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"System zur automatischen Überwachung wenigstens einer Körperfunktion
mindestens einen Patienten" Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen
Überwachen wenigstens einer Körperfunktion mindestens eines Patienten.
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Die Personalknappheit in den Krankenhäusern erschwert die Betreuung
der Kranken in vielfältiger Weise. Besonders unangenehm ist dabei, daß die notwendigen
Kontrollen der interessierenden Körperfunktionen, beispielsweise Temperatur-und
Pulsmessungen einerseits regelmäßig wiederholt werden mudsen, andererseits aber
in vielen Fällen, insbesondere bei leichteren Erkrankungen, nur selten derartige
Abweichungen vom normalen Verlauf zeigen, daß ein Eingreifen notwendig wird, so
daß aufgrund der mit großem zeitlichen Abstand vorgenommenen Massungen keine hilfe
bei Gefahr möglich ist.
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Es ist bereits bekannt, Körperfunktionen durch automatische Meßgeräte
überwachen zu lassen. Dabei wird in der Weise vorgegangen, daß am Körper des Patienten
Sensoren angel bracht werden, die die betreffende Körperfunktion messen und eine
der Meßgeräte entsprechende elektrische Größe abgeben, die dann über Kabel dem Meßgerät
zugefUhrt wird. Die auftretenden elektrischen Größen könnten beisaielsweise Spannungen
sein (wenn beispielsweise ein Temperaturverlauf gemessen wird) oder Impulsfolgen,
wenn beispielsweise die Herzschlagfrequenz überwaht wird.
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Lästig bei den bekannten Einrichtungen ist die Verwendung von Kabeln,
die den Patienten stark behindern, Außerdem ist es üblich, nur bei Schwerkranken
eine derartige Überwachung vorzusehen, da fUr Jeden Kranken ein einzelnes Meßgerät
zur Verfügung stehen muß. Die Meßgeräte selbst können entweder ehe Aufzeichnung
über den Verlauf der überwachten Körperfunktion anfertigen oder bei Abweichungen
von vorgegebenen Normalwerten ein Alarmsignal aussenden.
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Es ist fernerhin bekannt, Körperfunktionen ii messen und die entsprechenden
Meßwerte drahtlos Uber eine größere Entfernung, z.B. Uber 2 km hinweg, einer Auswertungsstelle
zuzuführen. Sende- und Empfangsgeräte fUr derartige Entfernungen
sind
teuer und verhältnismäßig groß, so daß sie für den Patientan ebenfalls eine Belästigung
darstellen, wenn sie an seinem Körper befestigt werden. Auch diese Geräte setzt
man deshalb nur zur Überwachung Schwerkranker, die ohnehin zum Stilliegen gezwungen
sind.oder für Messungen an speziellen Versuchspersonen und Tieren, ein.
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Ber Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die angesprochenen
Probleme zu schaffen, die einfach und billig zu realisieren ist, den Patienten so
wenig wie möglich belästigt und das Krankenhauspersonal dadurch zu entlasten, daß
mehr Patienten dls bisher, auch die sogenannten "lelchteren Fälle", der automatischen
Überwachung angeschlossen werden können, wodurch eine Fülle von routinemäßigen,
von Hand auszuführenden Messungen entfällt. Die Erfindung besteht in der Kombination
folgender Merkmale: a) für jede zu Uberwachende Körperfunktion Jedes Patienten ist
in an sich bekannter Weise mindestens ein Sensor vorgesehen, der eine von dem Momentanwert
der Körperfunktion abhängige elektrische Ausgangsgröße abgibt.
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b) die elektrischen Ausgangsgrößen der Sensoren modulieren hochfrequente
Trägerschwingungen geringer leistung
c) die hochfrequenten modulierten
Trägerschwingungen wer { den über eine oder mehrere am Körper des Patienten ans
geordnete Sendeantennen abgestrahlt und von einer oder mehreren in der Nähe des
Patienten tationär angeordneten Empfangsantennen empfangen.
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d) die Empfangsantennenspannung wird Demodulatoren und Wandlern zugeführt,
die als Einabegeräte für eine digitale Datenverarbeitunsanlage (DVA) ausgebildet
sind.
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e) die DVA wertet die Uber die Eingabegeräte fließenden Daten in vorgegebener
Weise aus.
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Im folgenden wird die Erfindung in einem Ausführungabeispil unter
Zuhilfenahme von Abbildungen näher erläutert Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild
für einen einzelnen Patlenten.
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Es seina 3 Sensoren S1 ... S3 vorgesehen, die durch Gürtel, Binden
oder Heftpflaster angebracht sind und die zu be obachtenden körperfunktionen in
elektrische Werte umsetzen Entsprechend Figur 1 handle es sich um ein Thermoslement
T zur Temperaturmessung, um ein Mikrofon M zur Pulsabhorchung und ein Elektrodenpaar
E zur Messung von Nerun- oder Hirnströmen. Insgesamt seien Si Sensoren anschließbar.
In den betrachteten Fall sind die Ausgangsgrößen der Sensoren elektrische Spannungen.
Diese werden über Verstärker V verstärkt
und dann zur Modulation
hochfrequenter elektrischer Trägerschwingungen mit den Frequenzen fol 9 f01 ausgenutzt.
Diese Trägerschwingungen werden in Oszillatoren VCO1 ... VCO1 erzeugt. Die Modulationsart
ist an sich beliebig, Jedoch wird man bevorzugt Amplitudenmodulation (AM) oder Frequenzmodulation
(FM) anwenden. Bei Frequenzmodulation handelt es sich bei den Oszillatoren VOO um
sogenannt spannungsgesteuerte Osaillatoren ("voltage controlled oscillator").
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Der Moduladonsgrad jeder Trägerschwingung ist also proportional den
Ausgangsspannungen der Sensoren S.
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Je nach den Erfordernissen werden die modulierten Träger-Schwingungen
durch weitere Verstärker V¹ verstärkt und dann Sendeantennen SA1 ... SA1 zugeführt,
Um die Zahl der Sendeantennen im Interesse der Bequemlichkeit des Patienten zu vermindern,
ist es vorteilhaft, die modulierten Trägerschwingungen in einem Sammelnetzwerk SN
zusammenzufassen, das die Oszillatoren VCO gegenseitig entkoppelt und alle modulierten
Trägerschwingungen einer einzelnen Sendeantenne SA zufüht.
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Die genannte Sendeantenne SA besteht vorzugsweise aus einer Flachapule,
die am Rücken oder auf der Vorderseite des Patienten befestigt ist.
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Eine andere beverzugs Ausführungsform für die Sendeantenne SA besteht
aus einer Ringspule, die etwa in Form eines Gürtels um den Leib des Patienten gelegt
ist Sämtliche geschilderten elektrischen Bauteile sollen am Körper des Patienten
getragen werden und müssen deshalb klein und leicht sein. Auf der anderen Seite
ergibt sich aus dieser Forderung, daß die Rekhweite für die drahtlose Ubertragung
äußerst gering ist. Die Empfangsantenne EA sollte daher in nicht allzu großer räumlicher
Entfernung von dem Kranken angeordnet sein ; besonders zweckmäßig ist es, sie am
Krankenbett selbst anzubringen. Die Empfangsantennenspannung wird über einen Empfangsschalter
ESCh1, dessen Funktion später erläutert wird, einem Verstärker zugeführt, Nach der
Verstärkung in dem Verstärker Vg ge langen die Signale zu Demodulatoren D1 ... DLg
die selektiv die Trägerschwingungen mit den Frequenzen f01 ... f01 de modulieren,
so daß am Ausgang der Demodulatoren D Spannungen zur Verfügung sthen, die von den
ursprünglichen Ausgangsgrößen der Sensoren S1 ... S1 abhängig sind. Die Demodulatoren
D
sind beispielsweise bei der Anwendung von Frequenzmodulation als Diskriminatoren
üblicher Bauart mit Mittenfrequenzen f01 ... f01 ausgebildet.
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Die Ausgangsspannungen der Demodulatoren D werden nun Wandlern W1
... Wi zugeführt, die die Spannzungen in eine für die Verarbeitung in einer DVA
geeignete Form umsetzen.
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Diese Umsetzung muß folgenden Gesichtspunkten gerecht werden. Die
Körpertemperatur ist eine Größe, die sich sehr langsam ändert, deren Wert aber sehr
genau registriert werden muß. Die entsprechende Spannung wird also einen Analog-Digital-Wandler
durchlaufen, der den analogen Spannungswert in ein Binärzeichen umsetzt.
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Die Impulsüberwachung liefert eine Folge von Spannungsimpulsen.
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In diesem Fall kann der WAndler die Form einer Schwellwertstufe haber,
die ein Signal abgibt, sobald die Eingangs spannung einen vorgegebenen Schwellwert
über- oder unterschreitet, Für die Beurteilung von Nervenreaktionen ist wider eine
genaue Überwachung von Spannungsverläufen erforderlich, so daß auch hier wieder
ein Analog-Digital-Wand 1er eingesetzt wird.
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Die Wandler W sind mit der eigentlichen Rechenanlage direkt verbunden
und dienen als Eingabegeräte.
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Durch die beschriebene Ausbildung der Wandler ist dafür gesorgt, daß
alle Meßgrößen in eine von der DVA zu verarbeitende Form gebracht worden sind, Die
DVA fragt die einzelnen Wandler in bestimmten Zeitintervallen ab (gestrichelte Linien).
Die Meßwerte werden in üblicher Weise in den Speichern der DVA registriert. Dabei
ist es auch möglich, in bekannter Weise Daten ausgeben zu lassen und auf Lochstreifen,
Lochkarten, Magnetbändern oder dgl. zu speichern.
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Wird gewünscht, die überprüften Körperfunktionen nicht nur entsprechend
dem Abfragezyklus des Computers zu überwachen, so kann man beispielsweise an den
Ausgängen der Demodulatoren D aufzeichnende Geräte, z. B. Kurvenschreiber (auf etwa
zur Erstellung eines Elektrokardlogramms) oder Oszillografen, anschließen.
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Wie eingangs ausgeführt, sind kritische Veränderungen der Körperfunktion
relativ selten. Tritt eine solche Veränderung ein, so gibt die DVA einen Alarm ab,
beispielsweise Uber eine Alarmeinrichtung A.
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Die Anlage entsprechend Figur 1 ist hier für den Fall eines einzelnen
Patienten beschrieben worden.
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Wie eingangs angeführt wurde, wird Jedoch angestrebt, eine Vielzahl
von Patienten dieser Art der Uberwachung zuzuführen.
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Der naheliegende Weg, die geschilderten Einrichtungen entsprechend
zu vervielfaohen, verbietet sioh aus wirtschaftlichen Gründen; zudem müßte eine
sehr große Anzahl von Trägerfrequenzen verwendet werden.
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Eine vorteilharte Weiterbildung der Erfindung umgeht diese Schwierigkeiten
durch die Einführung des Zeit-Multiplex-Prinzips.
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Das Zeit-Multiplex-Prlnzip ist aus der Technik der Datenübertragung
bekannt; hier wird es in der Weise angewendet, daß Jeder Patient in einem definierten
Zeitintervall von dem System zyklisch überwacht wird.
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Die Abbildung zeigt eine einfache Möglichkeit zur Realisierung eines
solchen Systems, wobei die Anzahl der so betreuten Patienten n sei.
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Es werde angenommen, daß der Patient 1 gerade überwacht werden soll,
Die am Bett dieses Patienten beßestigte Empfangsantenne EA1 wird über den Schalter
ESchl an-den Verstärker Vg gelegt. Alle Ubrigen Empfangsantennen EA2 . es EAn sind
durch die entsprechenden Schalter ESchl .,. ESchn von dem Verstärber Vg abgetrennt.
Gleichzeitig mit dieser Abtrennung sind sie über Schalter SSch2 ... SSchn mit einem
Generator G verbunden, der ihnen einen Sperrträger mit der Frequenz fsp zuführt.
Die Empfangsantennen EA2 . es EAn wirken nun als Sendeantennen und übertragen den
Sperrträger auf die Sendeantennen SA2 ... SAn am Körper der Patienten 2 bis n. Die
Sendeantennen SA2 ... SAn wirken Jetzt als Empfangsantennen und steuern jeweils
über Filter F2 ... Fn Verstärker Vsp2 ... Vspn an, die wiederum Relais R2 ... Rn
betätigen. Die Relais R2 ... Rn betätigen Jeweils Ruhekontaktschalter a, so daß
die Stromquellen U2 ... Un, die die am KUrper des Patienten angebraohten Verstärker
V, die Oszillatoren VCO und gegebenenfalls das Sammelnetzwerk SN versorgen, von
diesen Geräten abgetrennt werden. Somit ist nur die Sendeantenne SA1 als Sendeantenne
wirksam. Nur die Gaäte am Körper des Patienten 1 arbiten, und nur die Körperfunktionen
dleses Patienten werden auf dem beschriebenen Weg an die DVA übertragen.
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Um den nächsten Patienten abzufragen, ist es erforderlioh, den Schaner
ESch1 zu öffnen, den schalter SSch1 zu schließen, den Schalter ESch2 zu schließen
und den Schalter SSch2 zu öffnen, Diese Schalterbetätigung wird zweckmäßigerweise
von der DVA, ggf. über einen Abtastzeitverstärker AZV, gesteuert.
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In der gleichen Weise, wie für den Patienten 1 beschrieben, wird nun
für einen vorgegebenen Zeitraum der Patent 2 überwacht usf. Wie schon gesagt, erfolgt
die An- und Abschaltung der Patienten zyklisch. Als besonderer Vorteil dieses ZeitMlitiplex-Verfahrens
sei noch genannt, daß auch die Stromquellen U am Körper der Patienten nur während
der Zeit T/n belastet werden, wenn T die überwachungszeit und n die Anzahl der Patienten
ist.
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Bei den bißherigen Ausführungen wurde vorausgesetzt, daß die Verbindungen
zwischen der Empfangsantenne EA und der DVA kurz seien und beispielsweise über Zwei-
oder bzw. Vierdrahtverbindungen, die innerhalb des Krankenhauses verlegt sind, hergestellt
werden können.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung setzt sich zum Ziel,
auch solche Patienten in die Uberwachung einzubeziehen, die nicht im Krankenhaus,
sondern beispielsweise in
ihren WohnungEn liegen. In diesem Fall
werden am Kbrper des Patienten wieder die schon geschilderten Geräte angebracht,
während an seinem Bett die ebenfalls beschriebene Empfangsantenne EA befestigt wird.
Die Empfangssignale der Empfangs.
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antenne EA werden dann über ein von r Postverwaltung tugelassenes
Modem und eine übliche Telefonleitung an das Krenkenhaus übermittelt. Die wiederum
erforderliobe Übertragung des Sperrträgers mit der Frequenz fsp kann über den für
die Modems vorgesehenen schmalbandigen Rückkanal erfolgen.
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Figur 2 zeigt im Prinzip die erforderliche Schaltungsanordnung, deren
nähere Erläuterung sich wegen ihrer Überschaubarkeit erübrigt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung strebt eine Verringerung
des AufWandes an Bauteilen an. Dieses Ziel wird erreicht, indem am Körper des Patienten
ein Umlaufschalter USoh vorgesehen wird, der die Ausgänge der einzelnen Sensoren
8 bzw. der zugehörigen Verstärker V zyklisch mit dem Steuereingang des Oszillators
VCO verbindet, der dann in der vorbeschriebenen Weise eine modulierte Trägerschwingung
an die Sendeantenne SA abgibt (Fig. 3). Der Umlaufschalter USch wird durch ein Steuerwerk
St zum zyklischen Umlaufen mit vorgegebener Umlaufgeaohwind igkeit veranlaßt.
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In dieser Ausführungsform wird pro Patient nur mit einer Trägerfrequenz
gearbeitet; empfangsseitig genügt ein einziger Demodulator D und ein Wandler W.
Die Zuordnung der einlaurenden Signale zu den einzalnen Sensoren nimmt die DVA vor;
hierzu können Synohronisiersignale herangezogen werden die mit Hilfe eines Synohronisierzeichengenerators
SG erzeugt werden, der ebenfalls an den Umlaufschalter -USch angesohlossen ist.
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Abschließend sei nooh einmal zusammengefaßt, welche Vorteile das erfindungsgemäße
System bietet.
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Das Krankenhauspersonal wird von einer FUlle von Routlnearbeit entlastet;
die Patienten werden nicht mehr nur in großen Zeitabständen überwacht; die Patienten
können sich im Bett verhältnismäßig unbehindert bewegen; beim Auftreten von dramatischen
Xnderungen des Gesundheitszustandes ist schnelle Hilfe durch sofortige Alarmierung
des Krankenhauspersonals möglich; durch die Möglichkeit einer langfristigen Dauerüberwachung
ist die Wirkung von Medikamenten quantitativ und in ihrem Zeitverlauf genau bestimmbar.