DE102017200815A1

DE102017200815A1 - Messsystem und Verfahren zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers eines Individuums

Info

Publication number: DE102017200815A1
Application number: DE102017200815.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Ullmann; Jochen Hoffmann; Stefan Leidich; Thomas Alexander Schlebusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Bei einem Messsystem zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers (10) eines Individuums umfasst das Messsystem wenigstens einen implantierbaren Transponder (11) sowie eine am oder im Körper des Individuums platzierbare Ausleseeinheit. Der Transponder (10) weist wenigstens ein Wechselwirkungsmittel auf. Die Ausleseeinheit weist ebenfalls wenigstens ein Wechselwirkungsmittel (14, 15, 16) auf. Das Messsystem beruht auf einer Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel des Transponders (10) und dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers eines Individuums sowie ein entsprechendes Verfahren. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
Mit dem Begriff Miktion wird die Entleerung der Harnblase bezeichnet. Verschiedene Umstände und Krankheitsbilder können dazu führen, dass die Miktion gestört ist. Beispielsweise können querschnittsgelähmte Personen aufgrund einer gestörten Innervation nicht mehr willkürlich ihre Harnblase entleeren. In solchen Fällen ist in bestimmten Zeitabständen in der Regel eine Entleerung der Harnblase mit Hilfe eines Einmalkatheters erforderlich. Um den Zeitpunkt der Katheterisierung bestimmen zu können, kann beispielsweise auf Grundlage eines sogenannten Miktionstagebuchs, das die Uhrzeit, die Trinkmenge und die Harnmenge protokolliert, ein geeigneter Zeitpunkt bestimmt werden. Auch durch degenerative Prozesse im Bereich der Harnblaseninnervation, beispielsweise im Alter, oder durch unerwünschte Nebenwirkungen von Medikamenten kann es zu Störungen im Hinblick auf die Harnspeicherung und/oder -entleerung kommen. Bei der sogenannten Dranginkontinenz verspüren die Betroffenen, i. d. R. Ältere, erst sehr spät einen dann allerdings sehr starken (imperativen) Harndrang, der zum überstürzten Aufsuchen der Toilette führt. Dabei kommt es häufig zu Stürzen mit Frakturen (vor allem Oberschenkelhalsfrakturen). Viele Oberschenkelhalsfrakturen in Pflegeheimen sind auf überstürztes Aufsuchen der Toilette, insbesondere nachts, aufgrund eines imperativen Harndrangs zurückzuführen. Weiterhin kann ein ausgeprägter Harndrang trotz leerer oder nur sehr gering gefüllter Blase bestehen. In diesen Fällen spricht man von einer überaktiven Blase (Reizblase).
Das Harnblasenvolumen kann klinisch mittels einer Ultraschalluntersuchung bestimmt werden. Um das Harnblasenvolumen mit anderen technischen Mitteln zu bestimmen, schlägt die US-Patentanmeldungsschrift US 2007/0100387 A1 ein System vor, bei dem zwei Elektroden in die Harnblasenwand implantiert werden. Auf der Basis einer Impedanzmessung können auf diese Weise Zustandsparameter der Harnblase bestimmt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung schlägt ein Messsystem zur allgemeinen Erfassung einer Position innerhalb des Körpers eines Individuums vor. Hierbei umfasst das Messsystem wenigstens einen implantierbaren Transponder. Weiterhin ist eine Ausleseeinheit vorgesehen, die am oder im Körper des Individuums platziert wird. Der Transponder ist dabei mit wenigstens einem Wechselwirkungsmittel ausgestattet. Die Ausleseeinheit ist ebenfalls mit wenigstens einem Wechselwirkungsmittel ausgestattet. Das Messsystem basiert dabei auf einer Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel des implantierten Transponders und dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit. Hierbei macht sich das System zu Nutze, dass durch den räumlichen Abstand zwischen dem Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit, die sich im Prinzip in fixierter Position befinden, und dem Wechselwirkungsmittel des Transponders eine Lokalisierung und damit eine Positionsbestimmung des implantierten Transponders möglich ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems ist zusätzlich ein Referenztransponder vorgesehen. Dieser Referenztransponder wird ebenfalls in den Körper des Individuums implantiert, wobei dieser Referenztransponder an einer festen Referenzposition im Körper des Individuums eingebracht wird. Hierdurch wird eine interne Referenzposition festgelegt, sodass die Position des Transponders in Bezug zu der Referenzposition gemessen werden kann. Diese Ausgestaltung des Messsystems erlaubt eine besonders exakte Positionsbestimmung, da diese Positionsbestimmung im Prinzip unabhängig von der Position der gegebenenfalls außen am Körper zu tragenden Ausleseeinheit ist. Insbesondere sind Verschiebungen oder ein Verrutschen der Ausleseeinheit am Körper während der Messung unkritisch, da für die Messung ein interner Bezugspunkt vorhanden ist. Durch den Einsatz eines Referenztransponders oder gegebenenfalls mehrerer Referenztransponder ist das System damit sehr robust gegenüber einer Verschiebung der außen zu tragenden Ausleseeinheit bzw. einer Verschiebung der oder des Wechselwirkungsmittel(s) dieser Ausleseeinheit.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Messsystems bzw. in einer besonders bevorzugten Anwendung dieses Messsystems ist dieses Messsystem zur Erfassung des Füllungszustandes einer Harnblase des Individuums vorgesehen. Die mit dem Messsystem zu erfassende Position ist hierbei eine Position im Bereich der Harnblasenwand. Zweckmäßigerweise wird der Transponder hierfür in die vordere Harnblasenwand bzw. das vordere Blasendach implantiert. Vor allem für diese Anwendung ist eine interne Referenzposition durch einen weiteren implantierten Referenztransponder sehr vorteilhaft. Der Referenztransponder kann beispielsweise im Bereich der Schambeinfuge (Symphyse) oder auch an anderer Position, die unabhängig von der Harnblase ist, fixiert werden. Der Transponder und der Referenztransponder können mit einem minimalinvasiven Eingriff beispielsweise in örtlicher Betäubung in die entsprechenden Positionen eingebracht werden. Die Ausleseeinheit kann z. B. auf der Bauchdecke durch ein Klebepflaster fixiert werden. In anderen Ausgestaltungen kann hierfür beispielsweise eine Windel, ein Gürtel, ein Nierengurt oder entsprechend ausgestattete Unterwäsche eingesetzt werden, in die die Ausleseeinheit integriert wird. Auf diese Weise kann die Ausleseeinheit in bequemer Weise am Körper getragen werden. Da diese Anbringung der äußeren Ausleseeinheit jedoch in der Praxis auch verrutschen kann (z. B. durch Bewegungen der Bauchdecke bei verschiedenen Körperpositionen, insbesondere bei Fettleibigkeit), ist es sehr vorteilhaft, eine interne fixierte Referenzposition durch den Referenztransponder zur Verfügung zu haben, um eine besonders zuverlässige Messung des Harnblasenvolumens zu ermöglichen.
Abhängig von dem Volumen der Harnblase verändert sich die Position des in der vorderen Harnblasenwand implantierten Transponders, insbesondere im Bezug zum Referenztransponder, sodass hieraus auf das Blasenvolumen und den Füllungszustand der Blase geschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße Messsystem erlaubt damit eine einfache, zuverlässige und kontinuierliche Messung des Harnblasenvolumens, wobei nur anfänglich ein minimalinvasiver Eingriff in örtlicher Betäubung erforderlich ist. Dieses Messsystem eignet sich daher auch zur langfristigen Messung des Harnblasenvolumens bei Personen, bei denen die Miktion gestört ist. Beispielsweise kann dieses Messsystem für querschnittsgelähmte Patienten eingesetzt werden, um einen geeigneten Zeitpunkt für eine Katheterisierung zu bestimmen. Gegenüber herkömmlichen Verfahren (z. B. auf der Basis eines Miktionstagebuchs) hat die Messung mit dem erfindungsgemäßen Messsystem den Vorteil, dass auf eine Protokollierung der Trinkmenge etc. verzichtet werden kann. Weiterhin werden vorzeitige Katheterisierungen vermieden, sodass das Komplikationsrisiko, das mit jeder Katheterisierung verbunden ist (z. B. Verletzungen oder Infektionen), verringert wird. Die Entleerung der Blase durch die Katheterisierung wird dadurch besser planbar, wodurch auch soziale Einschränkungen in Zusammenhang mit der Katheterisierung für die Betroffenen minimiert werden können. Auch in anderen Fällen einer gestörten Miktion ist das erfindungsgemäße Messsystem mit besonderem Vorteil einsetzbar. Beispielsweise bei Dranginkontinenz kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems rechtzeitig erkannt werden, ob ein Gang zur Toilette sinnvoll ist. Damit werden überstürzte Toilettengänge bei imperativem Harndrang und damit verbundene Unannehmlichkeiten und die damit verbundene Sturzgefahr vermieden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems können also insbesondere auch soziale Nachteile oder Beeinträchtigungen für betroffene Personen, die mit dem Suchen nach einer Toilette, einem Harndrang zur Unzeit oder der plötzlichen Notwendigkeit einer Katheterisierung einhergehen, deutlich verringert werden. Auch in Fällen einer überaktiven Blase kann das erfindungsgemäße Messsystem vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kann mittels der erfindungsgemäßen Bestimmung des Harnvolumens ein starker Harndrang trotz leerer oder nur sehr gering gefüllter Blase besser eingeschätzt werden, sodass mit dieser Information beispielsweise ein Blasentraining gezielt unterstützt und verbessert werden kann.
Für die Erfassung des Harnblasenvolumens ist es besonders vorteilhaft, wenn das Füllvolumen der Harnblase absolut bestimmt werden kann. Hierfür kann zuvor eine Kalibrierung durchgeführt werden, indem ein definiertes Füllvolumen, das beispielsweise durch retrograde Füllung der Harnblase mittels eines Katheters im Rahmen einer Urodynamik eingestellt wird oder durch eine Uroflowmetrie bestimmt wird, mittels des erfindungsgemäßen Messsystems vermessen wird, sodass nachfolgende Messwerte hierzu in Bezug gesetzt werden können. Beide Verfahren (Urodynamik und Uroflowmetrie) liefern kontinuierliche Volumen-Referenzpunkte, so dass auch die nicht-lineare Beziehung zwischen Transponderposition und Blasenfüllungsvolumen ermittelt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Ausleseeinheit wenigstens zwei Wechselwirkungsmittel auf, die räumlich voneinander getrennt sind. Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch die räumliche Anordnung der Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit, die sich im Prinzip in fixierter Position befinden, eine Lokalisierung und damit eine Positionsbestimmung des implantierten Transponders in besonders exakter Weise möglich ist, wobei die Positionsbestimmung beispielsweise auf der Basis einer Trilateration erfolgen kann. Je nach Position bzw. je nach Orientierung in Bezug auf die räumlich voneinander getrennten Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit unterscheidet sich der Grad der Wechselwirkung zwischen dem Wechselwirkungsmittel des Transponders und dem jeweiligen Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit. Die Ausleseeinheit stellt dabei einen Sensor dar, der die räumliche Lage des implantierten Transponders über die Messung von Abstandsvektoren ermitteln kann. Die räumlich beabstandeten Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit können mehr oder weniger nah beieinander liegen. Beispielsweise können sie im Abstand von Millimeter bis Zentimeter nebeneinander innerhalb der Ausleseeinheit liegen. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Wechselwirkungsmittel weiter auseinander liegen, beispielsweise könnte ein Wechselwirkungsmittel auf dem Bauch und ein zweites Wechselwirkungsmittel auf dem Rücken der jeweiligen Person platziert werden. Zweckmäßigerweise sollte nach einer Kalibrierung des Systems der Abstand zwischen den Wechselwirkungsmitteln der Ausleseeinheit und deren Orientierung nicht mehr verändert werden.
Das erfindungsgemäße Messsystem ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass bei der Ausleseeinheit mehrere Wechselwirkungsmittel vorhanden sind. Beispielsweise könnte auch nur ein Wechselwirkungsmittel bei der Ausleseeinheit vorgesehen sein. Wenn bei dieser Ausgestaltung die Ausleseeinheit beispielsweise in Verlängerung der Körperachse und parallel zur Ausdehnungsachse der Blase platziert wird, beispielsweise durch Integration in, auf oder unter der Sitzfläche eines Rollstuhls, kann auch hierbei die Position des implantierten Transponders, der sich beispielsweise im Blasendach befindet, ermittelt werden. In bevorzugter Weise wird hierbei auch noch ein Referenztransponder an definierter Position im Körper herangezogen. Die Wechselwirkung kann beispielsweise auf der Aussendung von Impulsen (z. B. HF-Signale) durch den oder die implantierten Transponder oder durch die Ausleseeinheit beruhen, sodass anhand der Laufzeit der Impulse bzw. anhand einer Zeitverzögerung zwischen Aussenden und Empfangen einer Antwort die Positionsbestimmung erfolgen kann. So kann beispielsweise aus der Laufzeitdifferenz zwischen Blasendach- und Referenztransponder die Position des Blasendachtransponders ermittelt werden, um daraus das Blasenvolumen zu bestimmen.
In besonders bevorzugter Weise basiert das Messprinzip des erfindungsgemäßen Messsystems auf einer induktiven Kopplung, wobei als Wechselwirkungsmittel auf Seiten des Transponders und auf Seiten der Ausleseeinheit Spulen vorgesehen sind, die mit Kondensatoren zu Schwingkreisen verschaltet sind. Dieses Messprinzip und auch ein alternatives Messprinzip werden im Folgenden noch näher erläutert.
In besonders bevorzugter Weise enthalten das Implantat, also der eigentliche Transponder, der im Folgenden auch als Messtransponder bezeichnet wird, sowie gegebenenfalls der Referenztransponder nur passive Bauelemente, also insbesondere Spulen und Kondensatoren. Daher ist der oder sind die Transponder klein, wartungsfrei und kostengünstig und als Implantat im Allgemeinen auch in der längerfristigen Anwendung problemlos.
Für die Messung des Harnblasenvolumens ist es besonders vorteilhaft, wenn die einzelnen Spulen bzw. Schwingkreise oder allgemein die Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit entlang der Körperachse auf der Bauchdecke des Individuums positioniert werden. Für andere Anwendungen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Wechselwirkungsmittel in anderer Weise an oder auf dem Körper zu positionieren. Die Ausleseeinheit kann auch etwas weiter entfernt vom Körper (körperfern) platziert werden, beispielsweise in einem Rollstuhl oder in einem Bett der jeweiligen Person. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Ausleseeinheit selbst ebenfalls implantiert wird und sich dann im Körper befindet. Der Implantationsort sollte vorzugsweise eine fixe Position im Körper darstellen, beispielsweise der Bereich der Symphyse. In dieser Ausgestaltung kann die Ausleseeinheit dann auch die Funktion des Referenztransponders übernehmen. Im Allgemeinen ist es bei einer implantierten Ausleseeinheit sinnvoll, dass die Ausleseeinheit mit einem externen Anzeigegerät kommuniziert, damit Messergebnisse außerhalb des Körpers signalisiert werden können.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Messsystems ist, dass hiermit im Prinzip eine kontinuierliche Messung mit frei wählbarem Messintervall möglich ist. Dies erhöht die Verlässlichkeit und die Akzeptanz des Messsystems für den Anwender. Weiterhin ist bei diesem Messsystem im Prinzip ein Einwachsen oder eine Einkapselung bzw. eine Vernarbung des oder der Transponder unkritisch, da die Positionen des Transponders elektromagnetisch abgefragt werden können. Die Einbringung des oder der Transponder im Rahmen eines örtlichen Eingriffs ist unkritisch, da es sich bei der Einbringung bzw. Platzierung des Transponders (Implantation) beispielsweise in die Harnblasenwand um einen Oberflächeneingriff ohne Eröffnung des Bauchraums handelt. Aufgrund des damit einhergehenden sehr geringen Operationstraumas besteht nur ein entsprechend sehr geringes Operationsrisiko (Verletzung von wichtigen Strukturen, Blutung, Infektion). Da es sich bei den zu implantierenden Transpondern zweckmäßigerweise um passive Elemente handelt, die keine Stromversorgung oder Wartung benötigen, ist ein dauerhafter Verbleib im Körper möglich, sodass keine weiteren geplanten Eingriffe zur Auswechslung z. B. einer Batterie nötig werden (wie z. B. bei einem Herzschrittmacher), was wiederum die Akzeptanz bei den betroffenen Personen erhöht. Durch die Platzierung des Messtransponders in der äußeren Harnblasenwand besteht kein Kontakt zu Urin. Es kann sich also kein Urinstein, beispielsweise durch Kristallisierung, bilden. Auch besteht aufgrund des fehlenden Fremdkörperkontakts mit dem harnleitendem System kein Risiko für eine durch Fremdmaterial ausgelöste Harnwegsinfektion.
Das erfindungsgemäße Messsystem ist nicht auf die Erfassung des Harnblasenvolumens beschränkt. Vielmehr können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems auch andere Positionen innerhalb des Körpers eines Individuums erfasst werden. Beispielsweise eignet sich das erfindungsgemäße Messsystem zur Lokalisierung und Überwachung von geschluckten Sensoren oder endoskopischen Kamerakapseln (z. B. sogenannte Smart Pills) oder von beispielsweise einer elektronisch gesteuerten ortsbezogenen Medikamentenfreisetzung oder Ähnlichem nach Schlucken oder anderweitiger Implantation entsprechender Systeme.
In bevorzugter Weise umfasst die Ausleseeinheit wenigstens eine Ansteuerschaltung zur Durchführung der Messung. Mit der Ansteuerschaltung können die einzelnen Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit, insbesondere die einzelnen Spulen bzw. Schwingkreise, beispielsweise nacheinander einzeln angesteuert werden, um die Wechselwirkung der jeweiligen Spule mit dem Transponder zu messen. So kann mit der Ansteuerschaltung der Grad der induktiven Kopplung zwischen der jeweiligen Auslesespule bzw. zwischen dem jeweiligen Schwingkreis der Ausleseeinheit und der Spule bzw. dem Schwingkreis des implantierten Messtransponders und/oder des Referenztransponder bestimmt werden. Dies kann beispielsweise über die Stromaufnahme des Resonanzschaltkreises in der externen Ausleseeinheit oder durch eine Impedanzmessung der Spule bzw. des jeweiligen Schwingkreises der Ausleseeinheit bei der jeweiligen Resonanzfrequenz realisiert werden. Über eine magnetische Kopplung M zwischen einer Spule der Ausleseeinheit und einer Spule des Transponders wirkt sich der feste Widerstand Z₂ des Transponders (Abschlussimpedanz der Transponderspule) auf die gemessene Impedanz Z₁ der Spule der Ausleseeinheit in Abhängigkeit von der positionsabhängigen Kopplung M aus: $Z_{1} = R_{υ 1} + j ω L_{1} + \frac{{(ω M)}^{2}}{R_{υ 2} + j ω L_{2} + Z_{2}}$
M ist dabei über die Eigeninduktivitäten L_i fest mit einem Kopplungsfaktor k verknüpft.
Die Unterscheidung der einzelnen Transponder, also insbesondere des Messtransponders und des Referenztransponders, kann über transponderindividuelle Resonanzfrequenzen realisiert werden. Dabei wird der Schwingkreis jedes Transponders für eine individuelle Transponderfrequenz ausgelegt, indem verschiedene Kapazitätswerte als Z₂ verwendet werden. Die Ansteuerschaltung kann beispielsweise durch Umschaltung des Resonanzkondensators die jeweils gewünschte Resonanzfrequenz selektieren. Wenn beispielsweise drei Spulen bzw. Schwingkreise des Messtransponders mit aufeinander abgestimmten, gleichen Resonanzfrequenzen verwendet werden, kann das System dabei mit zwei Frequenzen arbeiten. Wenn beispielsweise drei Spulen für den Messtransponder mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet werden, kann das System mit sechs Frequenzen arbeiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Messsystems wird durch eine Integration von induktiv gekoppelten Kommunikationseinheiten und/oder einem oder gegebenenfalls mehreren Mikrocontrollern oder Signalverarbeitungseinheiten das System erweitert, wodurch weitere Funktionalitäten möglich sind. Hierfür umfasst der Messtransponder weiterhin wenigstens eine induktiv gekoppelte Kommunikationseinheit und/oder wenigstens eine Signalverarbeitungseinheit. Weiterhin können ein oder mehrere weitere Sensoren zur Messung von Biosignalen des Körpers, beispielsweise von Körpertemperatur oder Blutdruck, in den Transponder integriert sein. In dieser Ausgestaltung des Systems umfasst die Ausleseeinheit vorzugsweise wenigstens eine Einheit für eine induktiv gekoppelte Kommunikation mit dem wenigstens einen Transponder und/oder für eine Energieversorgung des Transponders. Diese Einheit für eine induktiv gekoppelte Kommunikation kann mit der Ansteuerschaltung der Ausleseeinheit kombiniert werden. Hierdurch kann das System erweitert werden, um beispielsweise die Körperkerntemperatur oder Druckverhältnisse messen zu können, oder um bestimmte Substanzen im Körper, beispielsweise mittels eines integrierten chemisch-sensitiven Feldeffektransistors (ChemFET), mittels entsprechender Sensoren erfassen zu können. Weiterhin kann in den Transponder eine Einheit zur Bestimmung von Lage und Abstand des Transponders zur Ausleseeinheit integriert sein. In anderen Ausgestaltungen kann eine solche Signalverarbeitungseinheit auch außerhalb des Transponders vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist die Ausleseeinheit selbst zweckmäßigerweise mit einer Schnittstelle ausgestattet, beispielsweise einer Funkschnittstelle, die mit einem Anzeigegerät oder beispielsweise einem Smartphone oder einer Smartwatch gekoppelt werden kann. Alternativ kann auch eine direkte Benutzerschnittstelle, z. B. in Form eines Displays, bei der Ausleseeinheit vorgesehen sein.
Allgemein gilt, dass die Kommunikation zwischen Transponder und Ausleseeinheit insbesondere über eine induktive Kopplung oder per Funk mit entsprechenden Antennen erfolgen kann. Hierfür können insbesondere RFID-(Radio Frequency IDentification) oder PaLFI-(Passive Low Frequency Interface) Technologien eingesetzt werden. Die Übertragung von Energie erfolgt zweckmäßigerweise über die induktive Strecke.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Messsystems handelt es sich bei dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel des Transponders um wenigstens einen Schwingkreis, der aus Spule und Transponder aufgebaut ist. Bei dem oder den Wechselwirkungsmitteln der Ausleseeinheit handelt es sich ebenfalls um aus Spulen und Kondensatoren aufgebaute Schwingkreise. In dieser Ausgestaltung basiert das Messprinzip auf einer induktiven Kopplung zwischen dem wenigstens einen Schwingkreis des Transponders und dem wenigstens einen Schwingkreis der Ausleseeinheit. Hierbei lässt sich der Abstand zwischen dem Schwingkreis des Transponders und dem jeweiligen Schwingkreis der Ausleseeinheit aus dem Grad der induktiven Kopplung ablesen, sodass hieraus auf die Position des Transponders rückgeschlossen werden kann. Die Erfindung beruht also darauf, dass die Ausleseeinheit räumlich definiert ist bzw. in ihrer Position in Relation zu dem Körper des Individuums fixiert ist. Vorzugsweise sind mehrere Wechselwirkungsmittel, insbesondere die Schwingkreise, der Ausleseeinheit räumlich verteilt positioniert, beispielsweise entlang der Körperachse des Individuums, sodass in Abhängigkeit von der induktiven Kopplung des Transponders zu dem einen oder dem anderen Schwingkreis der Ausleseeinheit die Position des Transponders bestimmt werden kann. Von daher ist es in besonders präziser Weise möglich, eine Positionsveränderung des implantierten Transponders in Bezug zu einem Schwingkreis bzw. einem Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit festzustellen. Das Messprinzip basiert dabei auf dem Grundprinzip eines Transformators mit variabler Kopplung, wobei eine induktive Kopplung zwischen dem Schwingkreis oder zwischen einem Schwingkreis des Transponders und einem Schwingkreis der Ausleseeinheit ausgewertet wird. Da die induktive Kopplung von der Position dieser Schwingkreise und von dem Abstand dieser Schwingkreise zueinander abhängt, kann auf dieser Basis die Position des Transponders gegenüber der im Prinzip fixierten Position des bzw. der Schwingkreise der Ausleseeinheit erfasst werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems umfasst der Transponder, insbesondere der Messtransponder, zwei oder mehr Spulen, die unterschiedlich orientiert sind. Besonders bevorzugt sind drei Spulen, die orthogonal zueinander stehen und damit alle drei Raumrichtungen (x, y, z) abdecken. Die einzelnen Spulen sind vorzugsweise jeweils mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis verschaltet. Im Folgenden kann der Ausdruck „Spule“ auch gleichbedeutend mit einem Schwingkreis verstanden werden. Durch die orthogonale, dreidimensionale Anordnung der Spulen wird eine weitestgehend rotationsunabhängige Kopplung mit einem Schwingkreis der äußeren Ausleseeinheit ermöglicht.
Wenn zwei oder mehr Spulen bei dem Transponder, insbesondere dem Messtransponder, vorgesehen sind, können die Spulen des Transponders auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sein, wodurch eine sehr schnelle Messung möglich ist. In einer anderen, besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die verschiedenen Spulen des Transponders auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt, sodass die Kopplung zwischen jeder Spule des Transponders mit einem Schwingkreis der äußeren Ausleseeinheit separat bestimmt werden kann und ein Bezug zur Orientierung des Transponders im Raum (bzw. im Körper) hergestellt werden kann.
Eine weitere, ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems beruht auf einem anderen Messprinzip. Hierbei handelt es sich bei dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel des Transponders um wenigstens eine Signalemittereinheit für Hochfrequenzpulse. Die Signalemittereinheit ist mit wenigstens einer Antenne zur Aussendung dieser Hochfrequenzpulse ausgestattet. Bei dem oder den Wechselwirkungsmittel(n) der Ausleseeinheit handelt es sich um Antennen, die vergleichbar mit den vorab beschriebenen Spulen räumlich voneinander getrennt angeordnet sein können und beispielsweise entlang der Körperachse einer Person positioniert werden. Diese Antennen der Ausleseeinheit sind zum Empfang der Hochfrequenzpulse vorgesehen. Aus einer Laufzeit- und/oder Phasendifferenzmessung der ausgesendeten Hochfrequenzpulse zu den Ausleseantennen der Ausleseeinheit kann die Position des Transponders, vergleichbar mit der oben beschriebenen induktiven Kopplung, insbesondere auf der Basis einer Trilateration bestimmt werden. Hierbei ist es sehr vorteilhaft, wenn auch die Ausleseeinheit mit einem oder mehreren Signalemittern ausgestattet ist. Auf diese Weise können Probleme durch eine nicht optimale Synchronisierung zwischen Transponder und Ausleseeinheit vermieden werden. Wenn die Ausleseeinheit selbst einen Impuls aussendet, können der oder die Transponder antworten, nachdem sie den Impuls der Ausleseeinheit empfangen haben. In diesem Fall beträgt die Laufzeit zwei Mal die Entfernungs-Laufzeit plus systembedingte konstante Antwortzeit. Somit ist kein weiteres Zeitnormal erforderlich. So kann sichergestellt werden, dass aus der Laufzeit- und/oder Phasendifferenzmessung tatsächlich die Entfernung abgeleitet werden kann und dabei keine Unsicherheit besteht, ob möglicherweise die Uhr eines Transponders nicht richtig eingestellt ist.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers eines Individuums. Hierbei wird ein Messsystem gemäß der obigen Beschreibung verwendet, wobei die Position innerhalb des Körpers auf der Basis einer Wechselwirkung zwischen einem Wechselwirkungsmittel eines an dieser Position implantierten Transponders und einem Wechselwirkungsmittel einer Ausleseeinheit, die außen am Körper getragen wird, erfasst wird. Dieses Verfahren kann beispielsweise zur Überwachung der Position einer Smart Pill oder Ähnlichem, die geschluckt oder anderweit in den Körper einer Person eingebracht wurde, eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens dient das Verfahren zur Erfassung des Füllungszustandes einer Harnblase des Individuums. Hierfür wird ein Transponder (Messtransponder) in der vorderen Harnblasenwand implantiert. Die Position dieses Transponders wird im Bezug zu der Ausleseeinheit bestimmt, um daraus auf den Füllungszustand der Harnblase schließen zu können. Vorzugsweise wird zusätzlich ein Referenztransponder eingesetzt, der an einer fixen Position im Körper implantiert wird, beispielsweise im Bereich der Symphyse. Beispielsweise kann der Messtransponder bei gefüllter Harnblase (Kontrolle mittels Ultraschall) in der vorderen Blasenwand in Höhe des Blasendaches z. B. mittels Widerhaken oder Klammern unter örtlicher Betäubung im Rahmen eines kleinen Eingriffs implantiert werden. Hierfür kann beispielsweise ein geeigneter automatischer Klammerapparat verwendet werden. In Abhängigkeit des Füllungszustandes der Blase bewegt sich das Blasendach. Beispielsweise steigt bei einer Füllung der Blase das Blasendach bzw. die Blasenvorderwand mit dem daran befindlichen Transponder über das Schambein in Richtung Bauchnabel auf. Bei Entleerung der Blase sinkt das Blasendach entsprechend wieder ab. Dadurch verändert sich die von außen bestimmbare Lage des Messtransponders, woraus sich insbesondere nach entsprechender Kalibrierung das jeweilige Füllungsvolumen der Harnblase bestimmen lässt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann das Messergebnis der Ausleseeinheit an einen weiteren Empfänger weitergegeben werden. Vorzugsweise erfolgt dies drahtlos über eine Funkschnittstelle der Ausleseeinheit. Es kann jedoch auch direkt an der Ausleseeinheit eine Benutzerschnittstelle, z. B. ein Display, vorgesehen sein. Wenn das Messergebnis weitergeleitet werden soll, ist die Ausleseeinheit vorzugsweise mit einer Empfangs- und Sendeeinheit ausgestattet, sodass das Messergebnis beispielsweise drahtlos an ein Smartphone, ein Armband, ein eigenes Empfängergerät auf dem Nachttisch oder Ähnliches übermittelt werden kann, wo es angezeigt wird. Die entsprechenden Informationen über den Füllungszustand der Blase können dem Anwender direkt angezeigt werden, sodass der Anwender adäquate Maßnahmen vornehmen kann, beispielsweise eine Blasenentleerung durch Katheterisierung oder ein geordneter Gang zur Toilette oder, bei Durchführung eines Blasentrainings, ein Zurückhalten des Toilettengangs bis zur vorgegebenen Füllung.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte dieses Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, und ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Dieses elektronische Steuergerät kann beispielsweise in die Ausleseeinheit des Messsystems, die außen am Körper getragen wird, integriert sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Zeichnungen zeigen

1 schematische Darstellung der Anordnung des erfindungsgemäßen Messsystems innerhalb eines Körpers;
2 FEM-Modell zur Simulation einer Spulenanordnung gemäß der Erfindung;
3 Simulationsergebnisse der Koppelfaktoren aus der FEM-Simulation gemäß 2;
4 schematische Ansicht eines Aufbaus des Messsystems mit einer Ausleseeinheit und einem Transponder mit drei Schwingkreisen;
5 schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Messung mit einer Ausleseeinheit mit drei Schwingkreisen und mit einem Transponder, ebenfalls mit drei Schwingkreisen;
6 simuliertes Minimalbeispiel zur Erläuterung des Messprinzips;
7 und 8 Diagramme zur Darstellung der Abhängigkeit der Erregerspulenspannung (7) bzw. der Stromaufnahme des Erregerschwingkreises (8) vom Kopplungsfaktor;
9 schematische Darstellung des Systemaufbaus mit einer Ausleseeinheit und einem Transpondern auf der Basis einer induktiven Kopplung;
10 alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems mit einem Signale aussendenden Transponder und
11 schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Messung mit einer Ausleseeinheit mit drei Antennen und mit einem Signale aussendenden Transponder.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 illustriert eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems. Ein Transponder (Messtransponder) 11 ist an der Wand der Blase 12 im Körper 10 fixiert. Die räumliche Position des Transponders 11 ändert sich in Abhängigkeit vom Füllungsvolumen der Harnblase 12. Ein Referenztransponder 13, dessen Position im Körper 10 unabhängig vom Blasenfüllstand ist, dient als Referenzpunkt. Der Referenztransponder 13 kann beispielsweise an der Symphyse oder am Blasengrund fixiert sein. Die Ausleseeinheit des Messsystems umfasst in diesem Beispiel drei Spulen 14, 15, 16 bzw. drei entsprechende Schwingkreise. Die Spulen 14, 15, 16 können beispielsweise entlang der Körperachse auf dem Bauch platziert werden, sodass sie eine Veränderung der Position des Messtransponders 11 geeignet erfassen können. Dabei können die Spulen 14, 15, 16 zur genauen Positionierung beispielsweise in ein Klebepflaster, Windeln, Unterwäsche oder in eine Art Bauchgurt integriert sein. Dabei sollten die zwei oder mehr Spulen 14, 15, 16 der Ausleseeinheit beispielsweise mittig auf der Körpersymmetrieachse platziert werden, um eine möglichst gute Kopplung zum Transponder 11 und gegebenenfalls zum Referenztransponder 13 zu ermöglichen. Die Positionen der Spulen 14, 15, 16 können hierbei so gewählt werden, dass der Transponder 11 bei zunehmender Blasenfüllung (Verschiebung kopfwärts) zunächst eine gute Kopplung zur untersten Spule 16 aufweist. Mit zunehmender Füllung der Blase 12 bzw. Verschiebung des Transponders 11 nimmt die Kopplung zur ersten Spule 16 ab und die Kopplung zur nächsten Spule 15 nimmt zu. Durch die weitere Spule 14 kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden, wobei das Kopplungsmaximum diese weiteren Spule 14 bei den höheren Füllständen durchläuft.
Die Anordnung von Spulen im Raum hat unmittelbaren Einfluss auf die resultierenden Koppelfaktoren. Wenn jeweils eine Spule entweder in x- oder y- oder z-Richtung vorgesehen ist, sind die resultierenden Koppelfaktoren bei einer Wechselwirkung mit einem Schwingkreis des Ausleseeinheit entsprechend unterschiedlich orientiert. Bei einer orthogonalen, dreidimensionalen Spulenanordnung, bei der drei Spulen orthogonal zueinander stehen, resultiert ein kombinierter Koppelfaktor. Hierbei können alle drei Spulen auf die gleiche Resonanzfrequenz gestimmt sein, beispielsweise durch einen abstimmbaren Ferritkern. Durch die orthogonale, dreidimensionale Anordnung wird eine weitestgehend rotationsunabhängige Kopplung des Schwingkreises der Ausleseeinheit mit der orthogonalen, dreidimensionalen Spulenanordnung im Vergleich zu einer einzelnen Spule in x-, y- oder z-Richtung ermöglicht. Durch die orthogonale, dreidimensionale Spulenanordnung wird dabei der Fehler reduziert, der sich durch eine mögliche Drehung des implantierten Transponders bei einer Ausdehnung der Blasenwand ergibt. Die Position des Transponders ergibt sich dabei aus dem bestimmten Koppelfaktor zwischen dem Schwingkreis (Spule) der Ausleseeinheit und dem Schwingkreis der implantierten, dreidimensionalen Spulenanordnung.
Typische Koppelfaktoren eines solchen Systems können beispielsweise mittels FEM-Simulation (FEM - Finite-Elemente-Methode) berechnet werden. 2 zeigt eine mögliche Realisierung mit drei Planarspulen 34, 35, 36 der außen am Körper zu tragenden Ausleseeinheit und drei orthogonalen Spulen 37, 38, 39 des Transponders. Die Abhängigkeit des Koppelfaktors zwischen den drei Spulen 34, 35, 36 der Ausleseeinheit und den drei orthogonalen Spulen 37, 38, 39 des Transponders für Verschiebungen von - 7 cm bis + 7 cm bezogen auf den Mittelpunkt der mittleren Spule 35 der Ausleseeinheit und eine Rotation des Transponders um die x-Achse von 0° bis 40° ist in 3 dargestellt. Die mit 37 bezeichneten Linien zeigen den Verlauf des Koppelfaktors in der x-Achse. Die mit 39 bezeichneten Linien zeigen den Verlauf des Koppelfaktors in der y-Achse und die mit 38 bezeichneten Linien zeigen den Verlauf des Koppelfaktors in der z-Achse, wobei die jeweils gepunkteten Verläufe die Kopplung mit der Spule 34, die durchgezogenen Verläufe die Kopplung mit der Spule 35 und die gestrichelten Verläufe die Kopplung mit der Spule 36 darstellen.
4 illustriert den Systemaufbau, der auf der linken Seite schematisch die Ausleseeinheit 510 und auf der rechten Seite den implantierten Transponder 520 zeigt. In dieser Ausgestaltung umfasst die Ausleseeinheit 510 eine Ansteuerschaltung 511 und zwei Schwingkreise 512 und 513, die jeweils aus der Verschaltung einer Spule und eines Kondensators aufgebaut sind. Wie durch die Punkte angedeutet, können weitere Schwingkreise vorgesehen sein. Der implantierte Transponder 520 umfasst eine Anordnung aus drei orthogonal zueinander ausgerichteten Schwingkreisen 521, 522 und 523. Durch eine Trilateration aus den Messdaten (induktive Kopplung) zwischen allen Spulen bzw. Schwingkreisen der Ausleseeinheit 510 und des Transponders 520 kann die Position des Transponders bestimmt werden. 5 illustriert die Berechnung der Position aus dem Verhältnis der Güte der induktiven Kopplung zwischen den Spulen 521, 522, 523 des Transponders und den Spulen 512, 513 und der zusätzlichen Spule 514 der Ausleseeinheit. Die angedeuteten Kreise illustrieren jeweils die Entfernung zu den einzelnen Spulen 512, 513, 514 der Ausleseeinheit, ausgehend von der drei Spulen 521, 522, 523 des Transponders. In Abhängigkeit von dieser Entfernung stellt sich eine Impedanz ein, die messbar ist und aus der die Position des Transponders errechnet werden kann.
6 zeigt ein Schaltbild für ein Minimalbeispiel dieses Prinzips, mit dem die Güte der Kopplung simuliert werden kann und beispielsweise mittels SPICE (Simulation Programme with Integrated Circuit Emphasis) berechnet werden kann. Auf der rechten Seite der Abbildung ist der Transponder mit einem Schwingkreis aus Spule L2 (z. B. 3 mH), Kondensator C2 (z. B. 65 nF) und Widerstand R2 (z. B. 70 Ohm) repräsentiert. Auf der linken Seite der Abbildung ist die Ausleseeinheit mit einem Schwingkreis aus Spule L1 (z.B. 3 mH), Widerstand R1 (z. B. 1 Ohm) und Kondensator C1 (z. B. 65 nF) repräsentiert, wobei der Schwingkreis über eine Spannungsversorgung (z. B. mit einer Amplitude von 10 Volt bei einem Offset 0) bei einem Kabelwiderstand R3 (z. B. 1 Ohm) angesteuert wird. Die Konfiguration für die Simulation kann beispielsweise mit .ac oct 10 1k 100k und K1 I1 L2 {X} .step param X 0.001 0.1 0.001 eingestellt werden. Die Güte der Kopplung kann dabei entweder über die Spulenspannung, wie es in 7 illustriert ist, oder über die Stromaufnahme des primären Schwingkreises der Ausleseeinheit, wie es in 8 illustriert ist, bestimmt werden. In den 7 und 8 zeigt dabei die X-Achse die Frequenz des Erregerfeldes. Der Kopplungsfaktor ergibt schließlich die Kurvenschar.
9 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems, bei dem eine Erweiterung zur Messung weiterer physiologischer Parameter vorgesehen ist. Auf der linken Seite ist die außerhalb des Körpers zu platzierende Ausleseeinheit 610 dargestellt. Auf der rechten Seite ist ein implantierbarer Transponder 620 dargestellt. Gegebenenfalls können mehrere entsprechende Transponder 620 vorgesehen sein. Die Ausleseeinheit 610 umfasst eine Einheit 611 zur induktiv gekoppelten Kommunikation mit dem Transponder 620 und zur Stromversorgung des Transponders 620. Weiterhin umfasst die Ausleseeinheit eine Schnittstelle 615, beispielsweise eine Funkschnittstelle zu einem Anzeigegerät oder einem Smartphone oder einer Smartwatch. Alternativ kann die Ausleseeinheit direkt mit einer Benutzerschnittstelle, beispielsweise einem geeigneten Display, ausgestattet sein. Weiterhin ist die Ausleseeinheit in diesem Beispiel mit drei Spulen 612, 613, 614 ausgestattet. Die Spulen 612, 613, 614 befinden sich an der Einheit 611, die auch zur Ansteuerung dieser Spulen dient. Die Spulen 612, 613, 614 sind räumlich verteilt (beabstandet) und werden beispielsweise auf der Bauchdecke fixiert. Der implantierbare Transponder 620 umfasst eine induktiv gekoppelte Kommunikationseinheit 624 mit induktiver Energieversorgung, eine Einheit (Signalstärkesensor) 625 zur Bestimmung der Lage und des Abstandes des Transponders 620 zur jeweils aktiven Spule 612, 613 oder 614 der Ausleseeinheit 610 sowie eine Signalverarbeitungseinheit 626. Verbunden mit der Einheit 625 zur Bestimmung der Lage und des Abstands ist eine Anordnung von mehreren Spulen oder Antennen 621, 622, 623, die vorzugsweise als orthogonale, dreidimensionale Anordnung in x-, y- und z-Orientierung angeordnet sind, sodass die drei Raumkomponenten des elektromagnetischen Wechselfeldes der jeweils aktiven Spule 612, 613, 614 der Ausleseeinheit 610 erfasst werden können. Zusätzlich zu den Spulen 612, 613, 614 oder alternativ dazu können auch Antennen bei der Ausleseeinheit 610 vorgesehen sein. Der Signalstärkesensor 625 kann dabei entweder die Feldstärke in einer Spule (eher für niedrige Betriebsfrequenzen) oder die Feldstärke an einer Antenne (für höhere Betriebsfrequenzen) messen. Beispielsweise könnte die Einheit 611 eine Spule zur Energieversorgung und zwei oder drei räumlich verteilte Antennen enthalten. In dieser Ausgestaltung würde es sich bei den Elementen 621, 622, 623 um Antennen handeln und an der Einheit 624 wäre die Spule 628 zur induktiven Energieversorgung vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, dass mit 612, 613, 614 Spulen bezeichnet sind und es sich auch bei den Elementen 621, 622, 623 um Spulen handelt. Weiterhin zeigt dieses Ausführungsbeispiel eine Erweiterung um einen (oder mehrere) weiteren Sensor 627, mit dem verschiedene physiologische Parameter, wie beispielsweise die Körper(kern)temperatur, erfasst werden können.
Eine Messung mit dem erfindungsgemäßen Messsystem kann beispielsweise folgendermaßen ablaufen:

a) Es wird eine erste Erregerspule 612 der Einheit 611 gewählt.
- aa) Es wird beispielsweise mittels einer digitalen Adresse ein erster auszulesender Transponder 620 gewählt.
  1. i. Ein Speicherkondensator der Kommunikationseinheit 624 wird zur Energieversorgung des Transponders 620 aufgeladen.
  2. ii. Die Signalverarbeitungseinheit 626 wird bei ausreichender Energie im Speicherkondensator aktiviert.
  3. iii. Die Feldstärkekomponenten werden durch die Einheit 625 mit Hilfe der Spulenanordnung 621, 622, 623 bestimmt.
  4. iv. Gegebenenfalls können weitere Sensoren 627 ausgelesen werden.
  5. v. Die Feldstärkekomponenten und gegebenenfalls die Sensordaten werden zur externen Einheit 611 zurückübertragen. Dies kann beispielsweise durch eine Lastmodulation oder durch eine aktive Übertragung oder durch eine optionale Funkschnittstelle, beispielsweise im MICS-Band (MICS - Medical Implant Communication Service) mittels der Kommunikationseinheit 624.
- ab) Gegebenenfalls wird der nächste auszulesende Transponder 620 gewählt und die beschriebenen Schritte wiederholt.
b) Die nächste Erregerspule 613 der Ausleseeinheit 610 wird gewählt und die beschriebenen Schritte werden wiederholt.
c) Die verbleibende Erregerspule 614 wird gewählt und die beschriebenen Schritte werden wiederholt.

Auf Basis der so gewonnenen Messdaten kann in der Ausleseeinheit 610 mit den gemessenen Feldstärkekomponenten die relative Position des Transponders 620 zu den Spulen 612, 613, 614 insbesondere durch Trilateration bestimmt werden. Auf Basis einer gegebenenfalls hinterlegten Kalibrierung kann aus der Position des Transponders 620 das Blasenvolumen berechnet werden, wobei hier mit besonderem Vorteil ebenfalls die Position eines Referenztransponders herangezogen wird, der an einer festen Position im Körper fixiert ist. Die Messung der Position dieses Referenztransponders erfolgt im Prinzip auf die gleiche Weise wie beim eigentlichen Messtransponder.
10 illustriert eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems, bei dem als Alternative zu den Schwingkreisen und der induktiven Kopplung eine Übertragung von Hochfrequenzpulsen zwischen dem implantierten Transponder 720 und der Ausleseeinheit 710 als Mittel zur Wechselwirkung vorgesehen sind. Der in 10 illustrierte Aufbau eines solchen Messsystems umfasst vergleichbar wie der Systemaufbau aus 9 auf der linken Seite die Ausleseeinheit 710 und auf der rechten Seite den implantierbaren Transponder 720. Die Ausleseeinheit 710 umfasst eine Einheit 711 zur induktiv gekoppelten Kommunikation und Stromversorgung von einem oder mehreren Transpondern 720 sowie eine Schnittstelle 715. Die Einheit 711 weist mehrere Antennen 712, 713, 714 auf, die räumlich beabstandet beispielsweise auf der Bauchdecke des Benutzers platziert werden. Darüber hinaus weist die Einheit 711 eine Spule 716 zur Kommunikation und/oder induktiven Stromversorgung des Transponders 720 auf. Die Kommunikation kann im Prinzip auch über Funk erfolgen. Der Transponder 720 umfasst eine induktiv gekoppelte Kommunikationseinheit 724 mit induktiver Energieversorgung, wobei hierfür eine Spule 728 an der Einheit 724 vorgesehen ist. Über die Einheit 724 erfolgt weiterhin eine Downlink-Kommunikation von der Ausleseeinheit 710 zu dem Transponder 720. Weiterhin umfasst der Transponder 720 eine Signalverarbeitungseinheit 726 sowie gegebenenfalls einen oder mehrere Sensoren 727. Im Unterschied zu den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst diese Ausführungsform des Transponders eine Signalemittereinheit 725, mit der Hochfrequenzpulse ausgesendet werden können. Verbunden mit der Emittereinheit 725 ist eine für den gewählten Frequenzbereich geeignete Antenne 721. Die Antenne 721 und die Emittereinheit 725 sowie die Signalverarbeitungseinheit 726 können außer für die Aussendung von Hochfrequenzpulsen ebenfalls zur Informationsübertragung von Daten genutzt werden.
Die von dem Transponder 720 bzw. von der Antenne 721 und dem Signalemitter 725 ausgesendeten Hochfrequenzpulse werden in vergleichbarer Weise für eine Lokalisierung des Transponders 720 genutzt, wie es bei den vorherigen Beispielen mit Hilfe der induktiven Kopplung zwischen den verschiedenen Schwingkreisen des Transponders und der Ausleseeinheit beschrieben wurde. Für den Messablauf wird hierbei zunächst der Transponder 720 von der Ausleseeinheit 710 induktiv mit Energie versorgt. Bei mehreren Transpondern 720 fordert die Ausleseeinheit 710 durch eine Adressierung einen der Transponder 720 zur Aussendung eines Hochfrequenzpulses über die Signalemittereinheit 725 und die Antenne 721 auf. Die Ausleseeinheit 710 bestimmt aus der Laufzeit- und/oder aus Phasendifferenzen des Hochfrequenzpulses im Verhältnis zu den Ausleseantennen 712, 713, 714 der Ausleseeinheit 710 die Position des Transponders 720 mittels einer Trilateration. Durch eine Wiederholung der Aussendung und einer Mittelung der Messwerte wird eine robuste Position bestimmt. Anschließend kann der Vorgang für weitere Transponder 720 wiederholt werden. Optional kann die Ausleseeinheit 710 den Transponder 720 durch Adressierung zur Übertragung von Sensorsignalen, die mittels der zusätzlichen Sensoren 727 erfasst werden, auffordern. 11 illustriert in schematischer Weise die Berechnung der Position aus der Signallaufzeit bzw. der Phasenlage der über die Antenne 721 ausgesendeten Signale des Transponders in Bezug zu den Empfangsantennen 712, 713, 714 der Ausleseeinheit, wobei die angedeuteten Kreise die Entfernungen zu den einzelnen Antennen 712, 713, 714 der Einheit 711 der Ausleseeinheit andeuten. Aus den erfassten Messdaten lässt sich die Position des Transponders, von dem hier in schematischer Weise nur die Antenne 721 gezeigt ist, errechnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0100387 A1 [0003]

Claims

Messsystem zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers (10) eines Individuums, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem wenigstens einen implantierbaren Transponder (11; 520; 620; 720) sowie eine am oder im Körper des Individuums platzierbare Ausleseeinheit (510; 610; 710) umfasst, wobei der Transponder (11; 520; 620; 720) wenigstens ein Wechselwirkungsmittel (521, 522, 523; 621, 622, 623; 721) und wobei die Ausleseeinheit (510; 610; 710) wenigstens ein Wechselwirkungsmittel (14, 15, 16; 512, 513, 514; 612, 613, 614; 712, 713, 714) aufweisen und wobei das Messsystem auf einer Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel des Transponders und dem wenigstens einem Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit beruht.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem weiterhin wenigstens einen an einer festen Referenzposition im Körper des Individuums implantierbaren Referenz-Transponder (13) umfasst.
Messsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem zur Erfassung des Füllungszustands der Harnblase (12) des Individuums vorgesehen ist, wobei die zu erfassende Position sich im Bereich der vorderen Harnblasenwand befindet und wobei der implantierbare Transponder (11) zur Implantation in die vordere Harnblasenwand vorgesehen ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseeinheit (510; 610; 710) wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Wechselwirkungsmittel (14, 15, 16; 512, 513, 514; 612, 613, 614; 712, 713, 714) aufweist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (620; 720) wenigstens eine induktiv gekoppelte Kommunikationseinheit (624; 724) und/oder wenigstens eine Signalverarbeitungseinheit (626; 726) und/oder wenigstens einen Sensor (627; 727) zur Erfassung von Biosignalen des Körpers umfasst.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseeinheit (510; 610; 710) wenigstens eine Einheit (611; 711) für eine induktiv gekoppelte Kommunikation mit dem wenigstens einen Transponder (620; 720) und/oder für eine Energieversorgung des wenigstens einen Transponders (620; 720) umfasst.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wechselwirkungsmittel des Transponders (11; 520; 620) wenigstens ein aus Spule und Transponder aufgebauter Schwingkreis (521, 522, 523; 621, 622, 623) ist und wobei das wenigstens eine Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit (510; 610) wenigstens ein aus Spule und Kondensator aufgebauter Schwingkreis (14, 15, 16; 512, 513, 514; 612, 613, 614) ist, wobei das Messsystem auf einer induktiven Kopplung zwischen wenigstens einem Schwingkreis des Transponders und wenigstens einem Schwingkreis der Ausleseeinheit beruht.
Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (520; 620) drei Spulen (521, 522, 523; 621, 622, 623), die orthogonal zueinander stehen, umfasst.
Messsystem nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (521, 522, 523; 621, 622, 623) des Transponders auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sind oder dass die Spulen (521, 522, 523; 621, 622, 623) des Transponders jeweils auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt sind.
Messsystem einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wechselwirkungsmittel des Transponders (720) wenigstens eine Signalemittereinheit mit wenigstens einer Antenne (721) (725) zur Aussendung von Hochfrequenzpulsen ist und wobei das wenigstens eine Wechselwirkungsmittel der Ausleseeinheit (710) wenigstens eine Antenne (712, 713, 714) zum Empfang der Hochfrequenzpulse ist.
Verfahren zur Erfassung einer Position innerhalb des Körpers (10) eines Individuums, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei die Position innerhalb des Körpers auf der Basis einer Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel (521, 522, 523; 621, 622, 623; 721) des Transponders (11; 520; 620; 720) und zwischen dem wenigstens einen Wechselwirkungsmittel (14, 15, 16; 512, 513, 514; 612, 613, 614; 712, 713, 714) der Ausleseeinheit (510; 610; 710) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren der Füllungszustand der Harnblase (12) des Individuums gemessen wird, indem die zu erfassende Position des Transponders (11; 520; 620; 720), welcher in der vorderen Harnblasenwand implantiert ist, in Bezug zu der Ausleseeinheit (510; 610; 710) bestimmt und daraus auf den Füllungszustand der Harnblase (12) rückgeschlossen wird.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12 durchzuführen.