DE102020207417A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Körperkerntemperatur mittels Bioimpedanzmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Körperkerntemperatur, wobei mindestens eine erste Elektrode (1) oberhalb eines ersten Kontaktbereichs (K1) und eine zweite Elektrode (2) oberhalb eines zweiten Kontaktbereichs (K2) elektrisch leitend derart auf der Oberfläche eines Körperteils (T) angeordnet werden, dass ein Strom zwischen den Elektroden (1, 2) mindestens teilweise durch den Kern des umfassten Körperteils (T) fließt, eine Bioimpedanz zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) für mindestens eine Frequenz gemessen wird und aus der für die mindestens eine Frequenz gemessenen Bioimpedanz eine Körperkerntemperatur ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Körperkerntemperatur durch Messung und Auswertung der Bioimpedanz. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
• Zur Messung der Körpertemperatur von Lebewesen sind kontaktbehaftete Verfahren bekannt, bei denen ein Thermometer zur Temperaturmessung auf die Körperoberfläche oder in eine Körperöffnung eines Lebewesens gebracht wird. Derartige Thermometer können beispielsweise den elektrischen Widerstand eines Thermistors messen, der in bekannter Weise von dessen Temperatur abhängig ist.
• Thermometer können auch als Thermometerkapseln zur oralen Einnahme und zur drahtlosen Übertragung von gemessenen Temperaturwerten ausgebildet sein. Auch Foley-Katheter mit einem am distalen Ende angeordneten Temperatursensor sind bekannt. Mit derartig ausgebildeten Thermometern kann insbesondere die Körperkerntemperatur bei Säugetieren und beim Menschen besonders genau gemessen werden.
• Ferner sind kontaktlose Verfahren zur Körpertemperaturmessung bekannt, bei denen ein wärmestrahlungsempfindlicher Pyrometersensor auf eine Oberfläche des Lebewesens, beim Menschen beispielsweise auf die Stirn oder auf ein Trommelfell, ausgerichtet wird. Aus der von dem Pyrometersensor aufgefangenen Strahlungsenergie kann, unter Berücksichtigung einer materialspezifischen Emissivität der abstrahlenden Oberfläche, deren Temperatur näherungsweise ermittelt werden. Die Genauigkeit derartiger kontaktloser Verfahren ist insbesondere durch die Genauigkeit begrenzt, mit der die materialspezifische Emissivität der abstrahlenden Oberfläche ermittelt werden kann.
• Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen ein als Bioimpedanz bezeichneter Wechselstromwiderstand eines Körpers oder eines Körperteils an einem Lebewesen gemessen wird. Für eine solche Bioimpedanz ist die Grundformel $$Z=\rho \frac{L}{A}$$

  

  bekannt, wobei Z den Wert der Bioimpedanz, p den spezifischen Wechselstromwiderstand, L die vom Wechselstrom durchflossene Körpergröße und A den vom Wechselstrom durchflossenen Querschnitt bezeichnet. Unter Zugrundelegung eines vereinfachten zylindrischen Körpermodells ergibt sich daraus das vom Wechselstrom durchflossene Volumen V $$V=\rho \frac{L^2}{Z}\text{.}$$

  
• Da das vom Wechselstrom durchflossene Volumen V im Wesentlichen von fettfreiem Gewebe gebildet wird, kann durch Messung des Wechselstromwiderstandes Z und der Körpergröße L das Volumen des fettfreien Gewebes ermittelt oder abgeschätzt werden. Körperfettwaagen, bei denen ein Wechselstrom bekannter Amplitude eingespeist und eine dadurch bewirkte Wechselspannung über dem Körper gemessen wird, aus dem Quotienten der Wechselspannungsamplitude und der Wechselstromamplitude der Wechselstromwiderstand ermittelt und daraus der fettfreie Volumenanteil bestimmt oder geschätzt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
• Es ist ferner bekannt, dass ein solcher Wechselstromwiderstand frequenzabhängig ist. Beispielsweise sind Verfahren bekannt, bei denen ein Wechselstromwiderstand zwischen Extremitäten eines menschlichen Körpers mittels eines eingespeisten Wechselstromes für verschiedene Frequenzen bestimmt und in einem Cole-Cole-Diagramm dargestellt und daraus ein Phasenwinkel ermittelt wird, der den maximalen Phasenversatz zwischen einer Resistanz-Komponente der Bioimpedanz, welche auf Ohmsche Leitung zwischen den Extremitäten zurückzuführen ist, und einer Reaktanz-Komponente der Bioimpedanz, welche hauptsächlich auf kapazitive Leitung zwischen den Extremitäten zurückzuführen ist, beschreibt.
• Die dem Phasenwinkel entsprechende Frequenz, das heißt: die Frequenz, bei der das Betragsverhältnis der kapazitiv bewirkten Reaktanz zur Ohmschen Resistanz maximal ist, wird als charakteristische Frequenz bezeichnet.
• Es ist bekannt, dass aus einem so ermittelten Phasenwinkel die Körperzellmasse oder auch ein Fettanteil im biologischen Gewebe mit guter Genauigkeit ermittelt werden können.
• Ferner sind Verfahren der Impedanzkardiographie bekannt, bei denen eine Änderung der thorakalen Impedanz beim Menschen bei einer fest eingestellten Frequenz von etwa 50 Kilohertz gemessen wird, die auf das vom Herzen in die Gefäße, insbesondere in die Aorta, gepresste Blutvolumen zurückzuführen ist. Es ist bekannt, dass mit solchen Verfahren bei gleichzeitiger elektrokardiografischer Bestimmung der linksventrikulären Austreibzeit das Schlagvolumen sowie, bei weiterer Berücksichtigung der Herzfrequenz, das Herzminutenvolumen näherungsweise bestimmt werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Messung der Körperkerntemperatur eines Lebewesens anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Körperkerntemperatur eines biologischen Körpers werden mindestens eine erste Elektrode oberhalb eines ersten Kontaktbereichs und eine zweite Elektrode oberhalb eines zweiten Kontaktbereichs elektrisch leitend auf der Oberfläche eines Körperteils des Körpers angeordnet. Die Elektroden sind so angeordnet, dass ein Strom zwischen den Elektroden mindestens teilweise durch den Kern des umfassten Körperteils fließt.
• Es wird ein Wechselstromwiderstand, im Folgenden bezeichnet als Bioimpedanz, zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode für mindestens eine Frequenz gemessen. Aus der für die mindestens eine Frequenz gemessenen Bioimpedanz wird eine Körperkerntemperatur ermittelt.
• Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Körperkerntemperatur über einen langen Zeitraum hinweg stabil und mit geringer Invasivität gemessen werden kann. Insbesondere ist der biologische Körper nicht durch in Körperöffnungen oder mittels Katheter in Körpergewebe oder Gefäße eingeführte Sensoren oder durch oral oder rektal applizierte Sensoren beeinträchtigt.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein linearer Zusammenhang zwischen der Bioimpedanz und der Körperkerntemperatur durch lineare Ausgleichsrechnung anhand einer Mehrzahl von für verschiedene Werte der Körperkerntemperatur bestimmten Werten der Bioimpedanz ermittelt und daraus die Körperkerntemperatur für einen gemessenen Wert der Bioimpedanz bestimmt.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein in guter Näherung linearer Zusammenhang zwischen der Körperkerntemperatur und der Bioimpedanz bekannt und/oder durch Messung ermittelbar ist. Dadurch ist die Bestimmung einer Körperkerntemperatur zu einem gemessenen Wert der Bioimpedanz besonders einfach und zuverlässig möglich.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden zu einem Referenzzeitpunkt eine Referenz-Körperkerntemperatur sowie eine Referenz-Bioimpedanz gemessen. Danach wird fortlaufend die Bioimpedanz gemessen, wobei aus der Änderung der fortlaufend gemessenen Bioimpedanz gegenüber der Referenz-Bioimpedanz eine Änderung der Körperkerntemperatur gegenüber der Referenz-Körperkerntemperatur durch Anwendung einer Zuordnungsvorschrift ermittelt wird.
• Diese Ausführungsform verbessert die Genauigkeit des Verfahrens, indem mittels der Referenzmessungen der Einfluss von temperaturunabhängigen statischen Faktoren auf die Bioimpedanz, beispielsweise der Körpermasse, des Körpervolumens oder des Fettanteils an der Körpermasse oder an dem Körpervolumen, kompensiert wird.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Referenzmessung der Referenz-Körperkerntemperatur sowie der Referenz-Bioimpedanz intermittierend wiederholt, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Referenzmessungen fortlaufend die Änderung der Bioimpedanz gemessen und daraus eine Änderung der Körperkerntemperatur ermittelt wird.
• Diese Ausführungsform verbessert die Genauigkeit des Verfahrens, indem mittels der Referenzmessungen der Einfluss von allmählichen (über Minuten oder Stunden hinweg) sich vollziehenden, temperaturunabhängigen Änderungen der Bioimpedanz kompensiert wird. Beispielsweise kann der Einfluss eines allmählich degradierenden Elektrodenübergangswiderstands oder der Einfluss eines sich allmählich (durch Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit und/oder Nahrungsaufnahme und/oder Defäkation) verändernden Körpergewichtes oder Hydrierungszustandes des Körpers kompensiert werden.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Bioimpedanz mindestens bei einer Frequenz von 40 Hertz gemessen. Bei dieser Frequenz ist eine hohe Empfindlichkeit der Bioimpedanz in Abhängigkeit von der Körperkerntemperatur festgestellt worden. Dadurch ist eine besonders genaue und zuverlässige Temperaturmessung möglich.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine charakteristische Frequenz der Bioimpedanz bestimmt, bei der das Betragsverhältnis einer kapazitiven Reaktanz-Komponente der Bioimpedanz zu einer Ohmschen Resistanz-Komponente der Bioimpedanz maximal ist. Es hat sich herausgestellt, dass die Bioimpedanz bei oder nahe der charakteristischen Frequenz besonders empfindlich auf eine Änderung der Körperkerntemperatur reagiert. Dadurch ist eine besonders genaue und zuverlässige Bestimmung der Körperkerntemperatur möglich.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens umfasst eine Elektrodenfixiereinheit mit mindestens zwei gegenüber der Elektrodenfixiereinheit elektrisch isolierten Elektroden, die zur Anordnung dieser Elektroden auf Kontaktbereichen einer Körperoberfläche eingerichtet ist, ein Impedanzmessgerät und eine Auswerteeinheit, wobei das Impedanzmessgerät zur Messung der Bioimpedanz zwischen den mindestens zwei Elektroden und zur Übertragung mindestens eines Messwertes der Bioimpedanz an die Auswerteeinheit eingerichtet ist und wobei die Auswerteeinheit für die Zuordnung einer Körperkerntemperatur zu einem Messwert der Bioimpedanz eingerichtet ist. Die mindestens zwei Elektroden sind an der Elektrodenfixiereinheit derart angeordnet, dass sie einander näherungsweise gegenüberliegen, wenn die Elektrodenfixiereinheit an dem Körperteil, dessen Körperkerntemperatur bestimmt werden soll, fixiert ist. Mit anderen Worten: die mindestens zwei Elektroden sind so angeordnet, dass die zwischen ihnen bei einer Impedanzmessung aufgespannte Stromdichteverteilung den Kern des vermessenen Körperteils mindestens teilweise, bevorzugt vollständig durchdringt.
• Die Vorteile der Vorrichtung ergeben sich aus den Vorteilen des damit durchgeführten Verfahrens.
• Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die die Elektrodenfixiereinheit als textiler Fixiergürtel ausgebildet und zur Umschlingung eines Körperteils eingerichtet ist, wobei mindestens zwei Elektroden an dem Fixiergürtel derart angeordnet sind, dass eine zwischen den mindestens zwei Elektroden bei einer Bioimpedanzmessung bewirkte Stromdichteverteilung das Körperteil durchdringt, wenn der Fixiergürtel darum geschlungen ist.
• Eine Ausführung als Fixiergürtel bietet den Vorteil, dass sie für die Messung an vielen verschiedenen Patienten und/oder Körperteilen geeignet ist.
• Der Fixiergürtel kann elastisch ausgebildet sein. Daraus ergibt sich der Vorteil einer besonders sicheren, gut reproduzierbaren Anordnung der Elektroden an dem vermessenen Körperteil.
• Bei einer Ausführungsform umfasst der Fixiergürtel eine Mehrzahl von entlang seiner Längsausdehnung angeordneten Elektroden, wobei die Auswerteeinheit dafür eingerichtet ist, daraus mindestens zwei Elektroden für eine Bioimpedanzmessung auszuwählen. Es ist möglich, dass die mindestens zwei Elektroden alternierend, beispielsweise um das vermessene Körperteil rotierend, ausgewählt werden.
• Es kann dadurch die der Impedanzmessung zugrunde liegende Stromdichteverteilung besonders gut an das Körperteil angepasst werden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Körperkerntemperatur in diesem Körperteil erhöht.
• Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist an der Elektrodenfixiereinheit mindestens ein zur Messung einer Körperoberflächentemperatur eingerichtetes Thermoelement angeordnet. Die Auswerteeinheit ist für den Empfang von Messwerten des mindestens einen Thermoelements eingerichtet. Durch die Erfassung der Körperoberflächentemperatur mittels des Thermoelements kann die Genauigkeit bei der Bestimmung der Körperkerntemperatur erhöht werden.
• Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Auswerteeinheit für den Empfang von Messwerten einer Referenz-Körperkerntemperatur von einem Körperkernthermometer eingerichtet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine Referenzmessung, bei der eine Referenz-Körperkerntemperatur und eine Referenz-Bioimpedanz gemessen werden, automatisiert, insbesondere intermittierend durchführbar ist. Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der ermittelten Körperkerntemperatur verbessert.
• Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung sind das Impedanzmessgerät und die Auswerteeinheit miniaturisiert, vorzugsweise tragbar ausgebildet. Dadurch wird eine besonders geringe Beeinträchtigung erzielt.
• Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung weisen das Impedanzmessgerät und die Auswerteeinheit eine Datenübertragungsschnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung auf, die mindestens für die Übertragung von Messdaten von dem Impedanzmessgerät zur Auswerteeinheit eingerichtet ist. Die Datenübertragungsschnittstelle kann beispielsweise als Bluetooth Schnittstelle oder als Nahfeldkommunikationsschnittstelle ausgebildet sein.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Beweglichkeit der Person oder des Lebewesens bei der Messung der Körperkerntemperatur nicht oder nur minimal eingeschränkt wird.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Darin zeigen:
• 1 schematisch den Verlauf von Bioimpedanzwerten in Abhängigkeit von einer Körperkerntemperatur sowie
• 2 schematisch die Anordnung von Elektroden an einem menschlichen Thorax.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt schematisch den Verlauf von im Tierversuch gemessenen Werten eines Gleichstromwiderstands R₀ und Werten einer charakteristischen Impedanz Z_C , die bei einer charakteristischen Frequenz gemessen wird, in Abhängigkeit von einer Rektaltemperatur T_R . Es ist bekannt, dass die Rektaltemperatur T_R näherungsweise einer Körperkerntemperatur gleichgesetzt werden kann.
• Der Gleichstromwiderstand R₀ und die charakteristische Impedanz Z_C werden für einen Stromfluss zwischen Extremitäten gemessen, bei dem die Stromdichteverteilung im Wesentlichen durch den Körperkern verläuft.
• Die Werte des Gleichstrom-Widerstands R₀ und der charakteristischen Impedanz Z_C sind als relative Werte jeweils bezogen auf einen bei einer Rektaltemperatur T_R von 39°C gemessenen Wert dargestellt.
• Beispielsweise aus der Veröffentlichung Lingwood BE, Dunster KR, Healy GN, Colditz PB. Effect of cooling and re-warming on cerebral and whole body electrical impedance. Physiol Meas. 2004;25(2):413-420. doi: 10.1088/0967-3334/25/2/001 ist bekannt, dass ein über den ganzen Körper gemessener Gleichstromwiderstand R₀ beziehungsweise eine über den ganzen Körper gemessene charakteristische Impedanz Z mit abnehmender Rektaltemperatur T_R , und somit auch mit abnehmender Körperkerntemperatur in näherungsweise linearer Abhängigkeit zunimmt.
• Eine Bioimpedanz hängt in Betrag und Phase von der Frequenz des Wechselstromes ab. Insbesondere ist bekannt, dass eine über den ganzen Körper gemessene charakteristischen Impedanz Z_C bei einer charakteristischen Frequenz mit abnehmender Körperkerntemperatur näherungsweise linear zunimmt. Als charakteristische Frequenz wird diejenige Frequenz bezeichnet, bei der das Betragsverhältnis der Reaktanz (das heißt: der kapazitiven Widerstandskomponente) zur Resistanz (das heißt: der Ohmschen Widerstandskomponente) maximal ist. Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Frequenz sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der Veröffentlichung Cornish BH, Ward LC, Thomas BJ, Jebb SA, Elia M. Evaluation of multiple frequency bioelectrical impedance and Cole-Cole analysis for the assessment of body water volumes in healthy humans. European Journal of Clinical Nutrition. 1996 Mar;50(3):159-164.
• Somit kann ein Zusammenhang zwischen der Änderung eines Gleichstromwiderstandes R₀ und der Änderung der Rektaltemperatur ΔT_R nach der Gleichung $$R_0\left(T_R+\Delta T_R\right)={\mathrm{\alpha }}_{R_0}\cdot \Delta T_R+R_0\left(T_R\right)$$

  

  angegeben werden, wobei R₀(T_R) den Wert der Resistanz, das heißt: des Gleichstromwiderstands, bei einem Referenzwert der Rektaltemperatur T_R bezeichnet. Der Anstieg α_{R 0} < 0 einer in 1 durchgezogen dargestellten Regressionsgeraden kann durch lineare Ausgleichsrechnung ermittelt werden.
• In gleicher Weise kann ein Zusammenhang zwischen der Änderung der charakteristischen Impedanz Z_C bei der charakteristischen Frequenz und der Änderung der Rektaltemperatur ΔT_R nach der Gleichung $$\left|Z_C\left(T_R+\Delta T_R\right)\right|={\mathrm{\alpha }}_{Z_C}\cdot \Delta T_R+\left|Z_C\left(T_R\right)\right|$$

  

  angegeben werden, wobei Z_C(T_R) den Wert der über den ganzen Körper gemessenen charakteristischen Impedanz Z_C bei der charakteristischen Frequenz bei einem Referenzwert der Rektaltemperatur T_R bezeichnet. Der Anstieg α_{Z C} < 0 einer in 1 gestrichelt dargestellten Regressionsgeraden kann analog durch lineare Ausgleichsrechnung ermittelt werden.
• Außer im Tierexperiment kann der Zusammenhang zwischen einer Impedanz / einem Widerstand und einer Körperkerntemperatur auch physikochemisch durch Impedanzmessung an einer Ringerlösung, deren Temperatur über einen für die Messung relevanten Temperaturbereich hinweg verändert wird, bestimmt werden.
• Es ist auch möglich, nichtlineare Modelle für einen solchen Zusammenhang anzusetzen und deren Parameter durch Ausgleichsrechnung zu bestimmen.
• 2 zeigt schematisch einen Thorax T eines menschlichen Körpers. Um den Thorax ist ein textiler Fixiergürtel 3 geschlungen, an dem Elektroden 1, 2 angeordnet sind. Die Elektroden 1, 2 sind in parallel verlaufenden Reihen angeordnet, die sich in Längsrichtung des Fixiergürtels 3 erstrecken
• Die Elektroden 1, 2 können als nichtpolarisierbare Silber/SilberChlorid (Ag/AgCl) - Klebeelektroden ausgebildet sein und mittels leitfähigem Elektrodengel in elektrischen Kontakt zur Haut gebracht werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine genaue Fixierung der Elektrodenpositionen und einen geringen Elektrodenübergangswiderstand und eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Bewegungsartefakten.
• Die Elektroden 1, 2 können auch als polarisierbare Elektroden aus metallischem Elektrodenmaterial, beispielsweise aus Edelstahl oder Platin, ausbildet sein. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 1, 2 als Drähte oder Drahtgeflechte ausgebildet und in einen textilen Fixiergürtel 3 derart eingebracht, beispielsweise eingewebt oder eingeklebt, dass in einem Kontaktbereich K1, K2 jeweils einer Elektrode 1, 2 ein Hautkontakt durch Auflage des metallischen Elektrodenmaterials auf der ventralen Thoraxoberfläche hergestellt ist.
• Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch das Klebematerial oder durch das Elektrodengel von Klebeelektroden verursachte Hautirritationen vermieden werden. Sie eignet sich dadurch insbesondere für eine Anordnung von Elektroden 1, 2 für eine längere Messdauer.
• Der Fixiergürtel 3 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Vorzugsweise ist der Fixiergürtel 3 elastisch. Dadurch wird ein stabiler Sitz der Elektroden 1, 2 bei nur geringer Beeinträchtigung thorakaler Atembewegungen erzielt.
• Vorzugsweise sind die Drähte der Elektroden 1, 2 in dem jeweiligen Kontaktbereich K1, K2 schlaufen- oder zackenartig gewebt oder gewunden, so dass Schlaufen oder Zacken auf die Thoraxoberfläche zuweisend vorspringen. Dadurch wird erreicht, dass sich vorspringende Drahtschlaufen oder Drahtzacken in kleine Hautfältchen legen und somit ein besonders stabiler und geringer Elektrodenübergangswiderstand erzielt wird.
• In einer Ausführungsform weist der Fixiergürtel 3 Druckknöpfe 4, 5 auf, die mit jeweils einer Elektrode 1, 2 elektrisch verbunden sind und die zur lösbaren Befestigung von Elektrodenkabeln 6, 7 eingerichtet sind. Derartige Druckknöpfe 4, 5 und zur Befestigung an solchen Druckknöpfen 4, 5 geeignete Elektrodenkabel 6, 7 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Fixiergürtel 3 mit den eingearbeiteten Elektroden 1, 2 leicht von den Elektrodenkabeln 6, 7 gelöst und separat bearbeitet, beispielsweise gereinigt und desinfiziert, und gelagert werden kann. Auch eine Ausbildung des Fixiergürtels 3 mit den eingearbeiteten Elektroden 1, 2 als Einweg-Verbrauchsmaterial ist möglich.
• Es ist aber auch möglich, die Elektrodenkabel 6, 7 ohne Verwendung von Druckknöpfen 4, 5 direkt und dauerhaft mit jeweils einer Elektrode 1, 2 elektrisch zu verbinden. Dadurch werden eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung und ein geringer Leitungswiderstand erzielt.
• Die Elektrodenkabel 6, 7 sind mit jeweils einem Eingangskontakt 10.1, 10.2 eines Impedanzmessgeräts 10 verbunden. Das Impedanzmessgerät 10 ist zur Messung eines Wechselstromwiderstandes (das heißt: einer Impedanz) zwischen den Eingangskontakten 10.1, 10.2 eingerichtet.
• Von der Mehrzahl der Elektroden 1, 2 am Fixiergürtel 3 werden für eine Impedanzmessung mit dem Impedanzmessgerät 10 zwei einander im transversalen Schnitt, das heißt: entlang der vom Fixiergürtel 3 um den Thorax T gebildeten Schlaufe, näherungsweise gegenüberliegenden Elektroden 1, 2 ausgewählt. Dadurch wird erreicht, dass eine Impedanzmessung zwischen diesen Elektroden 1, 2 einen nicht nur oberflächennahen Stromfluss, sondern einen Stromfluss durch den Körperkern erfasst und somit die aus einer gemessenen Impedanz bestimmte Temperatur oder die aus einer gemessenen Impedanzänderung bestimmte Temperaturänderung eine hohe Korrelation zur Körperkerntemperatur beziehungsweise zu deren Änderung aufweist.
• Beispielsweise kann das Impedanzmessgerät 10 eine nicht näher dargestellte Wechselstromquelle umfassen, die einen sinusförmig schwingenden Wechselstrom bekannter Stromamplitude in das Elektrodenkabel 6 einspeist, welches mit der differenten Elektrode 1 verbunden ist. Ferner kann das Impedanzmessgerät 10 ein nicht näher dargestelltes Spannungsmessgerät umfassen, welches die Spannungsamplitude der zwischen den Eingangskontakten 10.1, 10.2 anliegenden Wechselspannung misst.
• Aus dem Verhältnis der Spannungsamplitude zur Stromamplitude kann der Betrag des komplexen Wechselstromwiderstandes bestimmt werden, der, unter Vernachlässigung des Leitungswiderstandes der Elektrodenkabel 6, 7 und des Elektrodenübergangswiderstandes der Elektroden 1, 2, näherungsweise mit der Bioimpedanz des biologischen Gewebes gleichgesetzt werden kann, welches die elektrische Leitung zwischen den Kontaktbereichen K1, K2 vermittelt.
• Zudem kann, durch Messung des Phasenunterschiedes zwischen der sinusförmig schwingenden Wechselspannung zwischen den Eingangskontakten 10.1, 10.2 und dem sinusförmig schwingenden Wechselstrom, der durch die Eingangskontakte 10.1, 10.2 fließt, der Phasenwinkel dieses komplexen Wechselstromwiderstandes bestimmt werden.
• Das Impedanzmessgerät 10 kann zur Messung eines komplexen Wechselstromwiderstandes für verschiedene Frequenzen ƒ eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Wechselstromquelle als Funktionsgenerator für die Einspeisung eines Wechselstroms mit steuerbarer Frequenz oder für die Einspeisung einer Überlagerung von harmonisch schwingenden Wechselströmen mit verschiedenen Frequenzen eingerichtet sein.
• Das Impedanzmessgerät 10 kann zudem, in der Art einer Körperfettwaage, dafür eingerichtet sein, den Einfluss des Volumens an fettfreiem Gewebe auf die gemessene Impedanz zu ermitteln. Insbesondere ist das Impedanzmessgerät 10 dafür eingerichtet, den Einfluss der Masse und/oder des Volumens des Körpers, durch den der Wechselstrom geleitet wird, auf den gemessenen Wechselstromwiderstand zu bestimmen und derart zu kompensieren, dass Wechselstromwiderstände von Körpern mit unterschiedlicher Masse und/oder Volumen vergleichbar sind.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der Wechselstromwiderstand zwischen den Kontaktbereichen K1, K2, das heißt: die Bioimpedanz, von der Temperatur des Gewebes abhängt, das die elektrische Leitung zwischen diesen Kontaktbereichen K1, K2 vermittelt. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zu Grunde, dass durch Umkehrung einer bekannten oder ermittelbaren Beziehung zwischen einer Temperaturänderung ΔT und einer Änderung der Bioimpedanz ΔZ aus einer gemessenen Bioimpedanz eine Körperkerntemperatur näherungsweise ermittelt werden kann, wobei die Körperkerntemperatur die Temperatur des Körpervolumens bezeichnet, das bei der Messung der Bioimpedanz vom eingespeisten Messstrom durchflossen wird.
• Mittels einer Auswerteeinheit 11, an welche die von dem Impedanzmessgerät 10 gemessene Bioimpedanz Z übertragen wird, kann durch Umkehrung dieses Zusammenhangs einem gemessenen Bioimpedanzwert Z ein Wert der Körperkerntemperatur T_K zugeordnet werden.
• Insbesondere liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Änderung der Körperkerntemperatur ΔT eine Änderung des Bioimpedanzwerts ΔZ nach einem Zusammenhang: $$Z\left(T_K+\Delta T\text{,}\dots \right)=Z\left(T_K\text{,}\dots \right)+ƒ\left(T_K\text{,}\Delta T\text{,}\Delta Z\right)$$

  

  bewirkt, der algorithmisch und/oder numerisch, beispielsweise tabellarisch derart erfasst werden kann, dass aus der bewirkten Bioimpedanzänderung ΔZ die Änderung der Körperkerntemperatur ΔT ermittelt werden kann.
• Bei dieser Ausführungsform wird mittels der Auswerteeinheit 11, an welche der von dem Impedanzmessgerät 10 gemessene Bioimpedanzwert Z übertragen wird, einer gemessenen Bioimpedanzwertänderung ΔZ eine Werteänderung der Körperkerntemperatur ΔT zugeordnet.
• Beispielsweise kann, wenn die Bioimpedanz Z bei der charakteristischen Frequenz gemessen wird, durch Umkehrung des anhand von 1 erklärten Zusammenhangs zwischen der Bioimpedanz Z und der über die Rektaltemperatur T_R näherungsweise bestimmten Körperkerntemperatur T_K eine Werteänderung der Körperkerntemperatur ΔT näherungsweise bestimmt werden als $$\Delta T\approx \frac{1}{{\mathrm{\alpha }}_{Z_C}}\cdot \left(\left|Z_C\left(T_{K\text{,}R}+\Delta T\right)\right|-\left|Z_C\left(T_{K\text{,}R}\right)\right|\right)$$

  

  wobei Z_C(T_K,R) den bei einer bekannten Referenz-Körperkerntemperatur T_K,R gemessenen Wert der charakteristischen Impedanz und Z_C(T_K,R + ΔT) den nach der Temperaturänderung gemessenen Wert der charakteristischen Impedanz bezeichnet.
• In einer Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, in einer Referenzmessung die Körperkerntemperatur T_K,R mit einem herkömmlichen Verfahren, beispielsweise mittels eines Temperaturkatheters zu bestimmen und zeitgleich den Bioimpedanzwert Z(T_K,R, ... ) für diese Körperkerntemperatur T_K,R zu messen.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die invasive Belastung für den Patienten verringert wird und zugleich eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Körperkerntemperatur erzielt wird.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Referenzmessung intermittierend in regelmäßigen Abständen, beispielsweise aller 4 oder 8 oder 24 Stunden, wiederholt. Dadurch kann die Genauigkeit der Messung der Körperkerntemperatur verbessert werden. Insbesondere wird die maximal zu erwartende Abweichung zwischen der bestimmten und der tatsächlichen Körperkerntemperatur begrenzt.
• Alternativ oder zusätzlich zu einer Referenzmessung der Körperkerntemperatur kann eine Körperoberflächentemperatur gemessen werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Thermoelement 8 in dem Fixiergürtel 3 angeordnet, mit dem eine Körperoberflächentemperatur fortlaufend oder intermittierend gemessen wird.
• Bezugszeichenliste

1

differente Elektrode

2

indifferente Elektrode

3

Fixiergürtel, Elektrodenfixiereinheit

4,5

Druckknopf

6, 7

Elektrodenkabel

8

Thermoelement

10

Impedanzmessgerät

10.1

Eingangskontakt

10.2

Eingangskontakt

11

Auswerteeinheit

K1, K2

Kontaktbereich

R0

Gleichstromwiderstand

T

Thorax, Körperteil

TR

Rektaltemperatur

ZC

charakteristische Impedanz

Claims (13)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Körperkerntemperatur, wobei mindestens eine erste Elektrode (1) oberhalb eines ersten Kontaktbereichs (K1) und eine zweite Elektrode (2) oberhalb eines zweiten Kontaktbereichs (K2) elektrisch leitend derart auf der Oberfläche eines Körperteils (T) angeordnet werden, dass ein Strom zwischen den Elektroden (1, 2) mindestens teilweise durch den Kern des von den Elektroden (1, 2) umfassten Körperteils (T) fließt, eine Bioimpedanz zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) für mindestens eine Frequenz gemessen wird und aus der für die mindestens eine Frequenz gemessenen Bioimpedanz eine Körperkerntemperatur ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Bioimpedanz und der Körperkerntemperatur durch lineare Ausgleichsrechnung anhand einer Mehrzahl von für verschiedene Werte der Körperkerntemperatur bestimmten Werten der Bioimpedanz ermittelt und daraus die Körperkerntemperatur für einen gemessenen Wert der Bioimpedanz bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Referenzzeitpunkt eine Referenz-Körperkerntemperatur sowie eine Referenz-Bioimpedanz gemessen werden und danach fortlaufend die Bioimpedanz gemessen wird, wobei aus der Änderung der fortlaufend gemessenen Bioimpedanz gegenüber der Referenz-Bioimpedanz eine Änderung der Körperkerntemperatur gegenüber der Referenz-Körperkerntemperatur ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmessung der Referenz-Körperkerntemperatur sowie der Referenz-Bioimpedanz intermittierend wiederholt wird, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Referenzmessungen fortlaufend die Änderung der Bioimpedanz gemessen und daraus eine Änderung der Körperkerntemperatur ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bioimpedanz mindestens bei einer Frequenz von 40 Hertz gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine charakteristische Frequenz bestimmt wird, bei der das Betragsverhältnis einer kapazitiven Reaktanz-Komponente der Bioimpedanz zu einer Ohmschen Resistanz-Komponente der Bioimpedanz maximal ist, und die Bioimpedanz mindestens bei dieser charakteristischen Frequenz gemessen wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend eine Elektrodenfixiereinheit (3) mit mindestens zwei Elektroden (1, 2), die zur Anordnung dieser Elektroden (1, 2) auf bezogen auf ein Körperteil (T) einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen (K1, K2) eingerichtet ist, ein Impedanzmessgerät (10) und eine Auswerteeinheit (11), wobei das Impedanzmessgerät (10) zur Messung der Bioimpedanz zwischen den mindestens zwei Elektroden (1, 2) und zur Übertragung mindestens eines Messwertes der Bioimpedanz an die Auswerteeinheit (11) eingerichtet ist und wobei die Auswerteeinheit (11) für die Zuordnung einer Körperkerntemperatur in dem Körperteil (T) zu einem Messwert der Bioimpedanz eingerichtet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfixiereinheit (3) als textiler Fixiergürtel (3) ausgebildet und zur Umschlingung eines Körperteils (T) eingerichtet ist, wobei mindestens zwei Elektroden (1, 2) an dem Fixiergürtel (3) derart angeordnet sind, dass eine zwischen den mindestens zwei Elektroden (1, 2) bei einer Bioimpedanzmessung bewirkte Stromdichteverteilung das Körperteil (T) durchdringt, wenn der Fixiergürtel (3) darum geschlungen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixiergürtel (3) eine Mehrzahl von entlang seiner Längsausdehnung angeordneten Elektroden (1, 2) aufweist und die Auswerteeinheit (11) dafür eingerichtet ist, daraus mindestens zwei Elektroden (1, 2) für eine Bioimpedanzmessung auszuwählen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Elektrodenfixiereinheit (3) mindestens ein zur Messung einer Körperoberflächentemperatur eingerichtetes Thermoelement (4) angeordnet und die Auswerteeinheit (11) für den Empfang von Messwerten des mindestens einen Thermoelements (4) eingerichtet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) für den Empfang von Messwerten einer Referenz-Körperkerntemperatur von einem Körperkernthermometer eingerichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) und das Impedanzmessgerät (10) miniaturisiert, insbesondere tragbar, ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) und das Impedanzmessgerät (10) über eine drahtlose Schnittstelle mindestens zur Übertragung von Daten von dem Impedanzmessgerät (10) an die Auswerteeinheit (11) eingerichtet sind.

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