DE202006011363U1

DE202006011363U1 - Tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter

Info

Publication number: DE202006011363U1
Application number: DE202006011363U
Authority: DE
Original assignee: DailyCare Biomedical Inc
Current assignee: DailyCare Biomedical Inc
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: TWM282646U; JP3126098U; US20070038135A1

Abstract

Tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter,
gekennzeichnet durch
einen optischen Sensor (10), der mit einem Anwender in Kontakt gebracht werden kann, um ein Pulssignal zu erfassen,
einen Analog/Digital-Umsetzer (12), der das Pulssignal in ein digitales Format umsetzt,
einen Mikroprozessor (14), der das Pulssignal im digitalen Format empfängt und eine Berechnung wenigstens eines Herzschlagvariabilitätsparameters ausführt,
eine Anzeigevorrichtung (16), die den wenigstens einen Parameter anzeigt, und
ein Leistungsversorgungsmodul (18), das die erforderliche elektrische Leistung für die Vorrichtung bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige von physiologischen Parametern und genauer eine derartige tragbare Vorrichtung, die das Pulssignal anhand einer Plethysmographie-Technik in Reaktion auf die Pulsrate erfassen und die Herzschlagvariabilität analysieren kann, um so physiologische Parameter zu erfassen, auf die ein Anwender Bezug nehmen kann.
Aufgrund der Entwicklung der modernen Gesellschaften läuft das tägliche Leben schneller und schneller ab. Dadurch haben die Menschen weniger Zeit, um auf ihre eigene Gesundheit zu achten, weil der durch den Arbeitsplatz verursachte Druck hoch ist. Vor allem aber bilden der wiederholte Genuss von Süßigkeiten und die fehlende körperliche Betätigung die Hauptgründe für Krankheiten wie etwa einen hohen Cholesterinspiegel, einen erhöhten Blutdruck und eine Herzgefäßsystem-Fehlfunktion. Weiterhin ist zwar Fleiß bei der Arbeit wünschenswert, eine zu hohe Arbeitsbelastung verursacht jedoch oftmals den plötzlichen Tod des berufstätigen Menschen.
Aktuelle Studien zeigen, dass zwischen dem plötzlichen Tod und übermäßig vielen Überstunden sowie dem Druck am Arbeitsplatz eine enge Beziehung besteht, weil das Nervensystem des Beschäftigten für eine lange Zeitdauer beansprucht wird und der mentale Zustand des Beschäftigten angespannt ist. Weitere Studien zeigen, dass die Herzschlagvariabilität (HRV, Heart Rate Variability) ein Indikator für den plötzlichen Tod ist. Gemäß der Studie von Huikuri HV u. a., 1992, und von Sasaki T. u. a., 1999, steht die Abnahme der Herzschlagvariabilität in einer engen Beziehung zu einer zunehmenden Wahrscheinlichkeit des plötzlichen Todes. Da die Herzschlagvariabilität die Herzaktivität widerspiegelt und aufzeigt, ob ein Problem mit dem autonomen Nervensystem besteht, kann, wenn die Herzaktivität normal ist und kein Dysautonomieproblem besteht, das Herz den Herzrhythmus entsprechend den physischen Bedingungen von selbst einstellen, was folglich zu einer hohen Herzschlagvariabilität führt. Wenn die Herzaktivität anomal ist und das autonome Nervensystem die physischen Zustände nicht unmittelbar widerspiegeln kann, ist die Herzschlagvariabilität niedrig. Daher kann die Herzschlagvariabilität als Indikator für den plötzlichen Tod genutzt werden.
Um eine geringe Schwankung der Herzschlagvariabilität zu erfassen, müssen die physiologischen Parameter überwacht werden. Die Nachteile bekannter Vorrichtungen für die Erfassung vitaler Anzeichen bestehen darin, dass sie physiologische Parameter nicht ausreichend konstant bereitstellen, weshalb die Erfindung darauf zielt, eine verbesserte tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige von physiologischen Parametern zu schaffen, bei der die genannten Probleme nicht bestehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige von physiologischen Parametern zu schaffen, die die erforderlichen physiologischen Parameter, auf die der Anwender Bezug nehmen kann, unmittelbar und konstant bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige von physiologischen Parametern nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße tragbare Vorrichtung umfasst einen optischen Sensor, der ein Pulssignal erfasst, einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer), der ein analoges Signal des Pulssignals in ein digitales Format umsetzt, einen Mikroprozessor, der das digitale Signal empfängt und Berechnungen von Parametern der Pulsrate und der Herzschlagvariabilität ausführt, eine Anzeige, die die erfassten Parameter anzeigt, und ein Leistungsversorgungsmodul, das für die Vorrichtung elektrische Leistung bereitstellt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der optische Sensor wenigstens eine Lichtemissionseinrichtung, die Licht auf die Haut des Anwenders projiziert, und wenigstens eine Lichterfassungseinrichtung, die das von der Haut des Anwenders reflektierte Licht empfängt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Speichereinheit vorgesehen, die mit dem Mikroprozessor elektrisch verbunden ist, um Pulssignal- und Herzschlagvariabilitäts-Parameter zu speichern.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung ist das Leistungsversorgungsmodul eine Batterie.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung ist mit dem Mikroprozessor eine Zeitgebereinheit verbunden, die Zeitinformationen bereitstellt.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung ist mit dem Mikroprozessor eine Steuereinheit verbunden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung einer Ausführungsform, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
1 einen Blockschaltplan der erfindungsgemäßen tragbaren Vorrichtung;
2 eine schematische Ansicht, die veranschaulicht, wie der optische Sensor arbeitet, um das Pulssignal zu erfassen; und
3 eine schematische Ansicht, die die Anwendung des optischen Sensors in einem Stift veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter gemäß der Erfindung einen optischen Sensor 10, der mit der Haut eines Anwenders in Kontakt gebracht wird, um das Pulssignal des Anwenders zu erfassen, einen A/D-Umsetzer 12, der mit dem optischen Sensor 10 elektrisch verbunden ist, um das erfasste analoge Pulssignal in ein digitales Format umzusetzen, einen Mikroprozessor 14, der mit dem A/D-Umsetzer 12 elektrisch verbunden ist und von diesem das digitale Signal empfängt und Berechnungen ausführt, um wenigstens einen Herzschlagvariabilitäts-Parameter (HRV-Parameter) zu erfassen, wobei die HRV-Analyse in eine Zeitbereichsanalyse und in eine Frequenzbereichsanalyse unterteilt ist, so dass bei der Parameterberechnung eine Mehrfachwahl besteht, und eine Anzeige 16, die die erfassten Parameter anzeigt, auf die der Anwender Bezug nehmen kann. Ferner ist für die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Leistungsversorgungsmodul 18 vorgesehen, das die erforderliche elektrische Leistung bereitstellt.
Die HRV-Analyse analysiert hauptsächlich die Variabilität des Herzschlags. Neueste Studien zeigen, dass der HRV-Pegel mit dem Nervenmodulationsmechanismus in Beziehung steht. Daher ist es zweckmäßig, die HRV als Indikator für die Bewertung physischer Zustände zu nutzen. Gemäß dem Standard der Herzschlagvariabilitätssignal-Messung und -Analyse, der durch die Task Force of the European Society of Cardiology und der North American Society of Pacing Electrophysiology in Japan 1996 angegeben worden ist (Circulation, 1996; 93:1043-1065), verwendet die Zeitbereichsanalyse statistische oder geometrische Verfahren, um die HRV zu analysieren. Der aus der Zeitbereichsanalyse erfasste Parameter umfasst beispielsweise den Herzschlag, das mittlere NN-Intervall (Normal-zu-Normal-Intervall) (MEAN), die Standardabweichung (SD) des NN-Intervalls, den Variabilitätskoeffizienten (CV) des NN-Intervalls, die Quadratwurzel der mittleren quadratischen Differenzen aufeinander folgender NN-Intervalle (RMSSG), die Standardabweichung von SD von normalen RR-Intervallen (SBSD), den HRV-Triangulärindex und die Triangulärinterpolation des NN-Intervall-Histogramms (TINN). Die Frequenzbereichsanalyse transformiert die kleine Schwankung des Herzschlags während des Beobachtungszeitraums in ein Spektrum, um so die kleinsten Veränderungen zu vergrößern. Die durch die Frequenzbereichsanalyse erfassten Parameter umfassen hohe Frequenzen (HF), niedrige Frequenzen (LF), das Verhältnis von HF zu LF über die Gesamtleistung (TP), die Hochfrequenzleistung (HFP), die Niederfrequenzleistung (LFP) usw.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter gemäß der Erfindung ferner eine Speichereinheit 20, eine Zeitgebereinheit 22 und eine Steuereinheit 24, die jeweils mit dem Mikroprozessor 14 verbunden sind, so dass die Speichereinheit 20 die erfassten HRV-Parameter von dem Mikroprozessor 14 speichern kann, die Zeitgebereinheit 22 aktuelle Zeitinformationen während der Beobachtungsdauer bereitstellen kann, auf die der Anwender Bezug nehmen kann, und die Steuereinheit 24 dem Anwender ermöglicht, die Steuerung der Funktionen der gesamten Vorrichtung auszuführen. Beispielsweise kann der Anwender die Aktivierung, das Abschalten des Signalerfassungsprozesses und den Wiederaufruf oder das Löschen von Informationen in der Speichereinheit 20 auswählen.
Die Speichereinheit 20 kann ein ROM, ein RAM, ein Flash-Speicher oder ein EEPROM sein. Die Steuereinheit 24 kann über Tasten, Schalter oder Berührungstafeln aktiviert werden. Weiterhin kann das Leistungsversorgungsmodul 18 eine solarbetriebene Batterie oder eine wiederaufladbare Batterie verwenden.
Der Grund, aus dem der optische Sensor verwendet wird, besteht darin, dass sich der in dem Blut enthaltene Sauerstoffanteil bei einer Blutströmung durch ein Gefäß entsprechend dem Herzschlag ändert, was die Lichtreflexion des Blutes beeinflusst. Daher kann der optische Sensor ein Pulssignal erfassen, das die Systole und die Diastole des Herzens widerspiegeln kann.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der optische Sensor 10 gemäß der Erfindung wenigstens eine Lichtemissionseinrichtung 100 und wenigstens eine Lichterfassungseinrichtung 110. Die Lichtemissionseinrichtung 100 erzeugt einen Lichtstrahl, der auf die Haut des Anwenders, etwa am Ohr, an der Hand, an der Brust, am Finger o. ä. projiziert wird. In der Darstellung von 2 wird die Fingerspitze verwendet, die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Erfassung an diesem Körperabschnitt eingeschränkt. Wenn daher die Lichterfassungseinrichtung 110 von der Haut reflektiertes Licht erfasst, das den Sauerstoffanteil im Blut während eines gesamten Herzschlagzyklus wiedergibt, wird ein Pulssignal aufgenommen und an den Mikroprozessor 14 übertragen, damit er die Pulsraten- und HRV-Parameter berechnet. Das von der Lichtemissionseinrichtung 100 ausgesendete Licht ist beispielsweise sichtbares rotes Licht oder Infrarotlicht.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen Stift eingebaut sein, so dass ein multifunktionaler Stift 40 geschaffen wird. Der Stift 40 umfasst ein Rohr 42, wobei die Lichtemissionseinrichtung 100' und die Lichterfassungseinrichtung 110' des optischen Sensors 10' am inneren Umfang des Rohrs 42 angebracht sind, so dass der Anwender den Stift 40 einfach verwenden kann, um ihn mit seiner Haut in Kontakt zu bringen. Der Stift 40 umfasst ferner eine Leiterplatte 44, wobei der A/D-Umsetzer 12, der Mikroprozessor 14, die Speichereinheit 20 und die Zeitgebereinheit 22 wie in 1 gezeigt alle auf der Leiterplatte 44 montiert sein können. Folglich werden die Pulsraten- und HRV-Parameter, die der Mikroprozessor 14 berechnet, an eine Anzeigeeinheit 16' geschickt, so dass der Anwender seine physischen Zustände bewerten kann. Die Anzeigeeinheit 16' kann eine Flüssigkristallanzeige sein. Die Steuereinheit 24' ist an dem Rohr 42 angebracht, während das Leistungsversorgungsmodul 18' im Rohr 42 angebracht ist.
Es wird angemerkt, dass die tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter gemäß der Erfindung kleine Abmessungen und einen einfachen Aufbau hat. Ferner ergeben die physiologischen Parameter aus der Berechnung des Mikroprozessors eine sofortige Bewertung der Körperzustände, so dass der Anwender seine physischen Zustände unmittelbar überwachen kann und Maßnahmen ergreifen kann, wenn einer der Parameter nicht normal ist.
Obwohl in der vorangehenden Beschreibung zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der Erfindung zusammen mit Einzelheiten des Aufbaus und der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben worden sind, dient diese Offenbarung selbstverständlich nur der Erläuterung, wobei Änderungen an Einzelheiten, insbesondere an der Form, der Größe und der Anordnung von Teilen im Rahmen der Prinzipien der Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche angegeben sind, vorgenommen werden können.

Claims

Tragbare Vorrichtung für die Erfassung und Anzeige physiologischer Parameter, gekennzeichnet durch einen optischen Sensor (10), der mit einem Anwender in Kontakt gebracht werden kann, um ein Pulssignal zu erfassen, einen Analog/Digital-Umsetzer (12), der das Pulssignal in ein digitales Format umsetzt, einen Mikroprozessor (14), der das Pulssignal im digitalen Format empfängt und eine Berechnung wenigstens eines Herzschlagvariabilitätsparameters ausführt, eine Anzeigevorrichtung (16), die den wenigstens einen Parameter anzeigt, und ein Leistungsversorgungsmodul (18), das die erforderliche elektrische Leistung für die Vorrichtung bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (10) wenigstens eine Lichtemissionseinrichtung (100), die Licht auf Gewebe des Anwenders projiziert, und wenigstens eine Lichterfassungseinrichtung (110), die vom Gewebe des Anwenders reflektiertes Licht empfängt, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit (20), die mit dem Mikroprozessor (14) elektrisch verbunden ist, um den Pulssignal- und den Herzschlagvariabilitäts-Parameter zu speichern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsversorgungsmodul (18) eine Batterie ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zeitgebereinheit (22), die mit dem Mikroprozessor (14) verbunden ist, um Zeitinformationen bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit dem Mikroprozessor (14) verbundene Steuereinheit (24).