation unit are arranged in or on the receiving device. In a conceivable variant, the output unit and the evaluation unit are arranged together with the gas sensor in the housing of the receiving device, wherein the housing of the receiving device simultaneously forms the housing of the sensor module. It is also conceivable that the evaluation unit and the gas sensor are arranged in the housing of the receiving device, while the output unit is arranged on the upper, outer side of the housing. This is particularly conceivable if the output unit is a display. If the output unit is a data logger, it is also conceivable that the output unit is arranged in the evaluation unit.
In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine zweite Befestigungsvorrichtung aufweist, die eine Anzeigevorrichtung aufweist. Die zweite Befestigungsvorrichtung ist von der ersten Befestigungsvorrichtung räumlich getrennt. Beispielsweise ist denkbar, dass die erste Befestigungsvorrichtung ein Brustgurt ist, der das Sensormodul an der Brust des Probanden festhält, und dass die zweite Befestigungsvorrichtung ein Arm- oder Handgelenksgurt ist. Die erste Befestigungsvorrichtung mit dem Sensormodul und allen daran oder darin angeordneten Komponenten bildet dann ein Messmodul. Die zweite Befestigungsvorrichtung mit der Anzeigevorrichtung bildet ein Anzeigemodul. Das Messmodul und das Anzeigemodul können mit einander kommunizieren. Die Anzeigevorrichtung kann auf diese Weise, die Informationen der Ausgabeeinheit erhalten. Bevorzugt ist es, wenn das Messmodul und das Anzeigemodul drahtlos miteinander kommunizieren, beispielsweise über Funk ( WiFi, Bluetooth oder eine anderes drahtloses Kommunikationsverfahren). Man erkennt, dass es günstig ist, wenn die Ausgabeeinheit ein Kommunikationsmodul ist, mit dem ein Signal an das Anzeigemodul übertragbar ist. Unter einem Kommunikationsmodul wird in diesem Zusammenhang ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, die über eine drahtlose Verbindung mit einer entfernt angeordneten anderen Bauteil oder Baugruppe kommunizieren kann. Das Kommunizieren kann dabei beispielsweise über Funk, WiFi, Bluetooth oder dergleichen erfolgen. Das Anzeigemodul kann dabei ebenfalls eine Auswerteeinheit aufweisen. Diese kann mit der als Kommunikationsmodul ausgebildeten Ausgabeeinheit des Messmoduls in einer drahtlosen Kommunikationsverbindung stehen.In a further variant, it is provided that the device has a second fastening device, which has a display device. The second fastening device is spatially separated from the first fastening device. For example, it is conceivable that the first attachment device is a chest strap, which holds the sensor module to the chest of the subject, and that the second attachment device is a wrist or wrist strap. The first fastening device with the sensor module and all components arranged thereon or therein then forms a measuring module. The second fastening device with the display device forms a display module. The measuring module and the display module can communicate with each other. The display device can thus obtain the information of the output unit. It is preferred if the measuring module and the display module communicate wirelessly with one another, for example via radio (WiFi, Bluetooth or another wireless communication method). It can be seen that it is favorable if the output unit is a communication module with which a signal can be transmitted to the display module. In this context, a communication module is understood to mean a component or an assembly which, via a wireless connection, has a remote one Component or assembly can communicate. The communication can be done for example via radio, WiFi, Bluetooth or the like. The display module can also have an evaluation unit. This can be in a wireless communication connection with the output module of the measuring module designed as a communication module.
Bei jeder der vorhergehend beschriebenen Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung wenigstens eine Messvorrichtung für weitere Vitalparameter aufweist. Eine solche Messvorrichtung kann ein weiterer Gassensor sein, der ein anderes gasförmige Stoffwechselprodukt erfasst. Denkbar ist auch, dass die Messvorrichtung für weitere Vitalparameter ein SpO2-Sensor, ein Sensor zur Erfassung der Haut- oder Körperkerntemperatur oder ein Sensor zur Erfassung von Herzparametern, beispielsweise des Pulsschlages ist. Denkbar ist auch, dass die Vorrichtung mehrere Messvorrichtungen für weitere Vitalparameter aufweist. In jedem Fall ist es günstig, wenn der oder die Messvorrichtung/en für weitere Vitalparameter ebenfalls in der Aufnahmevorrichtung angeordnet sind. Die von ihnen erfassten Daten, können dann ebenfalls von der Auswerteeinheit verarbeitet und von der Ausgabeeinheit ausgegeben werden, wie bereits oben für den Gassensor beschrieben.In each of the previously described embodiments, it can be provided that the device has at least one measuring device for further vital parameters. Such a measuring device may be another gas sensor that detects another gaseous metabolite. It is also conceivable that the measuring device for further vital parameters is an SpO2 sensor, a sensor for detecting the skin or core temperature or a sensor for detecting heart parameters, for example the pulse beat. It is also conceivable that the device has a plurality of measuring devices for further vital parameters. In any case, it is favorable if the measuring device (s) for further vital parameters are likewise arranged in the receiving device. The data acquired by them can then also be processed by the evaluation unit and output by the output unit, as already described above for the gas sensor.
Ein besonderer weiterer Vorteil der Vorrichtung wird bei allen zuvor beschriebenen Varianten erreicht, wenn der elektrochemische Gassensor wenigstens eine erste und eine zweite Elektrode und einen Elektrolyten aufweist, wobei der Elektrolyt wenigstens ein Lösungsmittel, ein Leitsalz und/oder einen organischen Mediator enthält. Ein solcher Elektrolyt ist beispielsweise aus
Das Lösungsmittel kann dabei aus einer Gruppe ausgewählt sein, enthaltend Wasser und Alkylencarbonat oder Gemische daraus, bevorzugt aus der Gruppe enthaltend Wasser, Propylencarbonat, Ethylencarbonat oder Gemische daraus. Denkbar ist beispielsweise dass der Elektrolyt als Lösungsmittel ein Gemisch aus Propylencarbonat und/oder Ethylencarbonat aufweist, als Leitsalz LiCI, KCl, Tetrabutylammoniumtoluolsulfonat und/oder 1-Hexyl-3-methyl-imidazoliumtris(pentafluoroethyl)-trifluorophosphat oder ein Gemisch aus zwei oder mehr dieser Komponenten aufweist und als organischen Mediator tert-butyl-Hydrochinon und/oder ein substituiertes Anthrachinon, bevorzugt Anthrachinon-2-Sulfonat aufweist.The solvent may be selected from a group comprising water and alkylene carbonate or mixtures thereof, preferably from the group comprising water, propylene carbonate, ethylene carbonate or mixtures thereof. It is conceivable, for example, for the electrolyte to contain a mixture of propylene carbonate and / or ethylene carbonate as solvent, LiCl, KCl, tetrabutylammonium toluenesulfonate and / or 1-hexyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate or a mixture of two or more of these Having components and as an organic mediator tert-butyl hydroquinone and / or a substituted anthraquinone, preferably anthraquinone-2-sulfonate.
Günstig ist es in jedem Fall, wenn das Anion des Leitsalzes ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Halogenide, Carbonat, Sulfonat, Phosphat und/oder Phosphonat. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Anion ein Anion ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Alkyl-sulfonat, Alkenyl-Sulfonat, Aryl-Sulfonat, Alkyl-phosphat, Alkenyl-Phosphat, Aryl-Phosphat, substituiertes Alkyl-sulfonat, substituiertes Alkenyl-sulfonat, substituiertes Aryl-sulfonat, substituiertes Alkyl-phosphat, substituiertes Alkenyl-phosphat, substituiertes Aryl-phosphat, halogeniertes Phosphat, halogeniertes Sulfonat halogeniertes Alkyl-sulfonat, halogeniertes Alkenyl-sulfonat, halogeniertes Aryl-sulfonat, halogeniertes Alkyl-phosphat, halogeniertes Alkenyl-phosphat, halogeniertes Aryl-phosphat, besonders bevorzugt ein Anion ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Fluorophosphat, Alkylfluorophosphat, Aryl-sulfonat, ganz besonders bevorzugt aus der Gruppe enthaltend Perfluoralkylfluorophosphat, Toluolsulfonat.It is advantageous in any case when the anion of the conductive salt is selected from the group containing halides, carbonate, sulfonate, phosphate and / or phosphonate. In this case, it is preferred if the anion is an anion selected from the group consisting of alkyl sulfonate, alkenyl sulfonate, aryl sulfonate, alkyl phosphate, alkenyl phosphate, aryl phosphate, substituted alkyl sulfonate, substituted alkenyl sulfonate, substituted aryl sulfonate, substituted alkyl phosphate, substituted alkenyl phosphate, substituted aryl phosphate, halogenated phosphate, halogenated sulfonate, halogenated alkyl sulfonate, halogenated alkenyl sulfonate, halogenated aryl sulfonate, halogenated alkyl phosphate, halogenated alkenyl Phosphate, halogenated aryl phosphate, more preferably an anion selected from the group consisting of fluorophosphate, alkyl fluorophosphate, aryl sulfonate, most preferably from the group containing perfluoroalkyl fluorophosphate, toluenesulfonate.
Als Kationen kann das Leitsalz Metallionen, Oniumionen oder ein Gemisch aus Metallionen und Oniumionen enthalten. Dabei ist denkbar, dass die Metallionen ausgewählt sind aus Alkalimetallionen oder Erdalkalimetallionen, bevorzugt aus Li, K und/oder Na. Weiterhin ist denkbar, dass die Oniumionen ausgewählt sind aus Ammonium-, Phosphonium, Guanidiniumkationen und heterocyclischen Kationen, bevorzugt ausgewählt aus Alkyl-Ammonium- und heterocyclischen Kationen, besonders bevorzugt ausgewählt aus Alkyl-Ammonium, Imidazolium und/oder substituierten Imidazoliumionen, wobei die substituierten Imidazolium-Ionen bevorzugt eine Struktur entsprechend der Formel
Der organische Mediator kann beispielsweise eine Polyhydroxyverbindung sein, welche bei Oxidation ein chinoides System oder ein Naphthalin-System bildet. Beispieslweise kann der organische Mediator ausgewählt sein aus der Gruppe enthaltend ortho-Dihydroxybenzol, para-Dihydroxybenzol, substituierte ortho-Dihydroxybenzole und substituierte para-Dihydroxybenzole, Dihydroxynaphtalin, substituiertes Dihydroxynaphtalin, Anthrahydrochinon, substituiertes Anthrahydrochinon, bevorzugt 1,2-Dihydroxybenzol, 1,4 Dihydroxybenzol, naphtohydrochinon, substituiertes 1,2- oder 1,4.Dihydroxybenzol, substituiertes Hydrochinon, substituiertes Naphtohydrochinon, besonders bevorzugt substituiertes Anthrahydrochinon, substituiertes Hydrochinon, substituiertes 1,2-Dihydroxybenzol. Die Substituenten des substituierten Anthrachinons, substituierten 1,2-Dihydroxybenzol und/oder substituierten 1,4-Hydrochinon können ausgewählt sein aus der Gruppe enthaltend Sulfonyl, tert-Butyl, Hydroxy, Alkyl, Aryl, bevorzugt Sulfonsäure und/oder tert-Butyl. The organic mediator may be, for example, a polyhydroxy compound which upon oxidation forms a quinoidal system or a naphthalene system. For example, the organic mediator may be selected from the group consisting of ortho-dihydroxybenzene, para-dihydroxybenzene, substituted ortho-dihydroxybenzenes and substituted para-dihydroxybenzenes, dihydroxynaphthalene, substituted dihydroxynaphthalene, anthrahydroquinone, substituted anthrahydroquinone, preferably 1,2-dihydroxybenzene, 1,4-dihydroxybenzene , naphthohydroquinone, substituted 1,2- or 1,4-dihydroxybenzene, substituted hydroquinone, substituted naphthohydroquinone, more preferably substituted anthrahydroquinone, substituted hydroquinone, substituted 1,2-dihydroxybenzene. The substituents of the substituted anthraquinone, substituted 1,2-dihydroxybenzene and / or substituted 1,4-hydroquinone may be selected from the group comprising sulfonyl, tert-butyl, hydroxy, alkyl, aryl, preferably sulfonic acid and / or tert-butyl.
Der Elektrolyt kann weiterhin einen Puffer enthalten, wobei der Puffer bevorzugt eine Verbindung entsprechend der Formel
Auch ist denkbar, dass der Elektrolyt als weitere Komponente eine Komponente zur Erniedrigung des Dampfdruckes enthält, wobei die weitere Komponente bevorzugt ein Alkylenglykol oder Polyalkylenglykol ist, besonderes bevorzugt Propylenglykol, Ethylenglykol oder ein Gemisch aus Propylenglykol und Ethylenglykol ist.It is also conceivable that the electrolyte contains as a further component a component for lowering the vapor pressure, wherein the further component is preferably an alkylene glycol or polyalkylene glycol, particularly preferably propylene glycol, ethylene glycol or a mixture of propylene glycol and ethylene glycol.
In einem weiteren Aspekt ist es für alle der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten vorteilhaft, wenn wenigstens eine der Elektroden eine Kohlenstoff-Elektrode ist. Eine solche Kohlenstoff-Elektrode kann beispielsweise eine CNT, DLC oder Graphenelektrode sein.In a further aspect, it is advantageous for all of the previously described embodiments if at least one of the electrodes is a carbon electrode. Such a carbon electrode may, for example, be a CNT, DLC or graphene electrode.
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe schlägt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Stoffwechselprodukten, die eine Bestimmung von Laktatwerten ermöglichen, mit einer Vorrichtung entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche vor, umfassend die Schritte
- a. Anlegen der Vorrichtung, derart, dass die Kontaktfläche an der Hautoberfläche der zu untersuchenden Person anliegt,
- b. Messen der über die Haut abgegebenen Ammoniakkonzentration mit Hilfe des Ammoniaksensors
- c. Übermitteln des Messwertes an die Auswerteeinrichtung
- d. Korrelieren des gemessenen Ammoniakwertes mit einem in der Auswerteeinrichtung hinterlegtem Laktatwert
- e. Übermitteln des Laktatwertes an die Ausgabeeinheit
- f. Wiederholen der Schritte
b . bis e..
- a. Applying the device such that the contact surface bears against the skin surface of the person to be examined,
- b. Measuring the ammonia concentration emitted through the skin using the ammonia sensor
- c. Transmission of the measured value to the evaluation device
- d. Correlating the measured ammonia value with a lactate value stored in the evaluation device
- e. Transmitting the lactate value to the output unit
- f. Repeat the steps
b , until e ..
Ein Stoffwechselprodukt, das die Bestimmung von Laktatwerten ermöglicht, ist beispielsweise und wie oben beschrieben Ammoniak.A metabolic product that allows determination of lactate levels is, for example, ammonia as described above.
Das Anlegen der Vorrichtung entsprechend Schritt
Das Messen der über die Haut abgegebenen Ammoniakkonzentration entsprechend Schritt
Das Korrelieren des gemessenen Ammoniakwertes mit hinterlegten Laktatwerten in Schritt
In jedem Fall wird der korrelierte Wert im Anschluss an die Ausgabeeinheit weitergeleitet. Die Ausgabeeinheit kann dann diesen Wert entweder direkt anzeigen oder ihn nochmals an ein weiteres Ausgabegerät weiterleiten. Denkbar ist auch, dass die Ausgabeeinheit den Wert anzeigt und in zusätzlich an ein entfernt angeordnetes Ausgabegerät weiterleitet. Die Weiterleitung an ein entfernt angeordnetes Ausgabegerät kann beispielsweise mit Hilfe einer Funkverbindung oder dergleichen erfolgen.In any case, the correlated value is forwarded to the output unit. The output unit can then either display this value directly or redirect it to another output device. It is also conceivable that the output unit displays the value and in addition to forward a remote output device. The forwarding to a remotely located output device can be done for example by means of a radio link or the like.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn entsprechend Schritt
In einer Variante des Verfahrens ist auch denkbar, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a. Anlegen des Messmoduls, derart, dass die Kontaktfläche an der Hautoberfläche der zu untersuchenden Person anliegt,
- b. Messen der über die Haut abgegebenen Ammoniakkonzentration mit Hilfe des Ammoniaksensors;
- c. Übermitteln des Messwertes an die Auswerteeinrichtung
- d. Übermitteln des Messwertes an die Ausgabeeinheit
- e. Übermitteln des Messwertes an die Auswerteeinrichtung des Anzeigemoduls
- f. Korrelieren des gemessenen Ammoniakwertes mit einem in der Auswerteeinrichtung hinterlegtem Laktatwert
- g. Übermitteln des Laktatwertes an die Ausgabeeinheit des Anzeigemoduls
- h. Wiederholen der Schritte
b . bis g..
- a. Applying the measuring module, such that the contact surface bears against the skin surface of the person to be examined,
- b. Measuring ammonia concentration delivered via the skin using the ammonia sensor;
- c. Transmission of the measured value to the evaluation device
- d. Transmission of the measured value to the output unit
- e. Transmission of the measured value to the evaluation of the display module
- f. Correlating the measured ammonia value with a lactate value stored in the evaluation device
- G. Transmitting the lactate value to the output unit of the display module
- H. Repeat the steps
b , to g ..
Man erkennt, dass dies Verfahrensvariante insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung ein Messmodul und ein Anzeigemodul umfasst.It can be seen that this variant of the method is particularly advantageous if the device comprises a measuring module and a display module.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche, sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
-
1a bis1d Verschiedene Ausführungsvarianten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; -
2a und2b weitere Ausführungsvarianten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; -
3a den schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3b den schematischen Ablauf einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4a Messkurve des nachfolgend beschriebenen Messbeispiels Nr. 1, -
4b Messkurve des nachfolgend beschriebenen Messbeispiels Nr. 2.
-
1a to1d Various embodiments for a device according to the invention; -
2a and2 B further embodiments for a device according to the invention; -
3a the schematic sequence of a method according to the invention; -
3b the schematic sequence of an alternative variant of the method according to the invention; -
4a Measuring curve of the measuring example no. 1 described below, -
4b Measuring curve of the measuring example no. 2 described below.
Die
Die Aufnahmevorrichtung
Man erkennt in den
Die in den
Auch in den
Man erkennt, dass das Messmodul
In dem in
In dem in
Man erkennt weiterhin, dass das in
Der Gassensor
In einer speziellen Ausführungsvariante ist der Gassensor
Ist der Gassensor
Man erkennt in
Mit anderen Worten, das in
- a. Anlegen der Vorrichtung, derart, dass die Kontaktfläche
51 an der Hautoberfläche der zu untersuchenden Person anliegt, - b. Messen der über die Haut abgegebenen Ammoniakkonzentration mit Hilfe des
Gassensors 30 , - c. Übermitteln des Messwertes an
die Auswerteeinrichtung 60 , - d. Korrelieren des gemessenen Ammoniakwertes mit einem in
der Auswerteeinrichtung 60 hinterlegtem Laktatwert, - e. Übermitteln des Laktatwertes an
die Ausgabeeinheit 70 , - f. Wiederholen der Schritte
b . bis e..
- a. Applying the device, such that the
contact surface 51 on the skin surface of the person to be examined, - b. Measuring the concentration of ammonia released via the skin using the
gas sensor 30 . - c. Transmission of the measured value to the
evaluation device 60 . - d. Correlating the measured ammonia value with one in the
evaluation device 60 deposited lactate value, - e. Transmitting the lactate value to the
output unit 70 . - f. Repeat the steps
b , until e ..
Nach dem der Messwert entsprechend Verfahrensschritt
In den
Messbeispiel 1Measuring example 1
Die Messung erfolgt bei einem als Läufer A bezeichneten Probanden mit 85 kg Körpergewicht und einem Alter von 47 Jahren. Der Proband wurde nach einer Aufwärmphase von 10 Minuten über einen Zeitraum von 80 Minuten kontinuierlich beobachtet, während er einer körperlichen Belastung durch Laufen ausgesetzt war. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Konzentration von Ammoniak im Körperschweiß unter Belastung gemessen.The measurement takes place in a designated as runners A subject with 85 kg body weight and an age of 47 years. The subject was continuously observed after a warm-up period of 10 minutes over a period of 80 minutes while being subjected to a physical load by running. With the aid of the device according to the invention, the concentration of ammonia in body perspiration was measured under load.
Auf der y-Achse der
Messbeispiel 2Measuring example 2
Die Messung erfolgt bei einem als Läufer B bezeichneten Probanden mit 88 kg Körpergewicht und einem Alter von 60 Jahren. Der Proband wurde über einen Zeitraum von 25 Minuten kontinuierlich beobachtet, während er einer körperlicher Belastung durch Laufen ausgesetzt war. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Konzentration von Ammoniak im Körperschweiß unter Belastung gemessen.The measurement takes place in a designated as runners B subjects with 88 kg body weight and an age of 60 years. The subject was continuously monitored over a period of 25 minutes while being subjected to exercise stress. With the aid of the device according to the invention, the concentration of ammonia in body perspiration was measured under load.
Auf der y-Achse der
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways.
So ist es beispielsweise denkbar, dass die in den
Anstelle der Batterie
Weiterhin ist in allen beschriebenen Ausführungsbeispielen und Varianten auch denkbar, dass die Auswerteeinheit
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawings resulting features and advantages, including design details, spatial arrangements and method steps may be essential to the invention both in itself and in a variety of combinations.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- FF
- Kommunikationsverbindungcommunication link
- aa
- Verfahrensschrittstep
- bb
- Verfahrensschrittstep
- cc
- Verfahrensschrittstep
- dd
- Verfahrensschrittstep
- ee
- Verfahrensschrittstep
- ff
- Verfahrensschrittstep
- d'd '
- Verfahrensschrittstep
- e'e '
- Verfahrensschrittstep
- f'f '
- Verfahrensschrittstep
- gG
- Verfahrensschrittstep
- hH
- Verfahrensschritt step
- 1010
- Vorrichtungdevice
- 101101
- Messmodulmeasurement module
- 102102
- Anzeigemoduldisplay module
- 2020
- Befestigungsvorrichtungfastening device
- 2121
- EndeThe End
- 2222
- EndeThe End
- 2323
- Befestigungsvorrichtungfastening device
- 231231
- Befestigungsvorrichtungfastening device
- 232232
- Befestigungsvorrichtungfastening device
- 3030
- Gassensorgas sensor
- 3131
- Messvorrichtungmeasuring device
- 4040
- Aufnahmevorrichtungcradle
- 401401
- Aufnahmevorrichtungcradle
- 4141
- Seitepage
- 4242
- Seitepage
- 4343
- Gehäusecasing
- 5050
- Sensormodulsensor module
- 5151
- Kontaktflächecontact area
- 6060
- Auswerteeinheitevaluation
- 601601
- Auswerteeinheitevaluation
- 7070
- Ausgabeeinheitoutput unit
- 701701
- Ausgabeeinheitoutput unit
- 8080
- Batteriebattery
- 801801
- Batteriebattery
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |