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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein System zum Überwachen eines Gesundheitszustands eines Menschen.
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Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems sind eine häufige Todesursache in Industrieländern. Ein wichtiger Indikator für den gesundheitlichen Zustand dieses Systems ist der Blutdruck. Ist dieser zu hoch, sind Gegenmaßnahmen notwendig, um mögliche gesundheitliche Schäden zu vermeiden. Eine kontinuierliche Überwachung des Blutdrucks im häuslichen Umfeld stellt für die betroffenen Patienten jedoch oft eine große Belastung und Einschränkung dar.
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Zumeist werden mittels einer Blutdruckmanschette über Tag und Nacht verteilt in regelmäßigen Abständen Messungen ausgeführt. Bei dieser nichtinvasiven, auskultatorischen Methode wird der Druck in der Arterie durch die Manschette über den systolisch zu erwartenden Wert hinaus erhöht, woraufhin der Blutfluss stoppt. Bei nachlassendem Manschettendruck kann der Wert der wiedereinsetzenden Blutzirkulation akustisch per Stethoskop oder per digitalem Messgerät erfasst werden. Die Erkennung und Beurteilung des Schweregrades einer arteriellen Hypertonie erfolgt üblicherweise über eine Langzeitblutdruckmessung auf Basis von Intervallmessungen eines digitalen Messgeräts.
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Um detailliertere medizinisch-diagnostische Aussagen treffen zu können, bedarf es unbedingt kontinuierlicher Messungen des Blutdrucks. Eine kontinuierliche Erfassung des Blutdrucks ist derzeit jedoch nur über direkte, invasive Messungen möglich. Diese erfolgen mittels eines in die Arterie eingeführten Katheters, was ein erhöhtes Risiko von Infektionen, Thrombosen und Nervenverletzungen birgt. Daher wird diese Methode lediglich zur Überwachung während großer chirurgischer Eingriffe bei kardiopulmonal kritischen Patienten oder auf Intensivstationen eingesetzt.
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Ein anderer Ansatz wird in der
US 2006/0206014 A1 vorgeschlagen. Offenbart wird eine Ohrsonde zum Nachweisen und/oder Messen mindestens eines vorbestimmten physiologischen Zustands eines Menschen. Das System umfasst: Einen Ohrstöpsel, der zum Einsetzen in ein Ohr des Menschen geformt und dimensioniert ist; und einen Sensor, der von dem Ohrstöpsel gehalten wird und zum Erfassen des vorbestimmten physiologischen Zustands des Patienten ausgebildet ist. Der Sensor umfasst: Einen akustischen Sender und einen akustischen Empfänger, der von dem Sender beabstandet ist und einen akustischen Kanal dazwischen festlegt; und einen Prozessor zum Überwachen von Änderungen in der Laufzeit einer akustischen Welle vom Sender zum Empfänger durch den akustischen Kanal, die durch den vorbestimmten physiologischen Zustand verursacht werden.
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An diesem System hat sich zum einen die geringe Präzision und zum anderen die aus der Beaufschlagung des Trommelfells mit Druck resultierende Gefahr für das Gehör des Patienten als nachteilig herausgestellt. Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung das Problem, eine Verbesserung bezüglich der Messgenauigkeit, der möglichen Gefährdung des Patienten sowie der Aussagekraft bezüglich des Gesundheitszustands des Patienten zu erreichen.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zum Lösen dieses Problems eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gesundheitszustands eines Menschen, mit:
einem Halteelement zum Halten der Vorrichtung in einem äußeren Gehörgang des Menschen und zum Ausbilden eines durch eine Innenwand des Gehörgangs und durch das Halteelement luftdicht abgeschlossenen ersten Hohlraums;
einem Druckelement zum Einwirken auf einen ersten Luftdruck in dem ersten Hohlraum;
einem ersten Messelement zum Messen des ersten Luftdrucks; und
einer Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Überwachungssignals mit Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Überwachen eines Gesundheitszustands eines Menschen, mit:
einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben; und
einer Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Überwachungssignals mit Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck.
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Weiterhin betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Gesundheitszustands eines Menschen, mit den Schritten:
Halten der Vorrichtung in einem äußeren Gehörgang des Menschen und Ausbilden eines durch eine Innenwand des Gehörgangs und durch das Halteelement luftdicht abgeschlossenen ersten Hohlraums;
Einwirken auf einen ersten Luftdruck in dem ersten Hohlraum;
Messen des ersten Luftdrucks; und Kommunikation mit einer Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Überwachungssignals mit Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung zudem ein Computerprogrammprodukt mit eine Datenträger, auf dem Programmcode gespeichert ist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren mit den Schritten wie oben beschrieben auszuführen, wenn der Programmcode ausgeführt wird.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die Vorrichtung, das System, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein können.
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Im Gehörgang des Menschen verlaufen Blutgefäße, insbesondere umschließen mehrere Arterien den Gehörgang. Diese Arterien ändern mit dem Pulsschlag des Menschen ihr Volumen, sodass es zu einer Volumenänderung des vom Halteelement und dem Gehörgang ausgebildeten ersten Hohlraums (kann auch als Kammer bezeichnet werden) kommt. Daher kann ausgehend von den Druckschwankungen innerhalb des ersten Hohlraums auf den Pulsschlag sowie auf den Blutdruck (Informationen zum Gesundheitszustand) des Menschen geschlossen werden.
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Weiterhin wird der Luftdruck im Gehörgang aufgrund der Verbindung des Mittelohrbereiches mit dem Mund-/Rachenraum durch die eustachische Röhre, auch durch Kiefer- und oder Zungenbewegungen, beispielsweise bei einem Kau- und/oder Schluckvorgang beeinflusst. Das Erkennen solcher Bewegungen basierend auf einer Luftdruckmessung kann ebenfalls zum Ableiten von weiteren Informationen zum Gesundheitszustand (z. B. Essensmenge oder Trinkmenge) verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird von einem Halteelement im äußeren Gehörgang des Menschen gehalten. Abgesehen vom Festlegen der Vorrichtung dient das Halteelement zudem dazu, zwischen einer Innenwand des äußeren Gehörgangs des Menschen und dem Halteelement einen ersten Hohlraum luftdicht abzuschließen. Dieser erste Hohlraum ist gegenüber dem weiteren Gehörgang und gegenüber dem Trommelfell des Menschen sowie gegenüber der Umgebung, also nach außen hin, im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen. Die im ersten Hohlraum herrschenden Luftdruckbedingungen sind unabhängig von dem in der Umgebung oder auf das Trommelfell wirkenden Luftdruck. Der Luftdruck im ersten Hohlraum kann erfindungsgemäß mit einem Druckelement beeinflusst und mit einem Messelement gemessen werden. Der gemessene Luftdruck wird über eine Schnittstelle zu einer Prozessoreinheit des erfindungsgemäßen Systems kommuniziert, in der die Messung ausgewertet wird, um Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen abzuleiten.
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Das Halteelement ist derart ausgebildet, dass der erste Hohlraum ausschließlich vom Halteelement und von der Innenwand des Gehörgangs begrenzt wird. Es besteht keine direkte Verbindung des ersten Hohlraums mit dem Trommelfell. Hierdurch wird die Gefahr, die vom Ausüben eines Drucks auf das Trommelfell des Menschen ausgehen kann, vermindert. Durch eine Erhöhung des Drucks im ersten Hohlraum wird lediglich ein Druck auf die Innenwand des Gehörgangs ausgeübt, sodass sichergestellt ist, dass es nicht zu Rupturen oder Überbeanspruchungen des Trommelfells kommen kann. Die Sicherheit des Menschen wird erhöht. Zudem ergibt sich eine genauere Blutdruckmessung, da Auswirkungen von ebenfalls auf den Druck im Gehörgang wirkenden Kieferbewegungen des Menschen, die zu Messartefakten bei der Blutdruck Messung führen können, minimiert werden.
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Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen, bei denen eine Art aufblasbarer Ballon im Gehörgang verwendet wird, wie beispielsweise in
US 8,419,637 B2 und in
DE 10 2007 046 295 A1 offenbart, wird der erste Hohlraum direkt von der Innenwand des äußeren Gehörgangs begrenzt. Hierdurch kann die Genauigkeit der Messung gesteigert werden. Zudem ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Fertigbarkeit der Vorrichtung, da kein Ballon notwendig ist. Gegenüber bisherigen Ansätzen, bei denen ein Hohlraum zwischen Trommelfell und Vorrichtung geschaffen wird, ergibt sich eine deutlich reduzierte Verletzungsgefahr für den Patienten, da das Trommelfell keiner direkten (artifiziell erzeugten) Druckbelastung ausgesetzt ist.
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Weiterhin erlaubt es die erfindungsgemäße Ausgestaltung des ersten Hohlraums prinzipiell auch, dass eine Verbindung zwischen Umgebung und Trommelfell bestehen bleiben kann, sodass weiterhin Schall aus der Umgebung ans das Trommelfell gelangen kann. Eine kontinuierliche Messung unter lediglich geringer Beeinträchtigung des Hörvermögens wird ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Halteelement ein torusförmiges Dichtelement zum Anlegen an die Innenwand des äußeren Gehörgangs; und ist das Dichtelement bevorzugt einstellbar zum Anpassen eines Außendurchmessers des torusförmigen Dichtelements an einen Innendurchmesser des äußeren Gehörgangs ausgebildet. Unter einem torusförmigen Dichtelement versteht sich ein Körper, der im Wesentlichen wulstartig geformt ist und bevorzugt flexibles Material umfasst. Dieser Torus steht mit seinem Außenumfang in Kontakt mit der Innenwand des Gehörgangs und ermöglicht einen luftdichten Abschluss. Bevorzugt kann der Außendurchmesser des Torus bzw. des Dichtelements eingestellt, also verändert, werden, um an den Innendurchmesser des äußeren Gehörgangs angepasst zu werden. Die Verwendung eines torusförmigen Dichtelements hat den Vorteil, dass auch bei unregelmäßig geformter Innenwand des Gehörgangs ein luftdichter Abschluss realisiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Druckelement eine Mikropumpe, bevorzugt mit einem regelbaren Ventil und/oder mit einer verformbaren Membran; und/oder ist zum Erzeugen einer periodischen Druckänderung in dem ersten Hohlraum ausgebildet. Durch eine verformbare Membran, die an den ersten Hohlraum angrenzt, kann das Volumen des ersten Hohlraums beeinflusst werden. Hierdurch ändert sich der Druck innerhalb des Hohlraums. Ebenfalls kann ein regelbares Ventil ein gezieltes Verringern des Luftdrucks ermöglichen. Unter einer Mikropumpe versteht sich bevorzugt eine mikrosystemtechnisch gefertigte Pumpe zum Transportieren von Luft in den ersten Hohlraum hinein und/oder aus dem ersten Hohlraum heraus. Die Druckänderung im ersten Hohlraum versteht sich gegenüber der Umgebung, also dem Außendruck. Durch eine periodisch erzeugte Druckänderung wird erreicht, dass regelmäßig Messwerte in Bezug auf den Blutdruck zur Verfügung stehen. Eine kontinuierliche Messung wird ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Halteelement zum Ausbilden eines durch die Innenwand des Gehörgangs, ein Trommelfell des Menschen und das Halteelement luftdicht abgeschlossenen zweiten Hohlraums ausgebildet; umfasst die Vorrichtung ein zweites Messelement zum Messen eines zweiten Luftdrucks in dem zweiten Hohlraum; und ist die Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Überwachungssignals mit Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck und dem gemessenen zweiten Luftdruck ausgebildet. In einem weiteren Hohlraum wird eine weitere Luftdruckmessung durchgeführt. Der zweite Hohlraum ist zumindest teilweise durch das Trommelfell des Menschen begrenzt. Aufgrund der eustachischen Röhre wirken sich Kieferbewegungen stärker auf den zweiten Luftdruck als auch den ersten Luftdruck aus. Artefakte, die aufgrund von Kieferbewegungen im Messsignal des ersten Hohlraums entstehen, können basierend auf dem gemessenen zweiten Luftdruck erkannt und kompensiert werden. Durch die Verwendung eines zweiten Messelements kann somit die Messgenauigkeit erhöht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ein Sicherheitselement zum Begrenzen des ersten Luftdrucks in dem ersten Hohlraum und/oder des zweiten Luftdrucks in dem zweiten Hohlraum. Das Sicherheitselement kann insbesondere als Überdruckventil ausgebildet sein und verhindert, dass ein zu hoher Druck auf den Gehörgang des Menschen bzw. auf das Trommelfell des Menschen ausgeübt wird. Ein zu hoher Druck kann beispielsweise durch eine Fehlfunktion einer Pumpe entstehen. Verletzungen werden vermieden, die Sicherheit des Menschen wird erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Prozessoreinheit zum Erkennen pulsbedingter Druckänderungen in dem ersten Hohlraum und zum Ermitteln eines relativen Blutdrucks des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck ausgebildet. Ausgehend von dem Überwachungssignal wird ermittelt, ab welchem Druck der Pulsschlag in den Arterien des Gehörgangs unterdrückt wird. Nach einer erneuten Absenkung des erzeugten Luftdrucks können dann wieder Pulsschläge registriert werden. Demnach kann der relative Blutdruck abgeleitet werden.
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Bevorzugt ist die Prozessoreinheit zum Ansteuern des Druckelements basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck ausgebildet. Der erste Luftdruck wird als Eingangssignal für die Ansteuerung des Druckelements bzw. für den mit dem ersten Druckelement erzeugten ersten Luftdruck verwendet. Insbesondere wird der Druck so lange erhöht, bis keine periodischen Luftdruckschwankungen mehr gemessen werden, um somit den systolischen Blutdruckwert abzuleiten.
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Weiter bevorzugt ist die Prozessoreinheit zum Ansteuern des Druckelements, um einen ersten Luftdruck zu erzeugen, bei dem eine pulsbedingte Druckänderung in dem ersten Hohlraum unterdrückt wird; und zum Ermitteln eines absoluten Blutdrucks des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck ausgebildet. Durch die entsprechende Ansteuerung des Druckelements kann der absolute Blutdruck abgeleitet werden. Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen kann also nicht nur der relative, sondern der absolute Blutdruck ermittelt werden. Durch diesen Wert lassen sich Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand des Menschen ziehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das System eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Beschleunigungs- und/oder Drehrateninformation des Menschen, wobei die Prozessoreinheit zum Ermitteln des Überwachungssignals basierend auf der Beschleunigungs- und/oder Drehrateninformation des Menschen, bevorzugt basierend auf einer erkannten Lage oder einer vordefinierten Lageänderung, ausgebildet ist; und die Prozessoreinheit bevorzugt zum Ermitteln eines absoluten und/oder relativen Blutdrucks auf einer Indifferenzebene des Menschen basierend auf dem gemessenen ersten Luftdruck ausgebildet ist. Durch die gleichzeitige Erfassung von Beschleunigungs- und/oder Drehrateninformationen mittels eines entsprechend ausgebildeten Sensors können weitere Informationen bei der Ermittlung des Überwachungssignals berücksichtigt werden. Hierdurch können Artefakte kompensiert und eine genauere Messung erreicht werden. Insbesondere kann eine Lageänderung des Menschen erkannt werden. Hierdurch können Rückschlüsse gezogen werden, ob sich der Mensch in einer liegenden, sitzenden oder anderen Position befindet. Demnach kann auf den absoluten und/oder relativen Blutdruck auf der Indifferenzebene, also auf der Höhe des Herzens des Menschen, rückgeschlossen werden. Zudem wird ausgehend von einer Abschätzung der Höhenänderung und der entsprechenden Luftdruckänderung eine Kalibrierung des Systems ermöglicht.
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Bevorzugt ist die Prozessoreinheit zum Ermitteln eines absoluten und/oder relativen Blutdrucks und/oder zum Erkennen einer Kiefer- und/oder Zungenbewegung des Menschen basierend auf dem gemessenen zweiten Luftdruck ausgebildet. Kiefer- und/oder Zungenbewegungen des Menschen führen zu Artefakten im Überwachungssignal. Durch die zusätzliche Berücksichtigung des gemessenen zweiten Luftdrucks können diese Artefakte kompensiert werden. Eine genauere Messung des Blutdrucks wird erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Prozessoreinheit zum Erkennen einer Kiefer- und/oder Zungenbewegung des Menschen; und zum Erkennen eines Kau- und/oder Schluckvorgangs des Menschen basierend auf der erkannten Kiefer- und/oder Zungenbewegung und zum Ableiten einer Trink- und/oder Essensmenge des Menschen; und/oder zum Ermitteln eines Steuersignals zum Steuern einer Maschine, insbesondere eines Computers oder eines Rollstuhls, und/oder einer Sprachinformation basierend auf der erkannten Kiefer- und/oder Zungenbewegung ausgebildet. Ausgehend vom ermittelten ersten und/oder zweiten Luftdruck können zudem auch Kiefer- und/oder Zungenbewegungen des Menschen erkannt werden. Hierauf basierend kann dann über ein Erkennen eines Kau- und/oder Schluckvorgangs eine Trink- und/oder Essensmenge des Menschen abgeschätzt werden. Ebenfalls ist es möglich ein Steuersignal zum Steuern eines Computers oder eines Rollstuhls oder eine Sprachinformation abzuleiten. Hierdurch können einerseits weitere Informationen bezüglich des Gesundheitszustands des Menschen abgeleitet werden und andererseits zusätzliche Anwendungen ermöglicht werden.
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In einer Ausgestaltung umfasst das System eine weitere Vorrichtung wie zuvor beschrieben, wobei die Prozessoreinheit zum Ermitteln des Überwachungssignals basierend auf einer Differenz zwischen den gemessenen ersten Luftdrücken der beiden Vorrichtungen ausgebildet ist. Durch die Verwendung zweier Vorrichtungen in beiden Ohren des Menschen können störende Artefakte besser kompensiert werden, wodurch die Messgenauigkeit weiter erhöht wird. Solche Artefakte resultieren insbesondere aus unbewusst herbeigeführten Bewegungen, die oft nur einseitig, also an einem Ohr, wirken und demnach basierend auf einer Messung in beiden Ohren herausgerechnet werden können.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer im Gehörgang positionierten Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht;
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2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht;
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4 eine schematische Darstellung eines torusförmigen Dichtelements zum luftdichten Abschließen des äußeren Gehörgangs;
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5 eine schematische Darstellung eines einstellbar ausgebildeten torusförmigen Dichtelements in einer Schnittansicht;
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integrierten Lagesensoren;
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7 eine schematische Darstellung der Lage der Indifferenzebene bei unterschiedlicher Position des Menschen;
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8 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
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9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dargestellt, die im äußeren Gehörgang 12 eines Menschen positioniert ist. Zwischen einer Innenwand 14 des Gehörgangs 12 und der Vorrichtung 10 ist ein luftdicht abgeschlossener erster Hohlraum 16 ausgebildet. Die Darstellung ist als Schnittansicht zu verstehen. Der erste Hohlraum 16 verläuft im Wesentlichen ringförmig um eine Zentralachse der Vorrichtung 10 herum. Der Hohlraum 16 ist auf seiner dem Trommelfell 18 des Menschen zugewandten Seite und auf seiner der Umgebung 20 zugewandten Seite luftdicht von Fortsätzen der Vorrichtung 10 abgeschlossen.
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Erfindungsgemäß wird der erste Hohlraum 16 damit lediglich von der Vorrichtung 10 und der Innenwand 14 des äußeren Gehörgangs 12 ausgebildet. Der erste Hohlraum 16 hat keine direkte Verbindung zum Trommelfell 18 des Menschen. Insoweit kann im ersten Hohlraum 16 ein anderer Druck als in der Umgebung 20 bzw. im restlichen Teil des äußeren Gehörgangs 12 herrschen. Ein relativ hoher Druck im ersten Hohlraum 16 wirkt damit nicht auf das Trommelfell 18. Hierdurch wird vermieden, dass es aufgrund eines durch die Vorrichtung erzeugten Überdrucks zu einer Beeinträchtigung des Trommelfells kommt oder sogar ein Riss im Trommelfell 18 entsteht. Das Trommelfell 18 wird geschützt. Zudem bleibt es möglich, dass durch eine entsprechende Verbindung Schallwellen aus der Umgebung 20 zum Trommelfell 18 gelangen können (nicht dargestellt), sodass das Hörempfinden nur geringfügig beeinträchtigt wird.
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In der 2 ist eine Detailansicht der Vorrichtung 10 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Halteelement 24, das ein Festlegen der Vorrichtung 10 im äußeren Gehörgang erlaubt. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 ein Messelement 26 und ein Druckelement 28 auf.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Halteelement 24 aus flexiblem bzw. elastischem Material und im Wesentlichen zylinderförmig entlang einer Zentralachse 22 aufgebaut. Das Halteelement 24 umfasst entlang seines Umfangs verlaufende, radial ausgerichtete Lamellen 30. Die Lamellen 30 sind flexibel bzw. elastisch ausgebildet, um an die Innenwand des inneren Gehörgangs angelegt zu werden und einen luftdichten Abschluss zwischen erstem Hohlraum 16 und Umgebung 20 bzw. Trommelfell 18 zu ermöglichen. Die Lamellen 30 werden im Gehörgang deformiert und bewirken so sowohl ein Festlegen der Vorrichtung 10 im Gehörgang als auch einen luftdichten Abschluss des ersten Hohlraums 16. Die Lamellen 30 wirken als Dichtelement. Der erste Hohlraum 16 wird zwischen zwei Lamellen 30 ausgebildet.
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Innerhalb des ersten Hohlraums 16 ist ein Messelement 26 angeordnet, mit dem ein Luftdruck gemessen werden kann. Es versteht sich, dass das Messelement 26 auch an anderen Stellen angeordnet sein kann. Insbesondere kann das Messelement 26 auch lediglich über einen Luftkanal mit dem ersten Hohlraum 16 verbunden sein. Das Messelement 26 ist bevorzugt als mikrosystemtechnischer Drucksensor ausgebildet. Weiter bevorzugt ist das Messelement 26 temperaturkompensiert ausgebildet, sodass eine Änderung der Temperatur erfasst und ihre Einwirkung auf den vom Messelement 26 bereitgestellten Messwert kompensiert werden kann.
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Durch das Druckelement 28 kann auf den ersten Luftdruck im ersten Hohlraum 16 eingewirkt werden. Bevorzugt ist das Druckelement als Mikropumpe ausgebildet. Das Druckelement 28 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Luftkanal 34 zwischen Umgebung und erstem Hohlraum 16 angeordnet. Das Druckelement 28 kann einerseits zum Erhöhen des Luftdrucks innerhalb des ersten Hohlraums 16 durch ein Fördern von Luft vom Außenraum in den ersten Hohlraum 16 verwendet werden. Andererseits kann das Druckelement 28 auch zum Erzeugen eines verringerten Drucks, also zum Fördern von Luft aus dem ersten Hohlraum 16 in die Umgebung 20, verwendet werden.
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In der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist weiterhin ein (optionales) Sicherheitselement 32 im Kanal 36 zwischen erstem Hohlraum 16 und der Umgebung 20 angeordnet. Das Sicherheitselement 32 dient dazu, zu verhindern, dass der Luftdruck im ersten Hohlraum eine vorgegebene Sicherheitsschwelle überschreitet und so möglicherweise die Gesundheit des Patienten gefährden kann. Das Sicherheitselement 32 ist bevorzugt als Überdruckventil ausgebildet. Beim Überschreiten einer Druckschwelle wird Druck abgelassen. Durch das Sicherheitselement 32 wird ein maximaler Druck im ersten Hohlraum 16 definiert.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Schnittstelle 38 zur Kommunikation mit einer Prozessoreinheit. Über die Schnittstelle 38 werden die vom Messelement 26 gemessenen Luftdruckwerte an die Prozessoreinheit weitergeleite. In der Prozessoreinheit können dann Informationen zum Gesundheitszustand des Menschen, insbesondere der Blutdruck des Menschen, berechnet werden. Die Prozessoreinheit kann optional ebenfalls in der Vorrichtung 10 integriert sein. Die Schnittstelle 38 ist bevorzugt weiterhin dazu ausgebildet, mit dem Druckelement 28 zu kommunizieren, um eine Steuerung des Druckelements 28 zu ermöglichen. Die Schnittstelle 38 kann dabei drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet sein.
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In der stark durchbluteten Innenwand des Gehörganges verlaufen Blutgefäße, die sich mit dem Pulsschlag des Menschen dehnen und zusammenziehen. Dieser Vorgang wirkt sich auf den Luftdruck im ersten Hohlraum 16 aus, sodass ausgehend von einer Druckmessung Informationen zum Pulsschlag des Menschen abgeleitet werden können.
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Zudem kann durch eine Erhöhung des Drucks der Arteriendehnung entgegengewirkt und diese unterdrückt werden. Basierend hierauf kann auf den systolischen Blutdruck geschlossen werden. Nach einer Erhöhung bis zu einem Punkt, an dem der Pulsschlag unterdrückt wird, kann durch eine erneute Anpassung an den Außendruck der systolische Wert des Blutdrucks an der Basislinie der Druckmessung festgelegt werden. Ausgehend von den Amplituden der Messung können Rückschlüsse auf den diastolischen Wert gezogen werden. Bevorzugt wird der Druck im ersten Hohlraum mit einer Frequenz unterhalb von 20 Hz geändert. Durch die Messung des Luftdrucks innerhalb des ersten Hohlraums kann demnach auf Vitalparameter (physiologische Daten) wie beispielsweise Atmung, Pulsfrequenz oder Blutdruck rückgeschlossen werden.
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Gegenüber herkömmlichen Verfahren zum Messen des Blutdrucks hat das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere den Vorteil, dass die Sicherheit des Menschen erhöht wird. Zudem wird ein unangenehmes Tragegefühl verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht von der Durchblutung der Extremitäten abhängig, die zum Beispiel durch Rauchen stark variabel ist. Weiterhin lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren deutlich einfacher in den Alltag integrieren, da lediglich eine kleine Vorrichtung im Ohr getragen werden muss, die die Bewegungsfreiheit des Patienten nicht einschränkt.
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In der 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10' schematisch in einer Schnittansicht dargestellt. Der erste Hohlraum 16 wird zwischen Halteelement 24 und Innenwand 14 des Gehörgangs ausgebildet. Zudem wird zwischen Trommelfell 18 und Halteelement 24 ein weiterer, zweiter Hohlraum 40 ausgebildet und gegenüber der Umgebung und dem ersten Hohlraum 16 luftdicht abgeschlossen. Im zweiten Hohlraum 40 ermöglicht ein zweites Messelement 42 ebenfalls ein Messen des Luftdrucks.
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Eine Bewegung des Kiefers bzw. ein Kau- und Schluckvorgang wirkt sich aufgrund der Verbindung zwischen Mittelohrbereich und Mund-/Rachenraum über das Trommelfell deutlich stärker auf den Druck im zweiten Hohlraum als auf den Druck im ersten Hohlraum aus. Wenn basierend auf dem Signal des ersten Messelements 26 ein Pulssignal bzw. ein Blutdruck ermittelt werden soll, führen solche Bewegungen zu Artefakten. Diese Artefakte können basierend auf einer Auswertung der Signale beider Messelemente 26, 42 erkannt und kompensiert werden.
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Zudem ermöglicht die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10' mit zwei getrennten Hohlräumen 16, 40, dass im ersten Hohlraum 16 der Druck so lange erhöht werden kann, bis keine pulsbedingte Druckschwankung mehr zu messen ist, während im zweiten Hohlraum 40 weiterhin Signale aufgenommen werden können. Ein ''Abreißen'' des Signals wird verhindert und die Messgenauigkeit kann erhöht werden.
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Beim dargestellten Zwei-Kammer-System ist kein Druckelement zum Beeinflussen des Drucks im zweiten Hohlraum 40 vorgesehen. Lediglich der erste Hohlraum 16 kann mit Druck beaufschlagt werden. Das Trommelfell wird geschützt und kann nicht reißen.
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In der 4 ist ein torusförmiges Dichtelement 44 im Gehörgang 12 schematisch dargestellt. Durch die Verwendung eines torusförmigen, flexiblen Materials kann durch Kompression oder Expansion die äußere Form verändert werden. Hierdurch kann ein Anpressdruck des Dichtelements 44 an die Innenwand des äußeren Gehörgangs erzeugt werden. Durch diesen Druck kann ein luftdichter Abschluss zwischen Dichtelement 44 und Innenwand 14 des Gehörgangs 12 erreicht werden. Das dargestellte torusförmige Dichtelement 44 wird dabei bevorzugt so an der Vorrichtung angeordnet, dass es die Vorrichtung umschließt. Vorzugsweise wird der erste Hohlraum zwischen zwei torusförmigen Dichtelementen ausgebildet.
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Das Dichtelement 44 kann beispielsweise in der Art eines Schlauchs aus flexiblem Material ausgebildet sein. Durch ein Aufpumpen oder Deformieren des Schlauchs wird erreicht, dass sich der Außendurchmesser des torusförmigen Dichtelements 44 verändert, wodurch ein Druck auf die Innenwand 14 des äußeren Gehörgangs 12 ausgeübt wird.
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In der 5 ist ein beispielhafter Mechanismus zum Verändern des Außendurchmessers schematisch dargestellt. Durch Verdrehen zweier Drehelemente 46a, 46b mit einem Innen- bzw. Außengewinde verändert sich der Abstand zwischen den beiden Teilen 46a, 46b, wodurch das torusförmige Dichtelement 44 gequetscht bzw. entspannt wird. Hierdurch kann ein Außenradius des Dichtelements 44 verändert werden, um ein optimales Anlegen an die Innenwand des Gehörgangs zu ermöglichen. Das torusförmige Dichtelement 44 weitet sich in Radialrichtung aus. Hierdurch wird Druck auf die Innenwand des Gehörgangs ausgeübt.
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In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10'' dargestellt. Über einen Lagesensor (umfassend beispielsweise mindestens einen Beschleunigungs- und oder Drehratensensor) an der Vorrichtung, kann eine Bewegung des Kopfes 48 des Menschen 50 detektiert und die Lage des Kopfes 48 festgestellt werden. Die Messwerte dieses Lagesensors werden als weiteres Eingangssignal zur Ermittlung eines Überwachungssignals zum Überwachen des Gesundheitszustands des Menschen 50 verwendet.
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Wie in der 7 schematisch dargestellt, kann mittels eines Lagesensors an der Vorrichtung 10'' insbesondere die Lage einer Indifferenzebene 52 berechnet werden kann. Je nach Lage der Indifferenzebene ändert sich der hydrostatische Blutdruck. Im Liegen, wie auf der linken Seite der Figur dargestellt, befindet sich die Indifferenzebene 52 auf gleicher Höhe wie die Vorrichtung 10''. Im Stehen, wie auf der rechten Seite der Figur dargestellt, existiert ein Höhenunterschied.
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Ausgehend von einer Modellierung, bei der als zusätzliches Modellwissen der Höhenunterschied zwischen Indifferenzebene 52 und Vorrichtung 10'' zur Verfügung steht, kann basierend hierauf zur Berechnung des diastolischen Werts des Blutdrucks ein Kalibrierungsvorgang durchgeführt werden. Bei diesem Kalibrierungsvorgang kann beispielsweise eine Person ihre Lage dahingehend verändern, dass sie von einer liegenden in eine sitzende bzw. stehende Position wechselt. Dabei sinkt der hydrostatische Blutdruck und die Arterien um den Gehörgang entleeren sich, sodass es zu einer Drucksenkung innerhalb des ersten oder zweiten Hohlraums kommt. Der hydrostatische Blutdruck in Bezug auf die Lageänderung kann dann über eine Abschätzung 77 mmhg/m·h = Δhydrostatischer_Blutdruck ermittelt werden, wobei h den Höhenunterschied zwischen Indifferenzebene und Messeinheit bezeichnet. Davon ausgehend, dass dieser Höhenunterschied und die Druckänderung im Hohlraum voneinander abhängig sind, kann eine Druckschwankung in der Kammer in Relation zur Blutdruckschwankung gesetzt werden.
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Durch diese Kalibrierung wird es ermöglicht, aus dem systolischen Blutdruck und den gemessenen Amplituden auch den diastolischen Blutdruck zu berechnen. Ändert sich die Basislinie des Drucks im Gehörgang dauerhaft wird ein neuer systolischer Wert berechnet, ausgehend von dem dann ein neuer diastolischer Wert bestimmt werden kann. In dieser Ausführungsform ist ein Druckelement nicht unbedingt erforderlich.
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In der 8 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 54 dargestellt. Neben der Vorrichtung 10 umfasst das System weiterhin eine Prozessoreinheit 56, der beispielsweise in einem Smartphone oder in einem PC angeordnet sein kann. Die Schnittstelle an der Vorrichtung 10 ist zur drahtlosen Kommunikation mit der Prozessoreinheit 56 ausgebildet. Beispielsweise kann die Kommunikation über Bluetooth oder über WLAN erfolgen. Ebenfalls ist es möglich, dass die Prozessoreinheit 56 in einem Internetserver angeordnet ist, wobei dann die Schnittstelle in der Vorrichtung 10 zur Mobilkommunikation ausgebildet sein kann.
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In der 9 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 54' dargestellt. Der Prozessor ist in einem hinter dem Ohr des Menschen angeordneten Gehäuse 58 untergebracht. Die Schnittstelle der Vorrichtung 10 ist zur drahtgebundenen Kommunikation mit der Prozessoreinheit 56 ausgebildet. Es versteht sich, dass die Prozessoreinheit 56 auch innerhalb der Vorrichtung 10 angeordnet sein kann.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Systems liegt in der Erkennung von Kiefer- und/oder Zungenbewegungen (Informationen zum Gesundheitszustand). Eine solche Erkennung kann in unterschiedlichen Situationen von Interesse sein, um beispielsweise Kau- bzw. Schluckbewegungen oder lautloses Sprechen zu erkennen oder auch um Geräte anzusteuern.
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Durch Kiefer- und/oder Zungenbewegungen werden sowohl der erste Hohlraum als auch der zweite Hohlraum verformt. Zudem bewegt sich das Trommelfell. Die aus der Verformung resultierenden Druckänderungen können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden. Die Auswertung des aufgenommenen Signals kann beispielsweise mit einem neuronalen Netzwerk oder anderen geeigneten Maßnahmen erfolgen. Insbesondere können Merkmale extrahiert werden, um verschiedene Kiefer- bzw. Zungenbewegungen voneinander zu unterscheiden oder eine Kau- bzw. Schluckbewegung zu erkennen. Beispielsweise kann ein binärer Klassifizierer durch manuell annotierte Datensätze trainiert werden. Hierzu werde Experimente durchgeführt, bei denen ein Proband schluckt, kaut oder spezifische Zungen- und/oder Kieferbewegungen vornimmt und dabei mittels eines separaten Hardware-Triggers spezifische Bereich des Drucksignals annotiert. Ausgehend von diesen Datensätzen können dann relevante Merkmale extrahiert werden. Die vorliegende Erfindung mit zwei verschiedenen Hohlräumen erlaubt dabei eine besonders genaue Ermittlung. Eine Kaubewegung kann insbesondere mittels einer Frequenzbereichsfilterung erfolgen.
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Ausgehend von Druckänderungen kann in der Prozessoreinheit also über erkannte Schluck- bzw. Kauvorgänge beispielsweise eine Essens- bzw. Trinkmenge objektiv festgestellt werden, wodurch ein Prozess der Gewichtsreduktion unterstützt werden. Eine händische Dokumentation einer Essens- und Trinkmenge wird vermieden. Ein mögliches Einsatzszenario wäre damit in einem Altenheim oder in einer Pflegeeinrichtung zur Vorbeugung einer Dehydrierung eines Patienten.
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Weiterhin können Rückschlüsse auf die Kiefer- und/oder Zungenbewegung dafür genutzt werden, diese in Sprache umzusetzen, um so beispielsweise einem Patienten mit erkrankten oder durch einen Unfall beschädigten Stimmbändern das Sprechen zu ermöglichen. Zudem ist es möglich die erkannten Kiefer- und/oder Zungenbewegungen zur Steuerung eines automatischen Rollstuhls zu verwenden. Die vergleichsweise riskante und unpräzise Steuerung durch einen Mundjoystick wird ersetzt.
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Unter Einwirken auf einen Luftdruck wird hierin ein Beeinflussen im Sinne eines Erhöhens oder Verringerns eines Luftdrucks verstanden. Der Luftdruck kann über den Umgebungsdruck erhöht werden oder unter den Umgebungsdruck abgesenkt werden. Unter dem Messen des Luftdrucks wird das Aufzeichnen eines entsprechenden Messsignals verstanden. Insbesondere wird hierzu ein temperaturkompensierter mikrosystemtechnisch gefertigter Luftdrucksensor eingesetzt.
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Unter Ermitteln des Überwachungssignals wird hierin ein Berechnen auf Basis einer vordefinierten Berechnungsmethode verstanden. Das Überwachungssignal mit Informationen zum Gesundheitszustand ist insbesondere ein Signal, das den absoluten und/oder relativen Blutdruck des Menschen und/oder eine Trink- und/oder Essensmenge des Menschen widerspiegelt. Es können jedoch auch weitere Informationen zum Gesundheitszustand wie Pulsschlag, Blutsauerstoffsättigung etc. ermittelt werden. Zudem kann ein Signal ermittelt werden, das einen Kau- und/oder Schluckvorgang widerspiegelt, wobei basierend auf diesem Signal dann weitere Informationen wie beispielsweise eine Sprachinformation oder eine Steuerinformation zum Steuern einer Maschine ermittelt werden können.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter ''umfassen'' und ''mit'' nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel ''ein'' oder ''eine'' schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme, vertrieben werden. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0206014 A1 [0005]
- US 8419637 B2 [0016]
- DE 102007046295 A1 [0016]
