DE19525707C2 - Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender, der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator umfaßt, in dessen frequenz­ bestimmendem Zweig ein Sensorkondensator vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger, der das modulierte Signal über eine Empfangs­ antenne empfängt und derart weiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang ein vorzugsweise niederfrequentes Signal erzeugt, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 43 24 374 A1 bekannt.

Die Vorrichtung ist dazu bestimmt, die Atemtätigkeit von zu überwachenden Personen, insbesondere von Säuglingen oder Kleinkindern zu messen, um zur Vermeidung des plötzlichen Kindtodes beizutragen.

Bei der bekannten Vorrichtung wird der Sender zusammen mit dem Sensorkondensator in einem Gürtel untergebracht, der am Körper getragen wird. Der Sender weist eine eigene Spannungsversorgung in Form einer Batterie auf, die über einen magnetisch betätig­ baren Schalter ein- und abschaltbar ist. Der Sensorkondensator besteht aus einem flexiblen, nicht dehnbaren Substrat, auf dem zwei parallele, leitfähige Streifen als Elektrodenflächen angeordnet sind. Der Sensorkondensator ist parallel zu dem Schwingquarz des Hochfrequenz-Oszillators angeordnet, dessen aktives Schaltungsteil ein in Emitterschaltung betriebener Transistor ist.

Bei Bewegungen von Körperteilen oder infolge der Atemtätigkeit der zu überwachenden Person ändert sich die Kapazität des Sensorkondensators und damit die Frequenz des erzeugten Träger­ signales, das folglich entsprechend der Atemtätigkeit der Person in der Frequenz moduliert wird.

Dem Sensorkondensator, der gleichzeitig als Sendeantenne wirkt, ist eine Empfangsantenne zugeordnet, die als Matte in dem Bett der zu überwachenden Person angeordnet ist. Die Empfangsantenne weist eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Metall­ flächen auf, die auf einer Trägerfolie angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Metallflächen sind Koppelkondensatoren vorgesehen, die alle zueinander in Reihe und zusammen parallel zu einer Induktionsspule gekoppelt sind, die zusammen mit einer weiteren Spule für eine galvanische Trennung zwischen der Empfangsantenne und dem folgenden Empfänger dient. Der so gebildete Parallel­ schwingkreis muß auf die Trägerfrequenz des Senders abgestimmt werden.

In dem Empfänger wird das frequenzmodulierte Signal in einem Mischer mit einem weiteren Hochfrequenzsignal gemischt, das dieselbe Frequenz aufweist wie das Trägersignal. Danach wird das Summensignal herausgefiltert und das Differenzsignal über einen Schmitt-Trigger in ein Rechtecksignal umgewandelt, dessen Frequenz direkt proportional zu den Änderungen der Kapazität des Sensorkondensators sein soll.

Eine technische Analyse der insoweit beschriebenen bekannten Vorrichtung hat gewisse Nachteile aufgezeigt, die u. a. zu Sicherheitsproblemen führen können. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die bekannte Vorrichtung vor allem zur Über­ wachung der Atemtätigkeit von Säuglingen eingesetzt werden soll, wobei die Bedienung der Vorrichtung durch ungeschultes Personal, also durch Eltern oder Kindermädchen erfolgt.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt in der Batterie und dem magnetisch betätigten Schalter. Die Batterie kann altern, so daß bei einem Absinken der Batteriespannung nicht mehr sichergestellt werden kann, daß die Vorrichtung einwandfrei funktioniert. Ferner ist zu bedenken, daß der Schalter auch durch Magnetspielzeug unbeabsichtigt betätigt werden kann, so daß insbesondere ungeübtes Personal große Schwierigkeiten haben kann, die Betriebsbereitschaft der bekannten Vorrichtung zu erkennen, so daß deren sicherer Einsatz nicht immer gewährleistet ist.

Hinsichtlich der Empfangsantenne kann es Probleme geben, weil diese direkt auf die Frequenz des Trägersignales abgestimmt sein muß. Schon bei Patienten mit unterschiedlichen Körpergrößen oder bzw. auch durch Auflegen der Matte in ein Bett mit Metall­ rost können die Schwingkreise verstimmt werden, so daß auch hierdurch der sichere Betrieb der bekannten Vorrichtung in Frage gestellt werden kann.

Schließlich ist von Nachteil, daß sowohl der senderseitige als auch der empfangsseitige Hochfrequenz-Oszillator eine identische Trägerfrequenz erzeugen sollen, so daß bei der Mischung ein Differenzsignal erzeugt wird, das zwischen Null und einem Maximalwert schwankt. Bei diesem Frequenzbereich können jedoch Störungen im Bereich der Netzfrequenz einkoppeln und zu falschen Ergebnissen und damit zu Fehlalarmen führen.

Die insoweit diskutierten Probleme führen zum einem zu einer Verunsicherung der Personen, die die neue Vorrichtung anwenden sollen, und bedingen zum anderen Fehlalarme, die zum Schutz der überwachten Personen sowie zur Entlastung des Überwachungs­ personales vermieden werden sollen.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der eingangs genannten Vorrichtung die Empfangsantenne eine Breit­ bandantenne ohne abgestimmte Schwingkreise ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Hierdurch wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe vollkommen gelöst. Die Antenne läßt sich nämlich nun so konstru­ ieren, daß keine beeinträchtigende Verstimmung durch Änderung der Körperfläche bzw. durch Verwendung verschiedener Unter­ materialien (Metallrost/Schaumstoff) auftritt, so daß auch ungeübtes Personal die Vorrichtung in unterschiedlichen Umge­ bungen und bei unterschiedlichen Säuglingen einsetzen kann.

Weiter ist der einfache Aufbau mit den flächigen Drahtgebilden von Vorteil, der auch bei unsachgemäßer Handhabung nicht beschädigt werden kann, so daß die Vorrichtung damit insgesamt betriebssicherer wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Empfangsantenne für die eingangs genannte Vorrichtung, wobei die Empfangsantenne erfindungsgemäß eine Breitbandantenne ohne abgestimmte Schwing­ kreise ist und zwei kammartig ineinandergreifende, flächige Drahtgebilde umfaßt.

Hier ergeben sich die oben bereits im Zusammenhang mit der neuen Vorrichtung erwähnten Vorteile, die die neue Empfangsantenne auch bei Verwendung an einer bekannten Vorrichtung zeigt, da sie deren Betriebs- und Funktionssicherheit verbessert.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Sender das hochfrequente Signal entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude moduliert.

Obwohl bisher immer angenommen wurde, daß eine Amplituden­ modulation des Trägersignales wegen der möglichen Störungen zu ungenau ist, kann durch die erfindungsgemäß vorgenommene Kreuzmodulation jetzt für eine erhöhte Sicherheit gesorgt werden. Zum einen kann auch aus der in der Amplitudenmodulation liegenden Information ein Rückschluß auf die Atemtätigkeit gewonnen werden, die als Referenz für die aus der Frequenzmodulation gewonnene Information dienen kann. Ferner kann die Amplitudenmodulation dazu verwendet werden, einen technischen Alarm auszulösen, da der Amplitudenpegel des übertragenen Signales eine einfache Erkennung ermöglicht, ob der Sensorkondensator z. B. richtig angelegt ist, ob die gesamte Schaltung fehlerfrei arbeitet, ob der Batteriepegel noch ausreichend ist, etc. Ein besonderer Vorteil, der mit der Amplitudenmodulation verbunden ist, liegt in der Möglichkeit, aufgrund des Amplitudenhubes den Batterie­ pegel zu überwachen. Wird der Amplitudenhub nämlich zu gering, so deutet dies auf eine abfallende Batteriespannung hin und kann als Alarm angezeigt werden. Damit ist es nicht mehr erforderlich, die Batterie mit einem Schalter zu versehen, um die Lebensdauer der Batterie möglichst zu verlängern. Aus Sicherheitsgründen wird vielmehr vorgeschlagen, den Sender stets eingeschaltet zu lassen und auf der Empfängerseite eine Schaltung vorzusehen, die den Ladezustand der Batterie überprüft und den erforderlichen Batteriewechsel rechtzeitig anzeigt.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das empfangene Signal in dem Empfänger mit einem weiteren hochfrequenten Signal gemischt wird, dessen Frequenz größer ist als die des Trägersignales des Senders.

Durch eine geringe Verstimmung zwischen der senderseitigen und der empfängerseitigen Hochfrequenz wird nämlich sichergestellt, daß das Differenzsignal nicht Null werden kann. Damit kann aber durch die Wahl der Abweichung zwischen den beiden hochfrequenten Signalen ein nutzbarer Frequenzbereich eingestellt werden, der so liegt, daß die üblichen niederfrequenten Störungen durch einfache Filtermaßnahmen herausgefiltert werden können. In diesem Zusammenhang ist es weiter wichtig, daß die senderseitige Trägerfrequenz schon von der Grundeinstellung her unter der Frequenz der empfängerseitigen Hochfrequenz liegt. Beim Anlegen des Sensorkondensators an die zu überwachende Person erfolgt nämlich bereits eine Absenkung der Trägerfrequenz, die unabhängig von der Modulation durch die Atemtätigkeit ist. Mit anderen Worten, die senderseitige Trägerfrequenz liegt bei angelegtem Gürtel immer unterhalb der Frequenz des Hochfrequenz-Generators. Würde jedoch die senderseitige Trägerfrequenz im Leerlaufzustand oberhalb der Hochfrequenz auf der Empfängerseite liegen, so könnte es durch Anlegen des Gürtels dazu kommen, daß die beiden hochfrequenten Signale doch wieder die gleiche Frequenz auf­ weisen, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, wo einkoppelnde Störungen sowohl zu Fehlalarmen als auch zu falsch positiven Meßwerten führen können.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der Hochfrequenz-Oszillator einen in Kollektorschaltung angeordneten Transistor umfaßt.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß bei sehr geringem Stromverbrauch eine sehr stabile Hochfrequenz erzeugt wird, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die empfängerseitig detektierten Frequenzschwankungen auf die Atemtätigkeit oder Bewegung der Person zurückgehen, so daß auch hierdurch die Betriebssicherheit der neuen Vorrichtung erhöht wird.

Dabei ist es dann bevorzugt, wenn in dem frequenzbestimmenden Zweig des Hochfrequenz-Oszillators ein kapazitiver Spannungs­ teiler aus dem Sensorkondensator und einem weiteren Kondensator angeordnet ist.

Hier ist von Vorteil, daß auf schaltungstechnisch einfache und sichere Weise die Amplitudenmodulation erreicht wird. Ferner ist von Vorteil, daß der "Ziehbereich" des Schwingquarzes begrenzt wird und somit optimal so eingestellt werden kann, daß die üblichen niederfrequenten Störungen nicht im nutzbaren Frequenzbereich des Signales liegen. Der Ziehbereich wird übrigens dadurch eingegrenzt, daß der kapazitive Spannungsteiler den maximalen Frequenzhub reduziert.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Sensorkondensator gleichzeitig die Sendeantenne ist.

Diese Maßnahme ist an sich bekannt und weist den Vorteil auf, daß der Sender einen einfachen Aufbau aufweisen kann, da auf eine zusätzliche Sendeantenne verzichtet werden kann.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der Sensorkondensator als Elektro­ den mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist, die sich voneinander weg weisend von dem Sender erstrecken und um die Person herum­ legbar sind.

Auch diese Maßnahme ist unter Sicherheitsaspekten bevorzugt, denn wegen der voneinander weg weisenden Elektrodenflächen kann es nicht ohne weiteres zu einem Kurzschluß im Sensorkondensator kommen, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten, parallel zueinander laufenden leitfähigen Streifen der Fall ist. Derartige Kurzschlüsse sind beim Stand der Technik insbe­ sondere für Säuglinge zu befürchten, bei denen erfahrungsgemäß insbesondere Urin oder Erbrochenes zum Auftreten von Nässe im Bereich der Kleidung führen, wo auch der Gürtel mit dem Sensor­ kondensator untergebracht werden soll.

Dementsprechend betrifft die Erfindung auch einen Sensorkonden­ sator für die eingangs genannte Vorrichtung, wobei der Sensor­ kondensator erfindungsgemäß als Elektroden mit kupferbeschichtete Bänder aufweist, die sich voneinander wegweisend von dem Sender erstrecken und um die Person herumlegbar sind.

Dieser Sensor weist die oben im Zusammenhang mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung erwähnten Vorteile auf, die er auch bei Verwendung an der bekannten Vorrichtung zeigt, deren Betriebs- und Funktionssicherheit er somit verbessert.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der Empfänger eine Alarmschaltung umfaßt, die den absoluten und/oder relativen Amplitudenhub des empfangenen Signales mit zumindest einem Vergleichswert ver­ gleicht.

Diese Maßnahme hat den oben bereits erwähnten Vorteil, daß nämlich ein Batterietest, ein Funktionstest der Vorrichtung sowie eine Überprüfung möglich ist, ob der den Sensorkondensator enthaltende Gürtel richtig angelegt ist.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Empfänger einen Mischer zur Mischung des empfangenen Signales mit einem weiteren hoch­ frequenten Signal und Erzeugung eines Zwischenfrequenz-Signales, Filter zur Begrenzung des nutzbaren Frequenzbereiches des Zwischenfrequenz-Signales sowie eine Schaltung zur Umsetzung des gefilterten Zwischenfrequenz-Signales in ein Rechtecksignal umfaßt.

Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und damit sichere Auswertung, die Periodendauern des Rechtecksignales geben nämlich ein direktes Maß für die Atemtätigkeit an, so daß daraus die interessierenden Parameter berechnet werden können. Ferner können dabei kleinere Störsignale ausgeblendet werden, indem z. B. ein Schmitt-Trigger zur Signalumsetzung verwendet wird.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Empfänger eine Auswerteschaltung umfaßt, die das Rechtecksignal über eine bestimmte Zeitdauer mittelt und zeitdiskrete Mittelwerte der Periodendauer bestimmt.

Hier ist von Vorteil, daß auf technisch einfache Weise Rauschen und weitere Störungen herausgefiltert werden können, so daß Artefakte vermieden werden.

Dabei ist es schließlich bevorzugt, wenn die Auswerteschaltung aus dem zeitlichen Verlauf der Mittelwerte der Periodendauer die relative Lage und Amplitude der Minimal- und Maximalwerte ermittelt.

Da die zeitlichen Abstände der Maximalwerte ein Maß für die Atemfrequenz und die Amplitudendifferenzen zwischen den Minimal- und Maximalwerten ein Maß für das relative Atemzugvolumen sind, können auf diese einfache Weise im Rahmen einer intelligenten Auswertung alle relevanten Parameter ermittelt werden, die für die Überwachung der Atemtätigkeit erforderlich sind.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß bei der neuen Vorrich­ tung verglichen mit dem Stand der Technik sowohl die Sender­ schaltung, der Sensorkondensator, die Empfangsantenne als auch der Empfänger selbst verbessert wurden, um die Funktions­ sicherheit und Betriebssicherheit der neuen Vorrichtung zu steigern. Während diese Maßnahmen insbesondere in ihrer Kombi­ nation zu einer völlig neuen Vorrichtung führen, bieten sie auch in Alleinstellung und bei Verwendung an der bekannten Vorrichtung erhebliche Vorteile, da sie einzeln und für sich genommen bereits die Betriebs- und Funktionssicherheit der bekannten Vorrichtung verbessern.

Es sei noch bemerkt, daß das erzeugte Rechtecksignal in seinem Tastverhältnis eine Information über die Amplitudenmodulation enthält, die somit auch aus diesem Signal zurückgewonnen werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des neuen Senders;

Fig. 2 eine Prinzipsskizze der neuen Empfangsantenne; und

Fig. 3 ein prinzipielles Blockschaltbild des neuen Empfängers.

In Fig. 1 ist schematisch der Schaltplan eines Senders 10 für eine Vorrichtung dargestellt, die zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes vorgesehen ist. Der Sender 10 weist einen Hochfrequenz-Oszillator 11 auf, in dessen frequenzbestimmendem Zweig 12 ein Sensor­ kondensator 13 angeordnet ist, der in Reihe mit einem weiteren Kondensator 14 geschaltet ist und so einen kapazitiven Spannungs­ teil 15 bildet. Der Sensorkondensator 13 dient gleichzeitig als Sendeantenne 16.

Der Hochfrequenz-Oszillator 11 weist weiter einen Transistor 17 auf, der in Kollektorschaltung geschaltet ist und an seiner Basis mit einem Schwingquarz 18 verbunden ist. Über einen Koppelkondensator 19, der gleichzeitig als Anschwinghilfe dient, ist die Basis des Transistors 17 weiter mit dem kapazitiven Spannungsteiler 15 verbunden.

Weiterhin ist eine Batterie 21 vorgesehen, die dauernd mit dem Kollektor des Transistors 17 sowie dem von dessen Basis abge­ legenen Anschluß des Schwingquarzes 18 verbunden ist. Die Batterie 21 ist eine Knopfzelle, wie sie bspw. aus Hörgeräten bekannt ist.

Der Sensorkondensator 13 weist zwei Elektroden 22, 23 auf, die durch mit Kupfer beschichtete Bänder oder Laminate gebildet werden und flexibel sind, so daß sie um die zu überwachende Person herumgelegt werden können.

Ferner zeigt Fig. 1 noch einen Emitterwiderstand 24 sowie einen Basisvorwiderstand 25, die zur Einstellung der Arbeitspunkte dienen.

Der insoweit beschriebene Sender 10 wird zusammen mit dem Sensorkondensator 13 so in einen Gürtel eingeschoben, daß sich die Elektroden 22, 23 zu beiden Seiten von dem Sender 10 weg erstrecken. Wird jetzt der Gürtel bspw. um einen Säugling herum gelegt, so ändert sich die Kapazität des Sensorkondensators 13 in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit und ggf. weiterer Bewegungen des Säuglinges. Diese Änderungen in der Kapazität führen zu einer Frequenzmodulation des durch den Hochfrequenz­ quenz-Oszillator 11 erzeugten Trägersignales, wobei diese Frequenzänderungen der Atemtätigkeit des Säuglinges entsprechen. Wegen des kapazitiven Spannungsteilers 15 ändert sich auch die Amplitude der über dem Sensorkondensator 13 abfallenden Teil­ spannung bei Änderungen der Kapazität des Sensorkondensators, so daß die Trägerfrequenz ebenfalls eine Amplitudenmodulation erfährt, die der Atemtätigkeit des Säuglinges entspricht. Über den Spannungsteiler 15 wird weiter der Ziehbereich der Frequenz­ modulation eingeschränkt.

Wegen des in Kollektorschaltung betriebenen Transistors 17 ist die erzeugte Hochfrequenz sehr stabil und die Stromaufnahme des Senders 10 sehr gering, so daß die Batterie 21 eine lange Lebensdauer aufweist. Auf einen Einschalter für die Batterie 21 wurde bewußt verzichtet, um ein unbeabsichtigtes Ausschalten des Senders 10 zu verhindern.

Das frequenz- und amplitudenmodulierte hochfrequente Signal des Senders 10 wird von einer in Fig. 2 dargestellten Empfangs­ antenne 27 empfangen, die als Breitbandantenne 28 ausgelegt ist und somit keine Schwingkreise oder ähnliche frequenzbe­ stimmende Teile enthält. Die Empfangsantenne 27 umfaßt zwei Drahtgebilde 29, 30, die zueinander spiegelbildlich sind und in der Fläche kammartig ineinandergreifen. Diese Drahtgebilde 29, 30 könne auf einfache Weise in einer Matte oder Matratzen­ auflage untergebracht werden, so daß die Empfangsantenne 27 in unmittelbarer Nähe des in seinem Bett oder in der Wiege liegenden Säuglinges angebracht werden kann. Wegen der breit­ bandigen Charakteristik der Empfangsantenne 27 ist der Empfang weitgehend unabhängig von der Größe und dem Gewicht des Säuglings sowie von der Beschaffenheit des Bettes, der Matratze, der Matratzenauflage etc.

Das von der Empfangsantenne 27 empfangene Signal gelangt in einen in Fig. 3 mit 31 bezeichneten Empfänger, der zu diesem Zweck einen Antenneneingang 32 aufweist.

Von dem Antenneneingang 32 gelangt das Signal zu einem Mischer 33, wo es mit dem Ausgangssignal eines weiteren Hochfrequenz- Oszillators 34 gemischt wird, um dann zu einem Tiefpaß 35 weitergegeben zu werden, wo die Träger herausgefiltert werden.

Die Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators 34 ist so gewählt, daß sie in jedem Fall oberhalb der Frequenz des Trägersignales des Senders 10 liegt, so daß der nutzbare Frequenzbereich des erzeugten Zwischenfrequenz-Signales deutlich oberhalb von Null, vorzugsweise bei 200 Hz beginnt. Diese Verstimmung zwischen den Hochfrequenz-Oszillatoren 11 und 34 sorgt unter anderem auch dafür, daß eine Verringerung der Trägerfrequenz des Hochfrequenz-Oszillators 11 infolge der Kapazität der zu überwachenden Person nicht dazu führt, daß das übertragene Trägersignal gleich der Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators 34 wird. Sollte dies nämlich der Fall sein, so würde das Differenzsignal einen Frequenzbereich überstreichen, der ggf. bei Null beginnt und wäre damit den üblichen niederfrequenten Störungen ausgesetzt, die jetzt durch ein dem Tiefpaßfilter nachgeschaltetes Hochpaß-Filter 36 herausgefiltert werden können. Tiefpaßfilter 35 und Hochpaßfilter 36 schränken den nutzbaren Frequenzbereich vorzugsweise auf 200 Hz bis 1,5 kHz ein, so daß Störungen der Netzfrequenz sowie deren Harmonische einerseits sowie Nachbarkanäle oder Störungen durch Funkkanäle etc. anderer­ seits vor der Weiterverarbeitung des empfangenen Signales herausgefiltert werden. Auf diese Weise werden Artefakte, also Fehlalarme und falschpositive Signalauswertungen vermieden.

Der Ausgang des Hochpaß-Filters 36 wird zum einen auf eine Alarmschaltung 37 sowie zum anderen auf einen Verstärker 38 geführt, der der Impedanzanpassung für einen darauf folgenden Schmitt-Trigger 39 dient.

Aufgabe der Alarmschaltung 37 ist es, den Pegel des Amplituden­ hubes des Zwischenfrequenz-Signales zu überwachen und mit einem Referenzsignal zu vergleichen, um zum einen den Ladezustand der Batterie 21 zu überwachen. Wenn nämlich im Laufe des Betriebes die Batteriespannung 21 nachläßt, so geht auch automatisch bei sonst gleichen Bedingungen der Amplitudenpegel und der Amplitudenhub des modulierten Trägersignales zurück, was in der Alarmschaltung 37 durch Vergleich mit voreingestellten oder zuvor gemessenen Werten festgestellt und angezeigt wird. Sobald dieser Alarm ergeht, muß die Batterie unverzüglich ausgewechselt werden.

Darüber hinaus dient die Alarmschaltung 37 dazu, die korrekte Funktion der aus Sender 10 sowie Empfänger 31 bestehenden Vorrichtung zu überprüfen. Zwar ist die in der Amplituden­ modulation des Trägersignales enthaltene Information nicht so hinreichend genau, daß aus ihr exakte Rückschlüsse auf die Atemtätigkeit der überwachten Person geschlossen werden können, sie ermöglicht jedoch zumindest eine grobe Abschätzung. Damit kann aber die Alarmschaltung 37 dazu verwendet werden, beim Anlegen des den Sender 10 enthaltenden Gürtels an den Säugling den korrekten Sitz des Gürtels sowie die Funktion der Übertragung zu testen, ohne daß bereits genaue Auswertungen vorgenommen werden müssen. Hierzu kann die Alarmschaltung 37 mit einer weiteren Anzeige versehen sein.

Darüber hinaus kann die in der Alarmschaltung 37 gewonnene Information der Amplitudenmodulation als weitere Referenz für die in der Frequenzmodulation enthaltene Information verwendet werden. Mit anderen Worten, durch die zusätzliche Amplituden­ modulation des Trägersignales ergibt sich einmal ein Signal, das für einen technischen Alarm ausgenutzt werden kann, zum anderen kann die Information aber auch verwendet werden, um die Auswertung der in der Frequenzmodulation enthaltenen Informationen zu unterstützen und ggf. zu überprüfen.

Darüber hinaus wird das Zwischenfrequenz-Signal in einer aus Verstärker 38 und Schmitt-Trigger 39 bestehenden Schaltung 40 in ein Rechtecksignal umgesetzt, das eine einfache Weiterver­ arbeitung der in der Frequenzmodulation enthaltenen Information ermöglicht.

Zum einen kann dieses Signal über einen Optokoppler 42 an einen Rechner weitergegeben werden, der die erforderliche Auswertung vornimmt. Andererseits ist es aber auch möglich, das Signal zu einer Auwerteschaltung 43 zu leiten, die daraus auf Hardware- Ebene die erforderlichen Informationen über die Atemtätigkeit ableitet.

Die Auswerteschaltung 43 umfaßt zunächst einen Mittelwertbildner 44, der über eine bestimmte Zeitdauer von vorzugsweise 20 ms das Signal mittelt, so daß eine mittlere Periodendauer bestimmt wird. Diese mittlere Periodendauer wird als zeitliche Abfolge von zeitdiskreten Werten, deren Amplitude in Übereinstimmung mit der Atmungstätigkeit der überwachten Personen schwankt, an einen Detektor 45 weitergegeben, der die Minimal- und Maximalwerte der Periodendauern ermittelt. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Änderung der Periodendauern der in der Frequenzmodulation enthaltenen Information (Frequenzhub) und damit der Atemtätigkeit der überwachten Person entsprechen.

Der zeitliche Verlauf der gemittelten Periodendauern wird darüber hinaus in einem Speicher 46 abgelegt, wo sie für spätere Untersuchungen zur Verfügung stehen. Dieser Speicher kann ein externer Massenspeicher sein, der die Informationen fortlaufend ablegt, es ist aber auch möglich, eine Art zyklischen Speicher zu verwenden, der für jeden neu genommenen Meßwert den noch gespeicherten ältesten Meßwert löscht, so daß z. B. der Verlauf der Periodendauern immer für die letzten fünf oder zehn Minuten gespeichert ist, so wie dies bspw. auch von einem Flugschreiber bekannt ist. Sollte jetzt ein Alarm auftreten, so kann der Speicherinhalt festgeschrieben werden, damit er später im Rahmen der Diagnose/Heilbehandlung analysiert und ausgewertet werden kann.

Aus den in dem Detektor 45 bestimmten Minimal- und Maximalwerten der Periodendauern berechnen jetzt zwei Differenzbildner 47 und 48 zum einen die Atemfrequenz AF und zum anderen das relative Atemzugvolumen AZV, wobei AF sich aus der Differenz aufeinander­ folgender Maximalwerte und AZV aus der Differenz aufeinander­ folgender Maximal- und Minimalwerte ergibt.

In einem Multiplizierer 49 werden die Werte AF und AZV mitein­ ander multipliziert, um so das relative Atemminutenvolumen AMV zu berechnen.

In Mittelwertbildnern 51, 52 und 53 werden die so berechneten Werte AF, AMV, AZF z. B. noch für 30 Sekunden gemittelt. Der Wert für AMV wird weiter in einem Rechenbaustein mit einem Eichwert verglichen, der bspw. in einem Speicher 55 abgelegt ist. Dieser Eichwert kann z. B. durch eine vorangegangene Messung über einen längeren Zeitraum für die jeweilige Person bestimmt worden sein.

An den Ausgängen 57, 58 und 59 des Empfängers 31 stehen damit Meßwerte zur Verfügung, die eine Aussage über die Atemfrequenz, das relative Atemzugvolumen sowie das relative Atemminutenvolumen ermöglichen.

Abschließend sei noch erwähnt, daß in der Regel die Modula­ tion/der Frequenzhub im Bereich von 3 Hz bis maximal 50 Hz liegen, wobei aus der Häufigkeit der Modulationsänderung sich eine Atemfrequenz ergibt, die im physiologischen Bereich von 0,2 Hz bis 1 Hz liegt, also eine Atemfrequenz von 12 bis 60 pro Minute entspricht. Ferner ist aus dem Rechtecksignal auch noch die Herzfrequenz bestimmbar, die sich mit etwa dreifacher Frequenz dem der Atmung zuzuordnenden Signal überlagert.

Im Rahmen einer intelligenten Auswertung können die Alarm­ kriterien, also die Atmungszustände, bei denen Gefahr für die überwachte Person besteht und Alarm gegeben wird, noch nach Art einer gleitenden Sollwertvorgabe an die aktuelle Schlaf­ situation der Person angepaßt werden. So wird z. B. sicher­ gestellt, daß zwar ein plötzliches Nachlassen der Atemtätigkeit zu einem Alarm führt, nicht jedoch das Flacherwerden der Atmung beim Übergang in den Tiefschlaf.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes, mit einem der Person zugeordneten Sender (10), der einen ein Träger­ signal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkonden­ sator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger (31), der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (27) empfängt und derart weiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder­ frequentes Signal erzeugt, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (27) eine Breitbandantenne (28) ohne abgestimmte Schwingkreise ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10) das hochfrequente Signal entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude moduliert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Signal in dem Empfänger (31) mit einem weiteren hochfrequenten Signal (34) gemischt wird, dessen Frequenz größer ist als die des Trägersignales des Senders (10).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Oszillator (11) einen in Kollektorschaltung angeordneten Transistor (17) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem frequenzbestimmenden Zweig (12) des Hochfrequenz-Oszillators (11) ein kapazitiver Spannungs­ teiler (15) aus dem Sensorkondensator (13) und einem weiteren Kondensator (14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkondensator (13) gleichzeitig die Sendeantenne (16) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkondensator (13) als Elektro­ den (22, 23) mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist, die sich voneinander wegweisend von dem Sender (10) erstrecken und um die Person herumlegbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) eine Alarmschaltung (37) umfaßt, die den absoluten und/oder relativen Ampli­ tudenhub des empfangenen Signales mit zumindest einem Vergleichswert vergleicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) einen Mischer (33) zur Mischung des empfangenen Signales mit einem weiteren hochfrequenten Signal und Erzeugung eines Zwischenfrequenz- Signales, Filter (35, 36) zur Begrenzung des nutzbaren Frequenzbereiches des Zwischenfrequenz-Signales sowie eine Schaltung (40) zur Umsetzung des gefilterten Zwischen­ frequenz-Signales in ein Rechtecksignal umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) eine Auswerteschaltung (43) umfaßt, die das Rechtecksignal über eine bestimmte Zeitdauer mittelt und zeitdiskrete Mittelwerte der Periodendauer bestimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (43) aus dem zeitlichen Verlauf der Mittelwerte der Periodendauer die relative Lage und Amplitude der minimalen und maximalen Werte ermittelt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (27) zwei kammartig ineinandergreifende, flächige Drahtgebilde (29, 30) umfaßt.

13. Sensorkondensator für eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglinges oder Kleinkindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender (10), der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) der Sensorkondensator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aus­ sendet, und
einem Empfänger (31), der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (27) empfängt und derart weiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder­ frequentes Signal erzeugt, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkondensator als Elektroden (22, 23) mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist, die sich voneinander wegweisend von dem Sender (10) erstrecken und um die Person herumlegbar sind.

14. Empfangsantenne für eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglinges oder Kleinkindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender (10), der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkondensator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aus­ sendet, und
einem Empfänger (31), der das modulierte Signal über die Empfangsantenne (27) empfängt und derart weiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder­ frequentes Signal erzeugt, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (27) eine Breitbandantenne (28) ohne abgestimmte Schwingkreise ist und zwei kammartig ineinandergreifende, flächige Draht­ gebilde (29, 30) umfaßt.