DE3540153A1

DE3540153A1 - Verfahren und vorrichtung zum drahtlosen ueberwachen eines patienten

Info

Publication number: DE3540153A1
Application number: DE19853540153
Authority: DE
Inventors: John Noland Los Altos Hills Calif. Dukes; Edwin B. Stow Mass. Merrick
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1984-11-15
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1986-05-15
Also published as: JPS61162151U; US4573475A

Description

Hewlett-Packard Company

Int. Az.: Case 1910

11:. November 1985 /gn

BESCHREIBUNG

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DRAHTLOSEN ÜBERWACHEN EINES PATIENTEN Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum drahtlosen Überwachen eines Patienten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren zum Überwachen physiologischer Parameter bettlägeriger Patienten in Krankenhäusern oder Erholungsheimen bekannt, die mit oder ohne Leitungsverbindung zum Patienten ausgeführt werden können. Bei den Verfahren mit Leitungsverbindung sind üblicherweise Wandlereinheiten zum Umsetzen der physiologischen Parameter in elektrische Signale am Körper des Patienten angebracht; diese Wand!ereinheiten sind durch Leitungen mit Geräten zum Auslesen und Auswerten der Wandlersignale verbunden. Die Bewegungen des Patienten sind durch das Vorhandensein der Verbindungsleitungen eingeschränkt, und es besteht die Gefahr, daß sich die Leitungen verflechten und die Wandler abreißen. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß ein Gerät bei Fehl funktion dem direkt damit verbundenen Patienten einen elektrischen Schlag versetzt. Aus diesen Gründen entwickelt sich die Technik der Patientüberwachung in Richtung zur drahtlosen Überwachung.

Drahtlose Überwachung eines Patienten geschieht nach den bekannten Verfahren üblicherweise mit einem am Patienten angebrachten Sender zum drahtlosen Senden von Signalen, die physiologische Parameter des Patienten anzeigen, und einem Empfänger zum Empfangen und Verarbeiten dieser Signale. Weil der Empfänger sich üblicherweise in geringer Ent fernung vom Sender befindet, kann die Übertragung durch niederfrequen te Signale unter Verwendung einer magnetischen Antenne geschehen. Die Vorteile niederfrequenter Übertragung sind in der Technik bekannt, siehe beispielsweise Andrzej B. Przedpelsky, " "Near Field" Communication", r.f. design, März/April 1980. Magnetisch gekoppelte Antennen besitzen jedoch einen für die drahtlose Patientenüberwachung schwerwiegenden Nachteil: eine magnetische Antenne ist nicht omnidirektional, also nicht für jede Richtung gleich empfindlich. Es gibt eine Ausrichtung des Senders in Bezug auf den Empfänger, die keine Kommunikation ermöglicht. Mit anderen Worten, es gibt eine Ausrich tung, bei der das zwischen Sender und Empfänger übertragene Signal gleich Null ist, und in Fällen der Patientenüberwachung, bei denen ständige Überwachung der Vital parameter des Patienten entscheidend

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ist, kann ein Ausfall in der Signalübertragung zu Todesgefahr führen. Insofern ist auch bei diesem Verfahren die erlaubte Bewegung des Patienten eingeschränkt, allerdings nicht in gleichen Maße wie bei der leitungsgebundenen Überwachung.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 überwindet dieses Problem der NuI!ausrichtung bei der magnetischen Antennenkopplung zur drahtlosen Patientenüberwachung und gewährt dem Patienten größere Bewegungsfreiheit als das bekannte Verfahren. Anspruchsgemäß werden die vom Sender abgestrahlten Signale durch eine Anzahl von Leiterschleifen empfangen, die eine gemeinsame Ebene aufweisen, und zur Überwachung des Patienten werden die Empfangssignale dieser Leiterschleifen verarbeitet.

Durch die Verarbeitung der Ausgangssignale der in einer Ebene angeordneten Drahtschleifenantennen können drei resultierende, orthogonal zueinander ausgerichtete magnetische Antennen erzielt werden.

Insbesondere können vier jeweils für sich in einem Quadranten einer Ebene angeordnete Leiterschleifen als Antennen verwendet werden. Kombinationen der mit diesen Schleifenantennen empfangenen Signale können zum zusammengesetzten Empfang (Vielfachempfang) ausgenutzt werden. Solcherart kann keine Ausrichtung der sendenden Antenne am überwachten Patienten zu einem Nullwert des empfangenen Signals am Empfänger führen, weil für jede von drei resultierenden Empfängerachsen eine resultierende Antenne zum Empfang der gesendeten Signale zur Verfugung steht und nicht gleichzeitig in allen drei Empfangsrichtungen NuI!signal empfangen werden kann, weil die Achsen zueinander orthogonal sind.

Weiterhin ermöglicht es das Verfahren nach der Erfindung, daß alle drei Empfangsrichtungen durch eine in einer einzigen Ebene befindlichen Antennenvorrichtung erzeugt werden. Dies ist im Falle der drahtlosen Patientenüberwachung im Krankenhaus besonders wünschenswert, weil die ebene Antenne sehr einfach als Teil einer Unterlage im Kran kenhausbett angebracht werden kann. Die Empfangsantenne befindet sich dann nahe am Patienten, so daß die Vorteile der magnetischen Kopplung mit niederfrequenten Signalen ausgenutzt werden können, ohne daß die Antenne störend wirkt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beige-

fügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Empfängeranordnung zur drahtlosen Patientenüberwachung;

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Int. Az.: Case 1910

Figur 2A zeigt die Verschaltung von vier Vorverstärkern zum Erzeugen einer resultierenden magnetischen Antenne, die entlang einer z-Achse orientiert ist, und Figur 2B zeigt den resultierenden magnetischen Fluß und die aus dieser Verschaltung entstehende Schleifenorientierung;

Figur 3A zeigt die Verschaltung von vier Vorverstärkern zum Erzeugen einer resultierenden magnetischen Antenne, die entlang einer y-Achse orientiert ist, und Figur 3B zeigt den resultierenden magnetischen Fluß und die aus dieser Verschaltung entstehende Schleifenorientierung;

Figur 4A zeigt die Verschaltung von vier Vorverstärkern zum Erzeugen einer resultierenden magnetischen Antenne, die entlang einer x-Achse ausgerichtet ist, und Figur B zeigt den resultierenden magnetischen Fluß und die aus dieser Verschaltung entstehende Schleifenorientierung; und

Figur 5 zeigt eine Anordnung zum Vielfachempfang. Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung sind vier Faradaysche Leiterschleifen 10, 12. 14 und 16 in 4 Quadranten 11, 13, 15 und 17 in einer Ebene 18 angeordnet, wobei die vier Quadranten durch eine in Nord-Süd-Richtung verlaufenden Linie 8 und eine in Ost-West-Richtung verlaufende Linie 9 bestimmt sind. Zur leichteren Bezugnahme auf die vier Quadranten seien die folgenden Bezeichnung eingeführt: der erste Quadrant 11 erstreckt sich im Uhrzeigersinn zwischen 6 Uhr und 9 Uhr, der zweite Quadrant 13 erstreckt sich im Uhrzeigersinn zwischen 9 Uhr und 12 Uhr, der dritte Quadrant 17 erstreckt sich im Uhrzeigersinn zwischen 12 Uhr und 3 Uhr, und der vierte Quadrant Ib erstreckt sich im Uhrzeigersinn zwischen 3 Uhr und 6 Uhr. Die Leiterschleifen sind in einer Ebene angeordnet, so daß sie in vorteilhafter Weise zur magnetischen Ankopplung an Überwachungssignale unter einer Unterlage in einem Krankenhausbett angeordnet werden können. Die Überwachungsignale können von einem am Körper eines Patienten angebrachten Sender abgestrahlt werden und physiologische Parameter wie die Vital parameter des Patienten, aber auch seine Position, Lage oder Bewegung anzeigen. Jede der Schleifen 10, 12, 14 und 16 ist mit einem jeweils zugeordneten

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Vorverstärker 20, 22, 24 und 26 verbunden, der zum Verstärken der empfangenen Signale für die weitere Verarbeitung dient. Die Ausgangssignale der Vorverstärker 20, 22, 24 und 26 werden dann wahlweise miteinander kombiniert. Das sich ergebende Signal von einer der Auswahl kombinationen ist äquivalent zu einem Signal, das von einer von drei gleichzeitig betriebenen, orthogonal zueinander entlang drei verschiedener Achsen ausgerichteten Antennen empfangen wird. Das resultierende Signal kann dann zur Auswertung übertragener Information beispielsweise über die Vita!parameter, die relative Bewegung oder die relative Position des Patienten ausgelesen werden.

Um ein Empfangssignal zu erhalten, welches äquivalent zu einem Signal von einer ersten Antenne ist, beispielsweise einer entlang der z-Achse orientierten Antenne, werden die nicht-invertierten (positiven) Ausgangssignal der Vorverstärker 20, 22, 24 und 26, die mit den 4 Leiterschleifen 10, 12, 14 und 16 der Ebene 8 vebunden sind, miteinander kombiniert wie in Figur 2A gezeigt. Weil die Signale aller Schleifen 10, 12, 14 und 16 addiert werden, ist das durch diese Kombination empfangene Signal äquivalent zu dem Signal einer resultierenden Schleifenantenne, deren magnetische Achse vertikal zu der Ebene 8 der

2ü Leiterschleifen 10, 12, 14 und 16 ausgerichtet ist, wie in Figur 2B gezeigt. Diese erste resultierende Antenne ist demnach entlang einer so definierten z-Achse ausgerichtet.

Werden die nicht-invertierten (positiven) Ausgangssignale der mit den Schleifen 10 und 12, welche den ersten und zweiten Quadranten einnehmen, verbundenen Vorverstärker 20, 22 mit den negativen Ausgangssignalen der mit den Schleifen 14 und 16, welche den dritten und vierten Quadranten einnehmen, verbundenen Vorverstärker 24, 26 kombiniert, wie in Figur 3A gezeigt, so ist das aus der Kombination entstehende Signal äquivalent zu einem Signal, das von einer entlang einer zweiten resultierenden Achse ausgerichteten Antenne empfangen ist. Der magnetische Fluß für diese zweite resultierende Achse geht von West nach Ost, wie in Figur 3B gezeigt. Die so festgelegte Ausrichtung ist als y-Achse definiert.

Um ein Signal zu erhalten, daß zu einem Signal von einer dritten resultierenden Antennenausrichtung äquivalent ist, werden die nichtinvertierten (positiven) Ausgangssignale der mit den im ersten und im vierten Quadrant angeordneten Schleifen verbundenen Vorverstärker 20

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und 24 mit den invertierten (negativen) Ausgangssignalen der mit den im zweiten und im dritten Quadranten angeordneten Schleifen verbundenen Vorverstärker 22 und 26 kombiniert, wie in Figur 4A gezeigt. Diese Kombination ergibt die größte Empfindlichkeit für magnetischen Fluß, der in Süd-Nord-Richtung in Bezug auf die Ebene 8 abgestrahlt wird, wie in Figur 4B gezeigt. Die so festgelegte Ausrichtung ist als x-Achse definiert.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, können durch Auswahl kombination der Ausgangssignale der Vorverstärker 20, 22, 24 und 26 Signale erzeugt werden, die zu mit 3 orthogonal orientierten Antennen erhaltenen Signalen äquivalent sind. Wegen der orthogonalen Ausrichtung der resultierenden Antennen wird mindestens eine der resultierenden Antennen stets ein übertragenes Signal empfangen. Die orthogonale Ausrichtung verhindert einen gleichzeitigen Null signal- Empfang in allen drei Antennen. Entsprechend überwindet dieses Verfah ren zur drahtlosen Patientenüberwachung einige der Nachteile bekannter drahtloser Patientenüberwachungssysteme.

Eine Weiterentwicklung der in Figur 1 gezeigten Anordnung besteht in der Anordnung für Vielfachempfang nach Figur 5. Die Signale "χ", "y" und "z", welche die resultierenden Ausgangssignale eines Satzes zueinander orthogonal ausgerichteter Antennen darstellen, werden jeweils mit einem Detektorschaltkreis 51, 52 und 53 nachgewiesen. Ein Vergleicherschaltkreis 54, der die Ausgangsignale der Detektorschaltkreise 51, 52 und 53 als Eingangssignale aufnimmt, stellt fest, wel- ches der resultierenden Signale "χ", "y" und "z" die größte Signalstärke oder Signalamplitude aufweist. Ein Steuersignal 56 der Vergleicherschaltung 54 steuert einen Ausgangsschalter 55 derart, daß der Schalter 55 das nachgewiesene Signal mit der größten Amplitude als Ausgangssignal der Anordnung weiterleitet.

Claims

Hewlett-Packard Company Int. Az.: Case 1910 il. November Ί 985 /gn PATENTANSPRÜCHE VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DRAHTLOSEN ÜBERWACHEN EINES PATIENTEN

1. Verfahren zum drahtlosen Überwachen eines Patienten, bei dem ein von einem am Patienten angebrachten Sender drahtlos abgestrahltes elektromagnetisches Signal durch einen Empfänger empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vermeiden von Empfangsausfall

das elektromagnetische Signal durch eine als Empfänger vorgesehene Anzahl elektrischer Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) empfangen wird, die eine im wesentlichen gemeinsame Ebene aufweisen, und

die in den Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) erzeugten Empfangssignale verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) in verschiedenen Quadranten (11, 13, 15, 17) der gemeinsamen Ebene angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale durch Auswahl kombination zu einem Informationssignal ("x", "y", "z") verarbeitet werden.

4. Vorrichtung zum Empfang eines elektromagnetischen Signals zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Vermeiden von Empfangsausfall

eine Anzahl elektrischer Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) vorgesehen ist, die eine im wesentlichen gemeinsame Ebene aufweisen, und von denen jede bei Anregung durch das elektromagnetische Signal jeweils ein erstes Signal erzeugt; weiterhin

für jede der Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) eine damit verbundene Empfangseinriciitung (20, 22, 24, 26) zum Empfangen des ersten Signals vorgesehen ist und

eine Anzahl von Kombinationseinrichtungen vorgesehen ist, von dene jede mit einer Anzahl der Empfangseinrichtungen verbunden und dazu eingerichtet ist, aus deren ersten Signalen ein resultierendes Informationssignal ("x", "y", "z") zu erzeugen, das einem von einer resultierenden Antenne (Fig. 2B, Fig. 3B, Fig. 4B) empfangenen Signal entspricht.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl elektrischer Leiterschleifen (10, 12, 14, 16) aus 4 Leiterschleifen besteht, und daß jede Leiterschleife (10, 12, 14, 16) jeweils für sich einem der 4 Quadranten (11, 13, 15, 17) der gemeinsamen

Ebene angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kombinationseinrichtung aus den zugeführten ersten Signalen ein Informationssignal ("x", "y"» "z") erzeugt, das gleichwertig ist zu einem Signal von einer von 3 orthogonal zueinander ausgerichteten resultierenden Antennen (Fig. 2B, Fig. 3B, Fig. 4B).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mit den Kombinationseinrichtungen verbundene Umschalteinrichtung (51-54, 56) zum Auswählen eines der Informationssignale ("x", "y"» "z") als Ausgangssignal.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umschalteinrichtung (51-54, 56) für jede der Kombinationseinrichtungen jeweils eine damit verbundene Detektoreinrichtung (51, 52, 53) zum Nachweis des Informationssignals ("x", "y"> "z") vorgesehen ist, und zum Bestimmen des stärksten der Informationssignale ("x", "y"» "z") eine mit den Detektoreinrichtungen (51-53) gekoppelte Vergleichseinrichtung (54) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, das stärkste Informationssignal ("x", "y"> "z") als Ausgangssignal auszuwählen (56).