DE202006013747U1

DE202006013747U1 - Einrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen eines Menschen

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Publication number: DE202006013747U1
Application number: DE200620013747
Authority: DE
Original assignee: ATS ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: ATS ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2016-09-06

Abstract

Einrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen eines Menschen in einer gefährlichen Umgebung mittels eines Sensors (2), welcher an der Haut des Menschen anlegbar ist, um Messwerte zur Ermittlung des Pulses und der Sauerstoffkonzentration im Blut zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Messwerte des Pulses und der Sauerstoffkonzentration des Bluts eines Menschen an einem Kopfband oder Kopfreif (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen eines Menschen in einer gefährlichen Umgebung mittels eines Sensors, welcher an der Haut des Menschen anlegbar ist, um Messwerte zur Ermittlung des Pulses und der Sauerstoffkonzentration im Blut zu erfassen.
Es ist bekannt, dass beim Aufenthalt in Umgebungen mit veränderten Umweltbedingungen die Sauerstoffkonzentration im Blut sich in medizinisch kritische Bereiche verschieben kann. Insbesondere in einer Umgebung mit verändertem Sauerstoffgehalt in der Atemluft ist eine Auswirkung auf die Sauerstoffkonzentration im Blut festzustellen. Einer Umgebung mit verändertem Sauerstoffgehalt sind vor allem Rettungskräfte der Feuerwehren und Bergrettung ausgesetzt. Des Weiteren wirkt sich ein erhöhter Luftdruck negativ auf die Sauerstoffkonzentration im Blut aus. Dies betrifft insbesondere Arbeiter in Senkkästen, Taucher und Bergleute. Von einem reduzierten Luftdruck, welcher die Sauerstoffkonzentration im Blut ebenso beeinflusst, sind Menschen in besonderen Höhenlagen betroffen.
Eine abgesenkte Sauerstoffkonzentration des Bluts wirkt sich auf die Leistungsfähigkeit des Gehirns aus und beeinträchtigt den gesamten Organismus. Kurzfristig sind insbesondere Müdigkeit, Erschöpfung und nachlassende Konzentrationsfähigkeit möglich. Durch länger anhaltenden latenten Sauerstoffmangel können langfristig insbesondere koronare Herzkrankheiten und chronische Herzinsuffizienz auftreten. Insgesamt besteht die Gefahr der Gesundheitsgefährdung des betroffenen Menschen.
Anzeichen für eine abgesenkte Sauerstoffkonzentration ist insbesondere ein erhöhter Puls. Um den Herzpuls des Menschen zu erfassen, kann auf verschiedene Messmethoden zurückgegriffen werden. So kann zum einen der Puls über ein Elektrokardiogramm (EKG) ermittelt werden. Dabei wird ein im Herzen erzeugtes elektrisches Potential über Elektroden gemessen, die links und rechts vom Herzen auf der Brust des Menschen angeordnet sind. Ein Beispiel für eine solche Messeinrichtung sind Brustgurt-Pulsuhren für ambitionierte Sportler, welche allerdings nicht so präzise arbeiten, wie auf dem Körper aufgebrachte Sensoren. Letztere benötigen allerdings vor dem Beginn der Messung eine Vorbereitungszeit von einigen Minuten.
Weitere Verfahren sind die Impendanz Rehographie und die Ultraschall Dopplermessung. Für die Messung des Pulses wird bei der Rehographie der sich rhythmisch zum Puls ändernde elektrische Gewebewiderstand herangezogen, während bei der Ultraschall Dopplermessung die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des Bluts innerhalb der Pulswelle zu Frequenzverschiebungen nach dem Dopplereffekt führen. Die Geräte, die nach diesem Verfahren arbeiten, sind komplex und teuer.
Letztlich ist noch das Verfahren der Photoplethysmographie (PPG) bekannt, welches zuweilen auch Licht-Reflexions Rheographie genannt wird. Bei einer PPG wird Licht im infraroten Bereich in die Haut eingestrahlt und die Reflexion von einem Photosensor gemessen. Die Menge des absorbierten Lichts ist unter anderem von der Homogenität der vom Licht durchlaufenen Substanz abhängig. Die Pulswelle dehnt die Arterie lokal aus. Diese Verdickung ist eine charakteristische Inhomogenität und ist im Photoplethysmogramm zu erkennen. Die Messung kann sowohl im Transmissions- als auch im Reflexionsverfahren erfolgen, wobei häufig der Sensor in Form einer Klammer auf einer Fingerkuppe befestigt wird. Neben dem Fingerclip ist auch ein Stirnsensor bekannt, welcher auf die Stirn geklebt werden muss und somit nicht wieder verwendbar ist.
Zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration im Blut ist die so genannte Blutgasanalyse (BGA) bekannt. Bei diesem invasiven Verfahren wird ein frisch entnommener Bluttropfen analysiert. Es ist offensichtlich, dass eine stetige Überwachung eines Menschen in Bewegung mit diesem Verfahren nicht möglich ist.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung des Bluts ist die Pulsoximetrie, welche nicht invasiv arbeitet. Bei der Pulsoximetrie nutzt man die Tatsache, dass Hämoglobin abhängig von der Sauerstoffsättigung auf Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich absorbierend reagiert. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass zur störungsfreien Anwendung nach dem Stand der Technik der Körper in Ruhe befindlich sein muss. Ursächlich für die Messstörungen sind Bewegungen des Bluts, die aus einer Bewegung des Körpers resultieren, wobei das Blut durch die Trägheitskräfte beschleunigt wird.
Neben den einzelnen Messgeräten ist oftmals auch das Mitführen einer Einrichtung zur kabellosen Übertragung der Daten des überwachten Menschen notwendig. Eine solche Telemetrie ist aus dem Motorrennsport und der Raumfahrt bekannt. Jedoch sind die bekannten Vorrichtungen mit einem großen Zeitaufwand für die Herstellung der Einsatzbereitschaft verbunden. Außerdem müssen bei den bekannten Systemen Sonden am Körper befestigt und Kabel von den Sonden auf der Haut des Menschen zu mehreren Messgeräten verlegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung der Vitaldaten praxistauglich für Menschen, die sich in einer gefährlichen Umgebung aufhalten, zum Beispiel Bergarbeiter, Rettungskräfte, Bauarbeiter und andere, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen eines Menschen in einer gefährlichen Umgebung mittels eines Sensors, welcher an der Haut des Menschen anlegbar ist, um Messwerte zur Ermittlung des Pulses und der Sauerstoffkonzentration im Blut zu erfassen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Messwerte des Pulses und der Sauerstoffkonzentration des Bluts eines Menschen an einem Kopfband oder Kopfreif angeordnet ist. Hierdurch ist die Überwachung der Vitaldaten beim Ausüben einer Tätigkeit, insbesondere in den Bereichen des Rettungsdienstes und des Bauwesens möglich, ohne dass hierzu zunächst Sensoren auf der Haut fixiert werden müssen.
Von Vorteil ist es, dass der Sensor zur kontinuierlichen Messung ausgeführt ist. Hierdurch ist eine ununterbrochene Überwachung des Gesundheitszustandes des Menschen möglich. Über eine Änderungsrate aus dem kontinuierlichen Messwertstrom ist es möglich, die Überschreitung eines Grenzwertes zu prognostizieren.
Der Sensor kann am Kopf im Bereich der Schläfe angeordnet sein, vorteilhaft ist es, dass der Sensor zur Messung am Kopf im Stirnbereich des Menschen anlegbar ist. Hierdurch ist dessen Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt, wie sie es durch die Positionierung der Sensoren an den Extremitäten, insbesondere an einem Finger der Fall wäre.
Für den Tragekomfort ist es günstig, dass der Sensor an dem Kopfband oder dem Kopfreif konturbündig befestigt ist. Hierdurch liegt der Sensor an der Haut des Menschen nur an und muss nicht an diesem befestigt werden. Der Kontakt von Haut und Sensor ist mit dem Aufsetzen oder Überziehen des Kopfbandes oder Kopfreifs hergestellt.
Der Sensor könnte an einer Schutzbrille angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, dass der Sensor an einer Kopfbedeckung, insbesondere einem Schutzhelm oder einer Kopfhaube befestigt ist. Hierdurch ist die Benutzung des Sensors sichergestellt, da die Kopfbedeckung zur notwendigen Ausrüstung des Menschen in der gefährlichen Arbeitsumgebung gehört. So ist sichergestellt, dass der Mensch den Sensor am Körper trägt, da der Mensch kein zusätzliches Gerät mitführen muss, welches als Hindernis wahrgenommen oder vergessen werden kann.
Ein besonderer Vorteil ist es, dass eine Rechenvorrichtung an der Kopfbedeckung angeordnet ist. Hierdurch ist eine kurze Kabelführung zwischen dem Sensor und der Rechenvorrichtung möglich, welche gemeinsam mit dem Sensor, der Rechenvorrichtung und der Kopfbedeckung eine Einheit bilden.
Für die Messung der Vitalfunktionen ist es von Vorteil, dass der Sensor in der Art an der Stirn anliegt, dass dieser über einer Arterie positionierbar ist. Hierdurch kann auf die, für die Anwendung eines bestimmten Messverfahrens notwendigen Arterien zurückgegriffen werden. Für die Messung vorteilhaft ist, dass die im Bereich der Stirn verlaufenden Arterien nur von einer dünnen Haut- und Gewebeschicht bedeckt sind. Des Weiteren unterliegt der Puls in diesen Arterien nur in sehr geringem Maße dem Einfluss der Umgebungstemperatur.
Für den praxistauglichen Betrieb der Einrichtung ist es von großem Vorteil, dass mehrere Sensoren nebeneinander im Bereich einer Arterie auf der Stirn positionierbar sind. Hierdurch ist eine exakte Positionierung über einer Arterie nicht notwendig, da aus den Messwerten aller Sensoren die Lage der Arterie bestimmt und die Messung so sicher und fehlerreduziert durchgeführt werden kann. Insbesondere ein Verrutschen der Sensoren im Praxiseinsatz kann durch die Anordnung mehrerer Sensoren kompensiert werden.
Vorteilhaft ist es, dass die Einrichtung eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung der Vitaldaten an eine zentrale Stelle, insbesondere eine Rettungsleitstelle oder an einen Betriebsarzt aufweist. Hierdurch ist die Überwachung des Menschen außerhalb dessen Verantwortungsbereichs und außerhalb des Gefahrenbereichs möglich. Der Mensch kann sich ausschließlich auf seine Aufgabe konzentrieren und es kann, sollte der Mensch sich nicht selbst aus dem Gefahrenbereich bewegen können, von einer zentralen Stelle aus die Bergung des Menschen eingeleitet werden.
Von besonderem Vorteil ist es, dass die Vorrichtung zur kabellosen Übertragung der Vitaldaten an die zentrale Stelle ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Mensch sich frei bewegen kann.
Ein wesentlicher Vorteil ist es, dass der Sensor, die Rechenvorrichtung und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung an der Kopfbedeckung des Menschen, welche insbesondere ein Schutzhelm oder eine Kopfhaube sein kann, angeordnet sind. Hierdurch ist eine individuelle Zuordnung der Sensoren zu bestimmten Personen stets sichergestellt, da die Kopfbedeckung ein Bestandteil der persönlichen Schutzausrüstung des Menschen ist.
Grundsätzlich kann die Rechenvorrichtung und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung außen an der Kopfbedeckung positioniert werden, um den Freiraum im Inneren der Kopfbedeckung, zum Beispiel eines Schutzhelmes, nicht einzuschränken. Es ist ein Vorteil, dass der Sensor, die Rechenvorrichtung und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung innen an der Kopfbedeckung angeordnet sind. Hierdurch sind diese vor äußeren mechanischen Einwirkungen besser geschützt.
Von Vorteil ist es, dass der Sensor zur Messung nach den Verfahren der Photoplethysmographie und der Pulsoximetrie ausgeführt ist und die Rechenvorrichtung bestimmte Algorithmen verwendet, die eine Bestimmung der Vitaldaten eines in Bewegung befindlichen, insbesondere eines zügig gehenden Menschen ermöglicht. Hierdurch ist die Überwachung des Menschen unter den praktischen Arbeitsbedingungen möglich.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Seitenansicht einer Kopfbedeckung;
2 eine Ansicht von unten einer Kopfbedeckung.
Die 1 und 2 zeigen jeweils in einer Seitenansicht und einer Ansicht von unten eine Kopfbedeckung 1 mit der schematischen Darstellung einer möglichen Anordnung eines Sensors 2 an einem Kopfreif 3. Des Weiteren sind mögliche Positionen an der Helmschale markiert, an denen eine Rechenvorrichtung 4, welche aus den Messwerten des Sensors 2 die Vitaldaten eines Menschen errechnet, und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung 5 der Vitaldaten angeordnet sind.

Claims

Einrichtung zur Überwachung von Vitalfunktionen eines Menschen in einer gefährlichen Umgebung mittels eines Sensors (2), welcher an der Haut des Menschen anlegbar ist, um Messwerte zur Ermittlung des Pulses und der Sauerstoffkonzentration im Blut zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Messwerte des Pulses und der Sauerstoffkonzentration des Bluts eines Menschen an einem Kopfband oder Kopfreif (3) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zur kontinuierlichen Messung ausgeführt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zur Messung am Kopf im Stirnbereich des Menschen anlegbar ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) an dem Kopfband oder dem Kopfreif (3) konturbündig befestigt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) an einer Kopfbedeckung (1), insbesondere einem Schutzhelm oder einer Kopfhaube befestigt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechenvorrichtung (4) an der Kopfbedeckung (1) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) in der Art an der Stirn anliegt, dass dieser über einer Arterie positionierbar ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass meherere Sensoren (2) nebeneinander im Bereich einer Arterie auf der Stirn positionierbar sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Vorrichtung zur Übertragung der Vitaldaten an eine zentrale Stelle, insbesondere eine Rettungsleitstelle oder an einen Betriebsarzt aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur kabellosen Übertragung der Vitaldaten an die zentrale Stelle ausgeführt ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2), die Rechenvorrichtung (4) und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung (5) an der Kopfbedeckung (1) des Menschen, welche insbesondere ein Schutzhelm oder eine Kopfhaube sein kann, angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2), die Rechenvorrichtung (4) und eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung (5) innen an der Kopfbedeckung angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zur Messung nach den Verfahren der Photoplethysmographie und der Pulsoximetrie ausgeführt ist und die Rechenvorrichtung (4) bestimmte Algorithmen verwendet, die eine Bestimmung der Vitaldaten eines in Bewegung befindlichen, insbesondere eines zügig gehenden Menschen ermöglicht.