DE1908652A1

DE1908652A1 - System zur automatischen UEberwachung wenigstens einer Koerperfunktion mindestens eines Patienten

Info

Publication number: DE1908652A1
Application number: DE19691908652
Authority: DE
Inventors: Dr Horst Ohnsorge
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1970-09-03

Description

"System zur automatischen Überwachung wenigstens einer Körperfunktion mindestens einen Patienten" Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Überwachen wenigstens einer Körperfunktion mindestens eines Patienten.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
d) die Empfangsantennenspannung wird Demodulatoren und Wandlern zugeführt, die als Einabegeräte für eine digitale Datenverarbeitunsanlage (DVA) ausgebildet sind.
e) die DVA wertet die Uber die Eingabegeräte fließenden Daten in vorgegebener Weise aus.
Im folgenden wird die Erfindung in einem Ausführungabeispil unter Zuhilfenahme von Abbildungen näher erläutert Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild für einen einzelnen Patlenten.
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").
Der Moduladonsgrad jeder Trägerschwingung ist also proportional den Ausgangsspannungen der Sensoren S.
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.
Die genannte Sendeantenne SA besteht vorzugsweise aus einer Flachapule, die am Rücken oder auf der Vorderseite des Patienten befestigt ist.
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.
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.
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.
Die Impulsüberwachung liefert eine Folge von Spannungsimpulsen.
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.
Die Wandler W sind mit der eigentlichen Rechenanlage direkt verbunden und dienen als Eingabegeräte.
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.
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.
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.
Die Anlage entsprechend Figur 1 ist hier für den Fall eines einzelnen Patienten beschrieben worden.
Wie eingangs angeführt wurde, wird Jedoch angestrebt, eine Vielzahl von Patienten dieser Art der Uberwachung zuzuführen.
Der naheliegende Weg, die geschilderten Einrichtungen entsprechend zu vervielfaohen, verbietet sioh aus wirtschaftlichen Gründen; zudem müßte eine sehr große Anzahl von Trägerfrequenzen verwendet werden.
Eine vorteilharte Weiterbildung der Erfindung umgeht diese Schwierigkeiten durch die Einführung des Zeit-Multiplex-Prinzips.
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.
Die Abbildung zeigt eine einfache Möglichkeit zur Realisierung eines solchen Systems, wobei die Anzahl der so betreuten Patienten n sei.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Figur 2 zeigt im Prinzip die erforderliche Schaltungsanordnung, deren nähere Erläuterung sich wegen ihrer Überschaubarkeit erübrigt.
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.
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.
Abschließend sei nooh einmal zusammengefaßt, welche Vorteile das erfindungsgemäße System bietet.
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.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

System zur automatischen Überwachung wenigstens einer Kdrperfunktion mindestens eines Patienten, gekennzetohnet durch die Kombination folgender Merkmale a) für Jede zu überwachende Körperfunktion jedes Patienten ist in an sich bekannter Weise mindestens ein Sensor (SS ... Si) vorgesehen, der eine von dem Momentanwert der Körperfunktion abhängige elektrische Ausgangsgröße abgibt.

b) die elektrischen Ausgangsgrdßen der Sensoren (S1 ... Si) modulieren hochfrequente Trägerschwingungen geringer Leistung, die von Oszillateren (VCO1 ... VCO1) erzeugt werden.

d) die hochfrequenten moduliertan Trägerschwingungen werden über eine oder mehrere am Körper des Patienten angeordnete Sendeantennen (SA) abgestrahlt und von einer oder mehreren in der Nähe des Patienten stationär angeordneten Empfangsantennen (EA) empfangen d) die Empiangsantennenspannung wird Demodulatoren (D) und Wandbern (w) zugeführt, die als Eingabegerät für eine digitale Dstenverarbeitungsanlage (DVA) ausgebildet sind e) die DVA wertet die über die Eingabegeräte fließenden Daten in vorgegebener Weise aus.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschwingungen in ihrer Frequenz oder Amplitude moduliert werden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeantenne (SA) als Flachspule ausgebildet und am RUcken oder an der Vorderseite des Patienten angeordnet ist.
4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeantenne als Ringspule ausgebildet und um den Leib des Patienten angeordnet ist.
5. System nach ehem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillstoren (VCO1 ... VCOi) ausgangsseitig mit einem Sammelnetzwerk (sN) verbunden sind, das die Oszillatoren gegenseitig entkoppelt und sie an die Sendeantenne (n) anschließt.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (EA) am Bett des Patienten angeordnet ist.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Demodulatoren (D) aufzeichnende Geräte angeschlossen sind.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anwendung des Zeit-Multiplex-Prinzips auf die Uberwachung mehrerer Patienten.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrträger der Frequenz fsp erzeugt wird, der über die Empfangsantennen (EA) derjenigen Patienten, die gerade nicht überwacht werden, zu den Sendeantennen derselben Patienten uebertragen wird und der dazu ausgenutzt wird, die Übertragung der Überwachungadaten dieser Patienten zu unterdrücken.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für Jeden Patienten ein Umlaufschalter (USch) vorgesehen ist, der die Ausgangsgrößen der Sensoren (S) zyklisch nacheinander auf die Sendeantenne(n) (SA) schalet.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Jedem Zyklus des Umlaufschalters ein Synchronisiersignal eingeblendet wird, das von einem Synchronislerzeichengenerator (SQ) erzeugt wird.
12. System nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die DVA die Zuordnung der Daten zu den Sensoren an Hand der Synchronisiersignale vornimmt.
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Uberwachung räumlich entfernt untergebrachter Patienten das Telefonnetz ausgenutzt wird, wobei Jeweils zwischen Empfangsantenne und Telefonnetz ein Modem eingeschaltet ist.
14. System nach Anspruch 9 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung des Sperrträgers der Rückkanal des Modems vorgesehen ist.

L e e r s e i t e