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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zum Messen eines Drucksignals
aus einem lebenden Körper,
wobei die Messanordnung eine Sensoranordnung mit einem Umwandler
zum Umwandeln der Wirkung des aus dem Körper gemessenen Drucksignals
in ein elektrisches Signal und eine Druckübertragungsanordnung vor dem
Umwandler der Sensoranordnung aufweist.
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Die
Erfindung wird insbesondere bei handgelenkstragbaren Herzfrequenzmonitoren
verwendet, die mittels der Messanordnung das Druckpulssignal der
Handgelenksarterie messen und auf der Basis davon die Herzfrequenz
bestimmen. Ein anderer Anwendungsbereich ist die Druckpulsmessung,
bei der Blutdruckmessung erforderlich ist. Die Erfindung ist insbesondere
besonders für
eine Mehrkanalmessung geeignet, bei der die Sensoranordnung der Messanordnung
mehrere Messkanäle
aufweist.
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Bei
bekannten Messanordnungen ist in der Praxis der Umwandler in dem
Sensor flach und steht in direktem Kontakt mit der Haut. Der Messpunkt,
beispielsweise die Fläche
der Handgelenksarterie, ist jedoch eine Fläche, die es einem flachen Sensor
nicht ermöglicht,
sich gut genug auf die Haut zu setzen. Dieses Problem wird bei Mehrkanalsensoren
verstärkt,
bei denen der Sensor beträchtlich
breiter als bei Einkanalsensoren ist. Ein flacher Sensor hat auch den
Nachteil, dass es mit seiner Hilfe nicht möglich ist, das Signal mechanisch
zu verstärken,
das von der Arterie zum Signalumwandler übertragen wird. Somit ist der
Nachteil bei bekannten Messanordnungen die zu geringe Messempfindlichkeit.
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Die
in dem Dokument WO 98/42254 gezeigte Vorrichtung weist benachbarte
Kontaktabschnitte und ein piezoelektrisches Element für jeden
Kontaktabschnitt auf. Bei der WO 98/42254 basiert der Mechanismus
der Druckübertragungselemente
auf der Hebelwirkung. Die Kontaktabschnitte sind in einem gemeinsamen
Träger
zusammengefasst.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist somit ein Ziel der Erfindung, eine neue Messanordnung zu entwickeln,
wie sie im Anspruch 1 definiert ist, um so die Probleme und Nachteile,
die sich auf die bekannten Lösun gen
beziehen, zu verringern. Weitere Ausführungsformen der Erfindung
werden durch die Unteransprüche
abgedeckt.
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Zum
Erreichen des oben erwähnten
Ziels zeichnet sich die Messanordnung der Erfindung dadurch aus,
dass die Druckübertragungsanordnung ein
oder mehrere scheibenförmige
Druckübertragungselemente
aufweist, über
eines oder mehrere scheibenförmige
Druckelemente in einen direkten oder indirekten Kontakt mit dem
Körper
zum Erfassen des aus dem Körper
messbaren Drucksignals bringbar ist und über eines oder mehrere scheibenförmige Druckübertragungselemente
mit dem Umwandler verbunden ist, um die Wirkung des Drucksignals,
das in dem Körper
mit Hilfe eines oder mehrerer scheibenförmiger Druckübertragungselemente der
Druckübertragungsanordnung
erfasst wird, zu dem Umwandler der Sensoranordnung zu übertragen.
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Die
Idee der Erfindung basiert auf einer Druckübertragungsanordnung, die mit
Hilfe von einem oder mehreren Druckübertragungselementen ausgeführt wird,
sowie auf ihrer geeigneten Auslegung.
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Das
Verfahren und die Anordnung der Erfindung haben den Vorteil, dass
sich der Sensor besser als vorher an dem Messpunkt anordnen lässt, beispielsweise
an dem Handgelenk an der Handgelenksarterie. Die Erfindung hebt
auch in einer bestimmten Weise das, was als empfindliche Fläche des
Sensors bekannt ist, auf einen ausreichenden Abstand von dem Umwandler
in der Messanordnung und den anderen Anordnungen an, deren Funktion elektrische
Signale umfasst. Die empfindliche Fläche des Sensors, d. h. die
Druckübertragungselemente, befindet
sich auf der Oberfläche
der Messanordnung, während
die Anordnungen, deren Funktion elektrische Signale umfasst, tiefer
in der Vorrichtung und somit in einem Abstand von der Haut besser
geschützt
gegen Belastungen von der Funktionsumgebung gehalten werden. Zusätzlich stellt
eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung eine mechanische Verstärkung für die Wirkung
eines Drucksignals bereit, wobei die Wirkung von dem ersten Rand
des Druckübertragungselements
durch den zweiten Rand des Elements zu dem Signalumwandler übertragen
wird. Die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung betonen die Vorteile, die die Grunderfindung bereitstellt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe bevorzugter Ausführungsformen
und unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in
denen
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1 eine
Einkanal-Messanordnung mit einem kapazitiven Umwandler zeigt,
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2 eine
Darstellung ist, die das Prinzip einer Zweikanal-Messanordnung mit
einem kapazitiven Umwandler zeigt, wobei die Anordnungsteile voneinander
für die
Zwecke der Darstellung getrennt sind,
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3 eine
Darstellung ist, die das Prinzip der Anordnung eines Druckübertragungselements bezogen
auf die Handgelenksarterie zeigt,
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4 eine
in ein Armband integrierte Messanordnung zeigt,
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5 eine
Darstellung ist, die das Prinzip der Messanordnung angewendet auf
eine Herzfrequenzmessung zeigt,
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6 eine
Darstellung ist, die das Prinzip einer Messanordnung zum Messen
eines Druckpulses bei der Blutdruckmessung zeigt,
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7 ein
Druckpulssignal bei einer Blutdruckmessung und einen kompressiven
Wirkdruck zeigt,
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8 einen
ohmschen Umwandler gesehen von der Richtung der Druckübertragungsanordnung zeigt,
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9 die
Druckpulssignale von acht Kanälen
zeigt, und
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10 die
Freiräume
zwischen dem Druckübertragungselement
und dem Halteaufbau darstellt.
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INS EINZELNE
GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zum Messen eines Drucksignals
aus einem lebenden Körper 1.
In den Figuren ist der Körper durch
eine Hand 1 dargestellt, die eine Arterie 2 hat, beispielsweise
eine Handgelenksarterie. In 4 stellen
die Bezugszeichen 5 und 6 die Speiche und die
Elle dar. Insbesondere wird die Messanordnung zum Messen des Druckpulssignals
aus der Handgelenksarterie 2 verwendet. 9 zeigt
ein Druckpulssignal, das tatsächlich
die Druckpulssignale S1 bis S8 von acht Messkanälen C1 bis C8 aufweist.
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Die
Messanordnung hat eine Sensoranordnung 10, die einen Umwandler 11 aufweist,
um die Wirkung des Drucksignals, das aus dem Körper 1 gemessen wird,
in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Der Umwandler 11 ist
besonders bevorzugt ein kapazitiver Umwandler 11, wie in 1 oder
in einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ein ohmscher Umwandler 111 gemäß 8.
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Die
Figuren zeigen, dass die Messanordnung eine Druckübertragungsanordnung 30 vor
dem Umwandler 11 in der Sensoranordnung 10 aufweist, wobei
die Druckübertragungsanordnung ein
oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 hat. Bei
dem Beispiel von 2 gibt es zwei Druckübertragungselemente.
In den Beispielen von 3 bis 6 gibt es
acht Druckübertragungselemente.
Die Druckübertragungsanordnung 30 ist
gewissermaßen ein
Verbindungsstück
zwischen dem sensitiven Bereich der Messanordnung, d. h. dem Umwandler 11 und
dem Messungsziel 1, d. h. dem Körper 1.
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Die
Figuren zeigen, dass die Druckübertragungsanordnung 30 über eines
oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 in
direkten oder indirekten Kontakt mit dem Körper 1 zum Erfassen
des Drucksignals S1 bis S8 bringbar ist, das aus dem Körper 1,
beispielsweise von einer Arterie 2, messbar ist. Zusätzlich ist
die Druckübertragungsanordnung 30 über eines
oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 mit
dem Umwandler 11 zum Übertragen
der Wirkung in dem Körper 1 des
gemessenen Drucksignals zum Umwandler 11 in der Sensoranordnung 10 mit
Hilfe eines oder mehrerer Druckübertragungselemente 31 bis 38 der
Druckübertragungsanordnung 30 verbunden.
Bezüglich
des vorstehend erwähnten
indirekten Kontakts ist zu vermerken, dass in 1 ein
Staubschutz 15 oder eine andere Anordnung, die den Kontakt
indirekt macht, zwischen der Haut und der Druckübertragungsanordnung 30 angeordnet
werden kann.
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Auch
wenn mehrere Druckübertragungselemente,
beispielsweise alle acht Druckübertragungselemente 31 bis 38 gleichzeitig
in Kontakt mit dem Körper 1 zur
Erfassung des Druckpulses der Arterie 2 stehen können, ist
natürlich
klar, dass alle Druckübertragungselemente 31 bis 38 nicht
notwendigerweise einen Druckpuls erfassen und somit eine Wirkung zum
Wandler 11 nicht übertragen
können.
Eine solche Situation kann entstehen, wenn in der Nähe einiger
Druckübertragungselemente
in dem Körper 1 kein
Druckpuls für
die Übertragung
auf ein Druckübertragungselement
stark genug ist. Beispielsweise kann es vorkommen, dass drei oder
vier Druckübertragungselemente
sich zu dem Umwandler 11 hin bewegen und die restlichen
fünf oder
vier Elemente sich nicht bewegen, da das Drucksignal an ihrer Stelle
in dem Körper
zu schwach ist, um die Bewegung der fraglichen Druckübertragungselemente
zum Umwandler 11 zu erzeugen. In den Kanälen C3 bis
C5 von 9 sind die Signale S3 bis S5 ziemlich stark und
bewirken somit, dass die Druckübertragungselemente 33 bis 35 die
Signale S3 bis S5 erfassen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
von 1 und 2 sowie 5 und 6 ist
der Umwandler 11 in der Sensoranordnung, mit dem die Druckübertragungsanordnung 30 verbunden
ist, ein kapazitiver Umwandler 11, dessen Kapazität sich entsprechend
dem Druck ändert,
der von der Druckübertragungsanordnung 30 zu
dem Umwandler 30 übertragen
wird. Ein kapazitiver Umwandler 11 ist besonders bevorzugt
so ausgeführt,
dass er eine leitende Grundfläche 20, eine
oder mehrere leitende Signalausgänge 21 bis 28 und
einen Zwischenteil 29 zwischen der Grundfläche 29 und
den Signalausgängen 21 und 28 hat.
Der Aufbau ist somit im Prinzip ähnlich
dem eines Kondensators, d. h. ein Zwischenteil 29, das
besonders bevorzugt aus einem dielektrischen Material hergestellt
ist, wird zwischen zwei leitenden Flächen angeordnet, d. h. der
Grundfläche 20 und
den Signalausgängen 21 und 28.
Der Zwischenteil 29 sollte bei dieser Anwendung kollabierbar
sein, um die Bewegung der Druckübertragungselemente 31 bis 38 zu
den Signalausgängen
zu ermöglichen. Wenn
beispielsweise das Druckübertragungselement 31 sich
zu dem Umwandler 11 hin bewegt, wird die Entfernung zwischen
der Grundfläche 20 und dem
Signalausgang 21 kürzer,
was die Kapazität
des Umwandlers 11 verändert.
Die fragliche Kapazitätsänderung ähnelt dem
in der Schaltung fließenden Strom,
der durch die Grundfläche 20 und
den Signalausgang 21 hindurch geht, wobei die Stromänderung in
der Vorrichtung erfasst wird, beispielsweise in den Blöcken 400 (5)
oder in den Blöcken 500 und 800 (6).
Bei dem Rest der Druckübertragungselemente 32 bis 38 und
den entsprechenden Signalausgängen 22 bis 28 ist
die Funktion ähnlich.
Die Signalausgänge 21 bis 28 sind
leitende Bereiche, die auf der Oberfläche einer Platte 18 gebildet
werden, beispielsweise einer Leiterplatte 18 oder einer
anderen geeigneten Platte 18, wie es in den 1 und 2 sowie 5 und 6 gezeigt
ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
zeigt, dass die Druckübertragungsanordnung 30, 31 bis 38 mit
dem Umwandler durch die Grundfläche 20 des Umwandlers 11 verbunden
ist.
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Der
Umwandler 11, beispielsweise ein kapazitiver Umwandler 11,
kann ein Umwandler in PVDF-Bauweise (Polyvinyldifluorid) basierend
auf einem piezoelektrischen Effekt sein oder der Umwandler 11 kann
ein EMF-Umwandler (elektromechanischer Film) basierend auf einem
Elektretfilm sein, da diese keine Leistungszuführung erfordern, da Piezo- oder
EMF-Elemente ihre
eigene elektrische Ladung haben. Der Zwischenteil 29 eines
kapazitiven Umwandlers 11 kann somit besonders bevorzugt
piezoelektrisch oder ferrodielektrisch (EMF) sein.
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Der
oben aufgezeigte Umwandler 11 ist somit kapazitiv. Alternativ
kann die Messanordnung wie in 8 aufgebaut
sein, d. h. der Umwandler 111, der eine Sensoranordnung
aufweist, mit der die Druckübertragungsanordnung 30 verbunden
ist, ist ein ohmscher Umwandler 111, dessen ohmscher Widerstand
sich entsprechend dem Druck ändert,
der von der Druckübertragungsanordnung 30, 31 bis 38 zu
dem Umwandler übertragen
wird. Die Funktion des ohmschen Umwandlers basiert auf der Tatsache, dass
die Druckübertragungselemente 31 bis 38 auf den
flexiblen ohmschen Umwandler 111 drücken, ihn biegen und demzufolge
aufgrund der Biegung sich sein Widerstand ändert. Die Änderung des Widerstands ändert das elektrische
Signal, das vom Umwandler 111 empfangen wird. In 9 hat
der ohmsche Umwandler 111 ohmsche Elemente 121 bis 128,
deren Zahl der der Druckübertragungselemente 31 bis 38,
d. h. der Druckpulsübertragungselemente 31 bis 38 entspricht,
und die mit den Druckübertragungselementen 31 bis 38 gepaart
sind, d. h. das Druckübertragungselement 31 ist
beispielsweise so angeordnet, dass es auf das ohmsche Element 121 drückt, so
dass sich das ohmsche Elemente 121 biegt und seinen Widerstand
verändert
und dadurch eine Stromänderung
verursacht, die dann erfasst wird. Die Änderung des Stroms zeigt an,
ob ein Druckpuls vorhanden war und wie stark er war. Die ohmschen
Elemente 121 bis 128 sind Signalausgänge wie
die Signalausgänge 21 bis 28 des
kapazitiven Sensors. Die Druckübertragungselemente 31 bis 38 sitzen
an den spitzen Bereichen der ohmschen Elemente 121 bis 128,
d. h. die Bewegung der Druckübertragungselemente 31 bis 38 wird
auf die spitzen Bereiche gerichtet. In 8 sind die
freien Enden der horizontalen Leiter der ohmschen Elemente 121 bis 128 in
der Praxis mit einem Filter 401 oder 701 verbunden,
wie es in 5 oder 6 gezeigt
ist. Die Signalausgänge 121 bis 128 bestehen
aus einer ohmschen Beschichtung oder aus einem ohmschen Leiter auf
der Oberfläche
der Platte 130, beispielsweise einer Leiterplatte oder
dergleichen.
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Durch
geeignete Auslegung der Druckübertragungselemente 31 bis 38 wird
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine noch bessere Funktion erreicht. Als A1 soll der
Oberflächenbereich
der Fläche,
die in Kontakt mit dem Körper 1 sein soll,
in dem Druckübertragungselement 31 und
mit A2 soll der Oberflächenbereich
der Fläche
markiert werden, der in Kontakt mit dem Umwandler 11 bei dem
gleichen Druckübertragungselement
steht. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
zeigen die Figuren, beispielsweise 1, beispielsweise
für das
Druckübertragungselement 31,
dass bei einer bevorzugten Ausgestaltung bei einem oder mehreren Druckübertragungselementen 31 bis 38 der
Oberflächenbereich
A1 für
den Kontakt mit dem Körper 1, der
das Drucksignal des Körpers 1 messen
soll, größer ist
als der Oberflächenbereich
A2 für
den Kontakt mit dem Umwandler 11 in dem gleichen Druckübertragungselement 31,
der die Drucksignalwirkung zu dem Umwandler 11 überträgt. Dies
ergibt eine mechanische Verstärkung
des Signals, d. h. ein schwaches durch den größeren Oberflächenbereich
A1 zu einem Druckübertragungselement,
beispielsweise dem Druckübertragungselement 31, übertragenes Druckpulssignal,
wird durch den kleineren Oberflächenbereich
A2 auf den Umwandler 11 verstärkt im Verhältnis A1/A2 übertragen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Druckübertragungselement, d.
h. auch die Druckübertragungselemente 32 bis 38, in
seinem entsprechenden Oberflächenbereich
A1, A2 ähnlich
dem Druckübertragungselement 31.
Somit ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Oberflächenbereich
A1 für
den Kontakt mit dem Körper 1 in
jedem Druckübertragungselement 31 bis 38 größer als
der Oberflächenbereich
A2 für
den Kontakt mit dem Umwandler 11. Wie die Anmelderin gefunden
hat, wird eine ausreichende Verstärkungswirkung erreicht, wenn
bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Oberflächenbereich A1 der Fläche für den Kontakt
mit dem Körper 1 wenigstens
um 20% größer ist
als der Oberflächenbereich
A2 der Fläche
für den Kontakt
mit dem Umwandler 11 bei dem gleichen Druckübertragungselement.
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Um
die Sensoranordnung 10 so zu gestalten, dass die sensitive
Oberfläche
für den
Kontakt mit dem Körper 1,
d. h. die äußere Oberfläche der
Druckübertragungsanordnung 30, 31 bis 38,
so gestaltet werden kann, dass sie sich weit genug nach außen erstreckt,
und um andererseits die Bauelemente das Messsignal an einer geschützten Stelle
innerhalb der Messanordnung weiter verarbeiten zu lassen, muss gemäß 1 die
Anordnung einer bevorzugten Ausgestaltung so beschaffen sein, dass
die Erstreckung H der Druckübertragungsanordnung 30,
die ein oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 aufweist
und vor dem Umwandler 11 zwischen dem Bereich für den Kontakt
mit dem Körper 1 und
dem Bereich für
den Kontakt für
den Umwandler 11 angeordnet ist, wenigstens das Dreifache
bezogen auf die Dicke J des Umwandlers beträgt. Zu vermerken ist, dass
die Dicke des Umwandlers 11 sich auf die Entfernung der
inneren Oberfläche
der Grundfläche 20 (die
untere Fläche
der Grundfläche
in 1) von der Fläche
des Signalausgangs aus, beispielsweise von dem Signalausgang 21 aus,
bezieht. Die als Platte für die
Signalausgänge 21 bis 28 verwendete
Leiterplatte ist nicht in die Dicke des Umwandlers 11 eingerechnet.
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In
Bezug auf die Erstreckung ist zu vermerken, dass bei einer bevorzugten
Ausgestaltung die Erstreckung H der Druckübertragungsanordnung 30, die
ein oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 aufweist
und vor dem Umwandler angeordnet ist, wenigstens einen Millimeter
in der Richtung zwischen der Oberfläche für den Kontakt mit dem Körper 1,
d. h. der äußeren Oberfläche, und
dem Umwandler 11 beträgt.
Die Erstreckung H ist gewissermaßen die Höhe H der Druckübertragungsanordnung,
wie es in 1 zu sehen ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Messanordnung Mehrfachkanäle und demzufolge hat die Druckübertragungsanordnung
zwei oder mehr Druckübertragungselemente 31 bis 38 zum Übertragen
der Wirkung eines Drucksignals, das aus dem Körper messbar ist, zu dem Umwandler.
In 2 gibt es zwei Druckübertragungselemente, d. h. die
Elemente 31 und 32, die jedoch praktischere Version
in den 3 bis 6 hat noch mehr Druckübertragungselemente,
beispielsweise acht, d. h. Elemente 31 bis 38.
Die 1 und 2 sowie 5 und 6 zeigen,
dass der Umwandler 11 kanalspezifische leitende Signalausgänge 21 bis 28 hat,
wobei jeder Signalausgang 21 bis 28 ein Paar mit
dem entsprechenden Druckübertragungselement 31 bis 38 bildet.
In 1 und 2 sind die Signalausgänge 21 und 22 die
zweiten Elektroden des Umwandlers, durch die die elektrischen Messsignale übertragen werden und
von denen die Messsignale für
die weitere Verarbeitung erhalten werden. 8 betrifft
Signalausgänge 121 bis 128,
die ohmsche Elemente gepaart mit Druckübertragungselementen 31 bis 38 sind.
Somit kann in der Praxis die Wirkung der Bewegung beispielsweise
des Druckübertragungselements 31 auf
den Umwandler durch das elektrische Signal erfasst werden, das von
dem Signalelement 21 empfangen wird. Das elektrische Signal
wird in Beziehung zu der Grundfläche 20 gemessen.
Die ohmschen Elemente 121 bis 128, die in 8 als
Signalausgänge 121 bis 128 wirken, ändern die
Größe des elektrischen
Stroms, der durch jedes ohmsche Element 121 bis 128 fließt.
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Wie
in 3 bis 6 gezeigt ist, ist die Mehrkanalsensoranordnung
quer zur Arterie 2 angeordnet, um zu gewährleisten,
dass der Druckpuls der Arterie erfasst wird. Zu vermerken ist, dass
die Druckübertragungselemente 31 bis 38 besonders bevorzugt
zueinander benachbart angeordnet sind, um eine geringe Größe und eine
gute Messzuverlässigkeit
zu erhalten. Wie in 4 gezeigt ist, sollte die besonders
bevorzugte Anordnung so gestaltet sein, dass die von den benachbarten
Druckübertragungselementen 31 bis 38 gebildete
Oberfläche
für den Kontakt
mit dem Körper 1 gekrümmt ist,
weil dadurch die Oberseite der Druckübertragungsanordnung gewissermaßen in die
Haut 1 einsinkt, wodurch eine gute Kompression erreicht
wird. Es ist ersichtlich, dass die Druckübertragungselemente 31 bis 38 besonders
bevorzugt parallel sind, was die Bewegungen der Druckübertragungselemente 31 bis 38 zu dem
Umwandler 11 hin und die Rückwärtsbewegung einseitig gerichtet
macht, was nicht viel Raum erfordert.
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Gemäß 1 und 2 ist
eine besonders bevorzugte Anordnung so gestaltet, dass die Oberfläche für den Kontakt
mit dem Körper 1 bei
einem oder mehreren Druckübertragungselementen 31 bis 38 so
beschaffen ist, dass die Oberfläche
des Druckübertragungselements,
beispielsweise des Elements 31 in dem Mittelbereich C des
Druckübertragungselements 31 weiter
außen
liegt als an den Seiten E1, E2, wodurch die Oberfläche des
Druckübertragungselements 31 gekrümmt wird.
Diese Ausgestaltung verbessert ebenfalls die Fähigkeit des Druckübertragungselements
zum Andrücken
an den Körper.
Insbesondere sind ein oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 in
der Druckübertragungsanordnung 30 scheibenförmig, da
es bei dieser Form leicht und sehr einfach ist, die oben erwähnten bevorzugten
Ausgestaltungen zu erreichen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß 1 und 2 sowie 11 hat die Messanordnung eine Trägeranordnung 200,
an der ein oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 der Druckübertragungsanordnung
gehalten sind. Die Bewegung der Druckübertragungselemente 31 bis 38 kann
leicht mit Hilfe der Trägeranordnung
ermöglicht werden.
Zwi schen der Trägeranordnung 200 und
einem oder mehreren Druckübertragungselementen 31 bis 38 hat
die Messanordnung einen Träger,
der die Bewegung eines oder mehrerer Druckübertragungselemente der Druckübertragungsanordnung
zu dem Umwandler hin ermöglicht,
wenn das Druckübertragungselement
ein Drucksignal erfasst hat. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
hat die Mehrkanal-Messanordnung eine Trägeranordnung 200,
an der zwei oder mehrere Druckübertragungselemente der
Druckübertragungsanordnung
gehalten sind. Zwischen der Trägeranordnung 200 und
den Druckübertragungselementen
hat die Messanordnung Träger,
die eine Bewegung zulassen, die, nachdem das Drucksignal erfasst
worden ist, sowohl die Bewegung von einem oder mehreren Druckübertragungselementen
zu dem Umwandler hin als auch die Bewegung der Druckübertragungselemente 31 bis 38 zwischen
einander in der Richtung zwischen dem Körper 1 und dem Umwandler 2 ermöglicht.
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Zu
vermerken ist, dass gemäß 2 und 10 zur
Ausführung
des Trägers,
der die Bewegung des Druckübertragungselements,
beispielsweise des Elements 31 ermöglicht, die Messanordnung ein
oder mehrere freie Räume 52 zwischen
der Trägeranordnung 200 und
einem oder mehreren Druckübertragungselementen
hat. Der freie Raum beträgt besonders
bevorzugt wenigstens 0,01 mm, um eine ausreichende Bewegung zu ermöglichen.
Die Trägeranordnung 200 hat
eine Fassung 260 für
ein oder mehrere Druckübertragungselemente
der Druckübertragungsanordnung.
Der freie Raum 250 ist in der Trägeranordnung zwischen dem Druckübertragungselement 31 und
der Fassung 260 der Trägeranordnung 200 vorhanden.
Die Fassung 260 bezieht sich auf den Raum in der Trägeranordnung 200,
wo sich das Druckübertragungselement
befindet. In der Fassung 260 gibt es eine Öffnung sowohl
auf der Seite des Körpers 1 als
auch auf der Seite des Umwandlers 11, so dass das Drucksignal
der Arterie 2 das Druckübertragungselement 31 zum
Umwandler 11 hin bewegen kann und seine Rückkehrbewegung möglich ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind ein oder mehrere Druckübertragungselemente 31 bis 38 aus
einem Isoliermaterial hergestellt, das verhindert, dass die Haut
in Kontakt mit elektrischen Signalen kommt.
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Wie
früher
erwähnt,
dient die Messanordnung der Erfindung zum Messen eines Druckpulses einer
Arterie 2 aus dem menschlichen Körper 1.
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Was
die Anwendungsbereiche der Erfindung angeht, ist der Hauptanwendungsbereich
derjenige von früheren
Patenten und Patentanmeldungen der Anmelderin, d. h. Personal-Herzfrequenzmonitore geringer
Größe für die Verwendung
am Handgelenk. Die Messanordnung in 5 lässt sich
in einem Herzfrequenzmonitor verwenden, der am Handgelenk oder an
einer anderen Stelle einer Person befestigt wird. Das in 4 gezeigte
Handgelenk ist mit dem Bezugszeichen 350 markiert.
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Bei
der fraglichen Anordnung messen die Druckübertragungsanordnung 30, 31 bis 38 und
der Umwandler 11, 111 einen Druckpuls einer Arterie 2 in dem
Körper 1 und
auf der Basis davon kann der Herzfrequenzwert berechnet werden.
Die Messanordnung dient dann zum Messen eines Druckpulses einer
Arterie 2 aus dem menschlichen Körper 1. Wie in 5 gezeigt
ist, hat die Messanordnung auch Bestimmungseinrichtungen 400,
die mit dem Umwandler 111 zum Bestimmen des Herzfrequenzwertes
auf der Basis der Druckpulsmessung der Arterie 2 verbunden
ist. Vor der Bestimmungseinrichtung 400 für den Herzfrequenzwert
kann eine an sich bekannte Signalverarbeitungseinrichtung oder eine
andere Signalverarbeitungseinrichtung, beispielsweise ein Filter 401,
ein Verstärker 402 und
ein A/D-Umwandler 403 angeordnet werden. Zur Vereinfachung
ist in 2 nur der Verstärker 402 gezeigt,
und aus dem gleichen Grund ist er nur verbunden mit dem Signalausgang 31 gezeigt.
Es ist jedoch anzumerken, dass die Verstärker und Filter auf Signale
aller Kanäle
einwirken.
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Das
Filter 401 in 5 ist ein Bandfilter. Der Durchlassbereich
eines Bandfilters ist beispielsweise besonders bevorzugt im Bereich
von 1 bis 10 Hz.
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In 5 bilden
das Filter 401 und der Verstärker 402 eine Analogvorstufe.
In 4 und 5 hat die Messanordnung auch
eine Anzeige 10, die mit der Bestimmungseinrichtung 400 zum
Anzeigen des Herzfrequenzwerts verbunden ist. Bei einer Ausführung berechnet
die Bestimmungseinrichtung 400 die Anzahl der empfangenen
Druckpulse über
eine Zeiteinheit und gibt den Herzfrequenzwert auf der Anzeige 410 an.
Bei einer anderen Ausführung
misst die Bestimmungseinrichtung 400 die Zeitschlitze zwischen
aufeinander folgenden Druckpulsen und berechnet die Herzfrequenz
auf der Basis der erhaltenen Informationen, wobei die Herzfrequenz
dann an der Anzeige 410 gezeigt wird. Zusätzlich ist
die Bestimmungseinrichtung 400 mit einer Speichereinheit 411 und
einem Übertragungswert 412,
beispielsweise einem RS-232-Zwischenglied verbunden, über das
die Herzfrequenzinformation zu einer Leseeinrichtung und beispielsweise
auf einen PC übertragen werden
kann. Natürlich
kann der Übertragungsweg 412 auch
für die
Datenübertragung
in entgegengesetzter Richtung verwendet werden.
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6 zeigt
eine bevorzugte Ausgestaltung für
die Blutdruckmessung. Die Messanordnung dient zur Messung eines
Druckpulses einer Arterie aus dem menschlichen Körper 1. Die Messanordnung
hat auch eine Pulsstärken-Bestimmungseinrichtung 100, die
mit dem Umwandler 11 verbunden ist, um die Stärke des
Druckpulses einer Arterie 2 zu bestimmen. Zu sätzlich hat
die Messanordnung einen Sensor 101, der die Größe des aktiven
Drucks misst, der von einem Druckerzeuger 600 erzeugt wird,
wobei der Sensor eine Drahtverbindung oder drahtlose Verbindung 602 mit
der Messanordnung hat, was bei dieser Anordnung als Teil der Messanordnung
gesehen werden kann. Der aktive Druck bezieht sich auf den Druck,
der auf die Vene drückt,
dass sie schließt. Bei
einem ausreichenden aktiven Druck hört der Druckpuls auf, d. h.
die Druckübertragungseinrichtungen 31 bis 38 erfassen
keinen Druckpuls und es geht kein Messsignal zum Block 500.
Wenn die Größe des aktiven
Drucks geringer wird, d. h. wenn der Druck vom Druckerzeuger gesenkt
wird, beginnt das Blut wieder zu fließen und die Druckübertragungsanordnung 31 bis 38 erzeugt
ein Signal über
den Umwandler 11, 111 zum Block 500,
der dann die Größe des Druckpulses
bestimmt. Der Druckerzeuger 600 hat beispielsweise eine
Druckmanschette 600 und weist eine Druckpumpe 600a und
eine Druckleitung 600b auf, mit deren Hilfe der Druck aus
der Druckpumpe 600a zur Manschette 600 übertragen
wird.
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Bei
der Ausführung
von 6 hat die Messanordnung einen Filter 701,
einen Verstärker 702, einen
AID-Wandler 703, eine Anzeige 710, eine Speichereinheit 711 und
eventuell einen Datenübertragungsweg 712,
beispielsweise ein RS-Zwischenglied 712. Für ihre Ausführung wird
Bezug auf die entsprechenden Blöcke
in 5 genommen.
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Der
Wert des von dem Druckerzeuger 600 erzeugten aktiven Drucks
oder die Information, aus dem der Wert des aktiven Drucks berechnet
werden kann, wird von dem Sensor 601 zu der Messanordnung über das
RS-323-Zwischenglied 712 über eine andere Draht- oder
drahtlose Datenübertragungsverbindung übertragen.
Das fragliche Übertragungszwischenglied
ist mit dem Bezugszeichen 602 markiert. Das Übertragungszwischenglied 602 kann
beispielsweise auf einer induktiven Verbindung zwischen den Blöcken 601 und 712 beruhen,
die auf einer Resonanzschaltung basiert, die mittels Spulen und
Kondensatoren ausgeführt
sind, was jedoch nicht im Einzelnen beschrieben zu werden braucht.
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Die
Messanordnung in 6 hat auch eine Blutdruck-Bestimmungseinrichtung 800,
die mit der Druckpulsstärke-Bestimmungseinrichtung 500 verbunden
ist. Die Blutdruck-Bestimmungseinrichtung empfängt auch
Informationen über
die Größe des aktiven
Drucks durch das Zwischenglied 712, 602 aus dem
Sensor 601. Gesteuert von der Druckpulsstärke-Bestimmungseinrichtung 500 bestimmt
die Blutdruck-Bestimmungseinrichtung 800 auf der Basis des
Signals aus dem Sensor 601, das die Größe des aktiven Drucks misst,
den Blutdruckwert, der dann auf der Anzeige 710 der Messanordnung
angezeigt wird. In Bezug auf 6 und 7 ist
anzumerken, dass, wenn das Signal der Druckpulsstärken-Bestimmungseinrichtung 500 abzunehmen
beginnt, die Blutdruck-Bestimmungseinrichtung 800 bestimmt,
d. h. findet heraus, dass der diastolische Druckwert PDIAS derjenige
des gegenwärtig
aktiven Drucks ist, der aus dem Sensor 601 empfangen wird.
Dementsprechend bestimmt, wenn die Signalamplitude der Druckpulsstärke-Bestimmungseinrichtung 500 niedrig
genug wird oder nicht länger
erfasst wird oder sich einem Grenzwert nahe Null annähert, die
Blutdruck-Bestimmungseinrichtung 800, d. h. findet heraus,
dass der systolische Druckwert PSYS derjenige des gegenwärtig aktiven
Drucks ist, der von dem Sensor 601 empfangen wird.
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Unter
Bezugnahme auf 6 und 7 ist anzumerken,
dass der variable aktive Druck ein ansteigender aktiver Druck ist.
In diesem Fall wird die Blutdruckmessung ausgeführt, wenn der aktive Druck
durch den Druckerzeuger 600 erhöht wird. Die Messung während eines
ansteigenden Drucks ist für die
Person bequemer, deren Blutdruck gemessen wird, da der aktive Druck
nicht zu hoch angehoben zu werden braucht. Es ergibt sich dann die
Situation, dass bei einer Messung, die während eines ansteigenden aktiven
Drucks gemacht wird, der diastolische Druck PDIAS auf der Basis
des aktiven Drucks bestimmt wird, der vorherrscht, wenn während der Druckpulsmessung,
beispielsweise der Messung seiner Amplitude, von den Blöcken 500 und 600 erfasst wird,
dass die Größe des Druckpulses,
d. h. beispielsweise seine Amplitude, abzunehmen beginnt. Dementsprechend
wird die Bestimmung des systolischen Drucks PSYS auf der Basis des
aktiven Drucks ausgeführt,
der vorherrscht, wenn während der
Druckpulsmessung, beispielsweise der Messung seiner Amplitude, in
den Blöcken 500 und 800 erfasst wird,
dass die Abnahme der Amplitude des Druckpulses aufhört.
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Unter
Bezug auf 7 wird genauer gesagt das Verfahren
besonders bevorzugt, bei welchem bei einer Messung, die während eines
steigenden aktiven Drucks ausgeführt
wird, die Bestimmung des diastolischen Drucks PDIAS auf der Basis
des aktiven Drucks ausgeführt
wird, der vorherrscht, wenn während
der Druckpulsmessung, beispielsweise der Messung seiner Amplitude,
erfasst wird, dass der im Wesentlichen standardisierte Wert des
Druckpulses, beispielsweise die standardisierte Amplitude, im Wesentlichen
direkt linear abzunehmen beginnt. In 7 ist der
standardisierte Amplitudenbereich mit SA markiert, während der
lineare Bereich mit L markiert ist. Dementsprechend wird die Bestimmung
des systolischen Drucks PSYS auf der Basis des aktiven Drucks ausgeführt, der
vorherrscht, wenn während der
Druckpulsamplitudenmessung erfasst wird, dass die Abnahme der im
Wesentlichen direkt linear abnehmenden Druckpulsamplitude endet
und ihren Minimumwert AMIN erreicht, der im Wesentlichen Null entspricht.
Die Erfassung eines solchen Punktes ist mit Hilfe der Pulsstärken-Bestimmungseinrichtung 500 leichter
und zusätzlich
wird eine genauere Messung erreicht.
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Die
Herzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 400, die Pulsstärken-Bestimmungseinrichtung 500 und
die Blutdruck-Bestimmungseinrichtung 800 können von
einem programmierbaren Prozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten
Schaltung, gesonderten Bauelementen oder durch das, was als Composite
Technologie bekannt ist, ausgeführt
werden. Die Composite Technologie bezieht sich auf eine Kombination
von zwei oder mehreren der oben erwähnten Technologien. Die vorstehenden
Ausführungsalternativen
lassen sich auch bei dem Filter 401 und dem Verstärker 402 anwenden,
bei denen nach Meinung der Anmelderin die ASIC-Ausführung besonders
gut ist, jedoch die Verwendung fakultativer Verstärker, Widerstände und
Kondensatoren ebenfalls eine Möglichkeit
ist. Die Anzeige 410 kann beispielsweise eine Matrixanzeige
sein.
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In 6 kann
die Ausführung
der Blöcke 701 bis 702 sowie 710 bis 712 ganz ähnlich zu
der der Blöcke 401 bis 402 sowie 410 bis 412 in 5 sein. Der
bedeutendste Unterschied besteht in den Blöcken 500 und 800 verglichen
mit Block 400, da der Block 500 im Vergleich zum
Block 400 in der Lage sein muss, die Größe des Druckpulssignals zu
jedem Zeitpunkt herauszufinden anstatt oder zusätzlich zur alleinigen Berechnung
der Anzahl von Pulsen (oder der Längen der Zeitschlitze zischen
den Pulsen). Ebenso muss der Block 800 in der Lage sein,
zu interpretieren, was die Änderung
der Ausgangsinformation aus dem Block 500 bedeutet. Die
Funktion des Blocks 800 wird somit durch Regeln gesteuert, die
gemäß 7 anzeigen,
was jede Änderung
der Ausgangsinformation aus dem Block 500 bedeutet. 5 und 6 zeigen,
dass der Umwandler 11 mit dem Filter 401/701 verbunden
ist, indem das Signal gefiltert wird. Das Filter 401/701 ist
auch mit dem Verstärker 402/702 verbunden,
der das gefilterte Signal verstärkt.
Der Verstärker 402/702 ist
auch mit dem A/D-Wandler 403/703 verbunden, der
das Signal von analog in digital umwandelt. Der A/D-Wandler ist auch
mit dem Prozessor 400/500/800 verbunden. Wie
bei 4 und 5 gilt auch für 4 und 6,
dass bei einer bevorzugten Ausführung
die Messanordnung zur Verwendung bei einem Blutdruckmesser dient,
der am Handgelenk oder einer anderen Stelle einer Person befestigt
ist. Das in 4 gezeigte Armband ist mit dem
Bezugszeichen 350 versehen.
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Gemäß 4 kann
die Platte 18, beispielsweise eine Leiterplatte, zweiseitig
gestaltet sein, so dass die Signalausgänge 21 bis 28 sich
auf einer Seite und die Blöcke 400 bis 403 und 410 bis 412 sich auf
der anderen Seite der Platte 18 befinden. Das gleiche gilt
für die
Blöcke 701 bis 703 und 710 bis 712 sowie 800 des
Blutdruckmessers. In 4 sind die Blöcke 400 bis 403 und 411 bis 412 von 5 oder andererseits
die Blöcke 701 bis 703 sowie 711 und 712 und 800 von 6 einfach
mit EL bezeichnet. Das Gehäuse
des Herzfrequenzmonitors oder des Blutdruckmessers ist mit dem Bezugszeichen 900 versehen.
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Für den Fachmann
ist offensichtlich, dass mit dem Fortschritt der Technologie die
Grundidee der Erfindung auf viele unterschiedliche Weisen ausgeführt werden
kann. Die Erfindung und ihre Ausgestaltungen sind somit nicht auf
die obigen Beispiele begrenzt, sondern können innerhalb des Rahmens
der Ansprüche
variieren.