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Die
Erfindung betrifft ein System zum Überwachen eines Zustands eines
Benutzers, wobei das System Folgendes umfasst:
- – Sensormittel,
die ausgebildet sind, in einer Umgebung eines Zielvolumens des Benutzers
platziert zu werden, um Informationen zu detektieren, die für den Zustand
des Benutzers repräsentativ sind,
wobei die Sensormittel als Resonanzschaltung ausgebildete magnetische
Mittel umfassen, wobei die magnetischen Mittel ausgebildet sind,
in dem genannten Zielvolumen ein oszillierendes Magnetfeld zu induzieren,
- – Leistungszufuhrmittel,
die mit den genannten magnetischen Mitteln verbunden werden können, wobei
die Leistungszufuhrmittel ausgebildet sind, ein Signal bereitzustellen,
das für
einen Leistungsverlust der genannten Resonanzschaltung beim Anlegen
des oszillierenden Magnetfeldes an das Zielvolumen charakteristisch
ist,
- – Detektionsmittel,
die von den genannten Sensormitteln betätigt werden können, wobei
die Detektionsmittel ausgebildet sind, das genannte Signal zu verarbeiten,
um die genannten Informationen abzuleiten,
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Die
Erfindung betrifft weiterhin noch Sensormittel.
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Ein
System der eingangs erwähnten
Art ist aus
WO 99/07281 bekannt.
Das bekannte System ist ausgebildet, eine elektrische Leitfähigkeit
in einem zu untersuchenden Volumen mittels Anlegen eines oszillierenden
Magnetfeldes an das genannte Volumen zu messen. Falls das zu untersuchende
Volumen einen Leiter umfasst, werden in dem genannten Volumen entsprechend
den Prinzipien der elektromagnetischen Induktion Wirbelströme erzeugt.
Ein Leistungsverlust aufgrund der in dem Leiter induzierten Wirbelströme ist ein
Maß für die Leitfähigkeit
in dem Volumen. Eine Ausführungsform
des bekannten Systems ist ausgebildet, die Leitfähigkeit in einem Volumen eines
lebenden Organismus zu messen. Hierzu ist das System mit zumindest
einer leitfähigen
Spule versehen, die so bemessen ist, dass sie über den Körper einer Person passt, einem
mit der leitfähigen Spule
verbundenen Oszillator, ausgebildet als Resonanzschaltung, einer
Impedanzmessschaltung, die ausgebildet ist, ein mit einem Leistungsverlust
der genannten Resonanzschaltung zusammenhän gendes Signal bereitzustellen,
wenn sie auf den lebenden Organismus angewendet wird. Um die leitfähige Spule
um den Körper
der Person herum anzubringen, ist das bekannte System mit einem
starren Manschettenträger
versehen. Die Leiter des bekannten Systems sind mittels mechanischer
Verbinder an dem Manschettenträger
befestigt. Bei einer anderen Ausführungsform des bekannten Systems
liegt die leitfähige
Spule sandwichartig zwischen einer Innenmanschette und einer Außenmanschette,
um die Person vor harten Rändern
der Außenmanschette
zu schützen.
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Andere
Mess- oder Überwachungssysteme sind
aus den folgenden Patentdokumenten bekannt:
WO 99/07281A ,
WO 01/87143A ,
US 5313942 ,
US 6047203 ,
GB 2116725A . Ein Nachteil
des bekannten Systems ist, dass es die Person in nicht sehr komfortabler
Weise aufnimmt. Das aus
WO
99/07281 A bekannte System ist so ausgebildet, dass es
eng um den Körper
der Person passt. Der bekannte Manschettenträger ist als starrer Körper angeordnet,
der einen zusätzlichen
Innenmanschettenträger
erfordert, um verschiedenen starre Teile der Manschette abzupolstern.
Es ist für
die Person daher unkomfortabel, ein derartiges System zu tragen.
Bei anderen Systemen, wie z. B. in
WO
01/87143 und
US 5313942 beschrieben,
muss die zu untersuchende Person auf einem Stuhl sitzen. Darüber hinaus
ist das bekannte System weniger für eine dauernde Anwendung geeignet.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, bei
dem die Benutzung des Systems verbessert ist. Insbesondere ist eine
weitere Aufgabe der Erfindung, ein System für eine dauernde Patientenüberwachung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
System zum Überwachen
eines Zustands eines Benutzers gelöst, wobei das System Folgendes
umfasst:
- – Sensormittel,
die ausgebildet sind, in einer Umgebung eines Zielvolumens des Benutzers
platziert zu werden, um Informationen zu detektieren, die für den Zustand
des Benutzers repräsentativ sind,
wobei die Sensormittel als Resonanzschaltung ausgebildete magnetische
Mittel umfassen, wobei die magnetischen Mittel ausgebildet sind,
in dem genannten Zielvolumen ein oszillierendes Magnetfeld zu induzieren,
wobei die magnetischen Mittel in einen isolierenden Gewebeträger integriert
sind, der Teil eines Bettlakens ist,
- – Leistungszufuhrmittel,
die mit den genannten magnetischen Mitteln verbunden werden können, wobei
die Leistungszufuhrmittel ausgebildet sind, ein Signal bereitzustellen,
das für
einen Leistungsverlust der genannten Resonanzschaltung beim Anlegen
des oszillierenden Magnetfeldes an das Zielvolumen charakteristisch
ist,
- – Detektionsmittel,
die von den genannten Sensormitteln betätigt werden können, wobei
die Detektionsmittel ausgebildet sind, das genannte Signal zu verarbeiten,
um die genannten Informationen abzuleiten.
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Das
erfindungsgemäße System
zum Überwachen
eines Zustands eines Benutzers ist besonders geeignet, dauerndes Überwachen
zu ermöglichen.
Aufgrund der Tatsache, dass das Sensormittel des erfindungsgemäßen Systems
in einen Gewebeträger
integriert ist, beispielsweise ein Kleidungsstück, kann die Person ständig überwacht
werden, ohne dass dies für
die Person Unbequemlichkeiten mit sich bringt. Daneben kann wegen
des zugrundeliegenden physikalischen Prinzips das Überwachen kontaktlos
erfolgen, wodurch keine Hautreizung oder andere physiologische Beschwerden
des Benutzers auftreten. Das Prinzip der kontaktlosen Messung der Leitfähigkeit
in einem lebendigen Körper
mittels magnetischer Induktion ist an sich aus 'Contactless measurement of thoracic
conductivity changes by magnetic induction', R. Guardo et al., Proceedings 19th
International Conference, IEEE/EMBS, 30. Okt. 1997, bekannt.
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Das
erfindungsgemäße System
ist dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Mittel in einen
isolierenden Gewebeträger
integriert sind, der Teil eines Bettlakens ist, was ein komfortables
dauerndes Überwachen
ermöglicht,
während
der Benutzer ruht. Dies ist insbesondere zum Überwachen von ruhiggestellten
Patienten geeignet.
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Die
technische Maßnahme
der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn die eine Resonanzschaltung
umfassenden magnetischen Mittel in einen Gewebeträger integriert
sind, ein mechanisch flexibleres System zum Messen der Leitfähigkeit
in einem Volumen erzeugt werden kann.
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Eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das System weitere magnetische
Mittel umfasst, die als weitere Resonanzschaltung ausgebildet sind,
welche weiteren magnetischen Mittel in einer Umgebung eines weiteren
Volumens angeordnet sind, um ein Bezugssignal bereitzustellen. Bei
Anwendungen, bei denen ein Bezugssignal erforderlich ist, ist das
erfindungsgemäße System
mit weiteren magnetischen Mitteln angepasst, um Wirbelströme in einem
weiteren Volumen zu induzieren, was ein Bezugssignal ergibt. Beispielsweise
können
die weiteren magnetischen Mittel neben dem zu untersuchenden Volumen liegen.
Als Alternative können
die weiteren magnetischen Mittel entfernt liegen, beispielsweise
um einen geeigneten Vergleich zwischen ähnlichen Strukturen zu ermöglichen.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zum Überwachen
ist dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Sensormittel weitere
magnetische Mittel umfassen, die als Resonanzschaltung ausgebildet
sind, wobei die weiteren magnetischen Mittel ausgebildet sind, um
in dem genannten weiteren Volumen ein oszillierendes Magnetfeld
zu induzieren. Häufig
ist für
medizinisches Überwachen
ein Bezugssignal aus gesundem Gewebe erwünscht. Das erfindungsgemäße System
ist beispielsweise geeignet, eine Entwicklung bei der Behandlung
von Anomalien, wie geschwollenen Teilen, Ödemen, Verletzungen oder Ähnlichem
zu überwachen.
In dem Fall, dass eine derartige Anomalie sich in einer Extremität befindet,
kann eine laterale gesunde Extremität ein Bezugssignal zum Zweck des
Vergleichens verschaffen. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße System
zum Überwachen
in Binden integriert sein, die um das die Anomalie umfassende Volumen
und ein entsprechendes laterales Volumen angelegt sind. Mit dieser
technischen Maßnahme
können
individualisierte Informationen über einen
Fortschritt bei der Behandlung erhalten werden.
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Zum Überwachen
eines Menschen ist vorzugsweise ein zusätzlicher Sensor vorzusehen,
der für
ein Zusammenwirken mit dem System zum Überwachen ausgebildet ist,
da unter manchen medizinischen Umständen mehr als ein vom Körper des
Benutzers stammendes Signal erforderlich ist. Beispielsweise können die
weiteren Sensormittel ein Temperaturmessgerät, ein Blutdruckmessgerät oder irgendeinen
anderen geeigneten Sensor umfassen.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst das System weiterhin Alarmmittel, die von
den Detektionsmitteln betätigt werden
können,
wobei die Alarmmittel ausgebildet sind, bei Detektion der genannten
Informationen durch die Detektionsmittel ein Alarmsignal auszulösen. Vorzugsweise
umfasst ein solches System Übertragungsmittel,
die zum Übertragen
des Alarmsignals zu einer auf dieses Alarmsignal ansprechenden Fernstation
ausgebildet sind. Im Falle einer lebensbedrohlichen Anomalie lösen die
Alarmmittel einen Alarm aus, um die Umstehenden bei Auftreten der
genannten Anomalie zu verständigen.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Sensormittel des erfindungsgemäßen Systems
in ein isolierendes Gewebe integriert sind, kann das isolierende
Gewebe in einfacher Weise nicht nur in Bettlaken, sondern auch in
Kleidung (T-Shirt, einen Büstenhalter oder
andere geeignete, auf dem Körper
getragene Bekleidung), ein Möbelstück, einen
Rollstuhl, einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeugs oder Ähnlichem usw.
integriert werden.
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Wenn
das erfindungsgemäße Alarmsystem in
einen Sicherheitsgurt integriert ist, kann der Motor des Fahrzeugs
beim Auftreten einer Störung
des Zustands des Benutzers automatisch abgeschaltet werden. Das
Funktionieren von Alarmsystemen, die zum Überwachen lebender Organismen
ausgebildet sind, ist an sich bekannt und soll nicht im Detail erläutert werden.
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Für Individuen,
die sich in einem lebensbedrohlichen Zustand befinden, ist es vorzuziehen, dass
das Überwachungssystem,
das auf diesen Zustand gerichtet ist, ständig getragen wird, und dabei minimale
Beschwerden für
den Benutzer verursacht.
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Für industrielle
Anwendungen kann beispielsweise ein vielseitiger Leitfähigkeitsanalysator hergestellt
werden, der zu einer Vielzahl Raumgeometrien passt. Vorzugsweise
ist das erfindungsgemäße System
für industrielle
Anwendungen in Rohrummantelungen oder Ähnliches integriert, um einfaches Überwachen
oder Regeln von in solchen Rohren strömenden Fluiden zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
ist das Gewebe dehnbar, sodass das erfindungsgemäße System an eine Vielfalt von
Rohrdurchmessern angepasst werden kann.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung sollen anhand der Zeichnung beschrieben
werden.
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1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
von Sensormitteln, die eine erfindungsgemäße Resonanzschaltung umfassen.
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2 veranschaulicht
schematisch eine Wechselwirkung zwischen den Sensormitteln des erfindungsgemäßen Systems
und einem untersuchten leitenden Volumen.
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3 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Systems
zum Überwachen,
bei dem die magnetischen Mittel in Kleidung integriert sind.
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4 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Systems
zum Überwachen,
wobei das System weitere Sensormittel umfasst.
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5 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Alarmsystems.
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1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
von erfindungsgemäßen Sensormitteln
(1), die eine Resonanzschaltung 2, 4, 10 umfassen.
Die Resonanzschaltung umfasst einen Widerstand 10, der hintereinander
mit einer Kapazität 2 und
einer Spule 4 verbunden ist. Stromversorgungsmittel 8 speisen die
Resonanzschaltung 10, 2, 4, sodass ein oszillierende
Magnetfeld (nicht abgebildet) erzeugt wird. Das Signal S aus der
Resonanzschaltung 10, 2, 4 wird von einem
Amperemeter 6 detektiert. Der von der Resonanzschaltung
aufgrund einer elektromagnetischen Wechselwirkung mit einem leitfähigen Körper (nicht
abgebildet) erfahrene Leistungsverlust spiegelt sich in einer Änderung
der Größe des Signals
S wieder. Durch Detektion des Signals S wird durch die Resonanzschaltung
der Leistungsverlust festgestellt. Falls die Beziehung zwischen
dem Absolutwert des Leistungsverlustes und dem Signal S bekannt
ist, können
die Leitfähigkeitsmerkmale
des untersuchten Volumens bestimmt werden. Um eine konstante Leistungslast
zu gewährleisten,
wird die Resonanzschaltung vorzugsweise mit einer Rückkopplungsschleife
(nicht abgebildet) aktiviert. Die Rückkopplungsschleife ist vorzugsweise
so ausgebildet, dass die die Amplitude der Resonanzschaltung regelnde
Spannung proportional zu der von der Resonanzschaltung gelieferten
HF-Leistung ist. Die Resonanzschaltung ist in einen isolierenden
Gewebeträger 9 integriert.
Vorzugsweise sind die die Spule 4 bildenden Leiter mit
Gewebefäden 9 verwoben.
In der einfachsten Ausführungsform
umfasst die Resonanzschaltung eine einzige Spule 4 mit
einer einzigen Schleife. Bei anspruchsvolleren Ausführungsformen
ist es möglich,
die Resonatorschaltung mit einer Vielzahl von Spulen zu entwerfen,
die eine Vielzahl von Schleifen umfassen.
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2 veranschaulicht
schematisch eine Wechselwirkung zwischen den Sensormitteln des erfindungsgemäßen Systems
und einem untersuchten leitenden Volumen. Wenn die Resonanzschaltung 1 aktiviert
wird und mit einem Volumen, das einen leitfähigen Körper 1' umfasst, in Kontakt gebracht wird, treten
Prozesse auf, die durch das Faraday'sche Gesetz beschrieben werden. Der
in der Spule 4 zirkulierende HF-Strom erzeugt ein sich
zeitlich änderndes Magnetfeld
B, das Primärfeld,
das in dem Volumen ein elektrische Feld E induziert. Aufgrund der
Tatsache, dass die Spule 4 nahe dem leitenden Körper 1' liegt, erzeugt
das elektrische Feld E Wirbelströme (nicht
abgebildet) in diesem leitenden Körper. Die Dichte dieser Wirbelströme ist proportional
zu der Leitfähigkeit
des leitenden Körpers 1'. Die induzierten Wirbelströme erzeugen
ein sekundäres
Magnetfeld B', das
in Bezug auf das primäre
Magnetfeld B in die entgegengesetzte Richtung weist. Nach dem Faraday'schen Gesetz induziert
das sekundäre
Magnetfeld B' eine
elektromotorische Kraft in der Spule 4, deren Phase relativ
zum Ansteuerungsstrom 180 Grad beträgt. Der leitfähige Körper kann
somit als Widerstandslast mit einer Ersatzschaltung dargestellt werden,
die einen Kondensator 2',
eine Spule 4' und einen
Widerstand 10' umfasst.
Weil die innere Impedanz des leitfähigen Körpers endlich ist, wird jede Änderung
des Lastwiderstandes aufgrund einer Änderung der Leitfähigkeit
eine Veränderung
der Amplitude des gemessenen Signals S bewirken. Wenn die Kennwerte
der primären
Resonatorschaltung bekannt sind, kann somit die Leitfähigkeit
des zu untersuchenden Volumens bestimmt werden. In einem menschlichen
Körper
ist das leitfähige
Medium Blut. Daher ist das Überwachen
eines Blutstroms in einem in einer Umgebung einer Resonatorschaltung
gelegenen Volumen möglich.
Dies ist besonders für
Herzanwendungen geeignet. Alternativ ist es möglich, die Atmungsfrequenz
zu überwachen,
da beim Einatmen die Leitfähigkeit
des Thorax aufgrund von Luftzustrom abnimmt. Das Überwachen
von Ödemen
oder der Heilung von Verletzungen beruht auf der Erkenntnis, dass
die Leitfähigkeit
des Volumens, das die genannten Anomalien umfasst, sich in Bezug
auf gesundes Gewebe aufgrund einer Zunahme von Fluid um die Anomalie
herum ändert.
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3 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Systems
zum Überwachen 15,
bei dem die magnetischen Mittel in Kleidung integriert sind. Bei
einer einfachsten Ausführungsform
wird ein T-Shirt 17, 17' als isolierender Gewebeträger verwendet,
der mit der Resonatorschaltung 16 zu integrieren ist. Hier
umfasst die Resonatorschaltung 16 alle anhand von 1 besprochenen
Einheiten. Bei einer alternativen Ausführungsform 17' ist das T-Shirt
für Bezugszwecke
mit einer Vielzahl von Resonanzspulen versehen.
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4 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Systems
zum Überwachen,
wobei das System weitere Sensormittel umfasst. Bei dieser Ausführungsform
wird ein Bett 14a verwendet, um eine Person (nicht abgebildet)
aufzunehmen. Das Bettlaken 14b ist mit einer Vielzahl von Sensormitteln 11, 12, 13, 18, 19 versehen.
Vorzugsweise umfassen zwei Sensormittel eine Resonanzschaltung,
wie anhand von 1 besprochen. Es ist auch möglich, dass
andere Sensormittel ebenfalls in dem Bettlaken aufgenommen sind,
wie z. B. ein Temperaturmessgerät,
Umgebungsmessgerät,
wie Sauerstoffmessgerät,
Atmungsmessgerät.
Man muss sich realisieren, dass die in 4 gezeigte
Ausführungsform
nur der Veranschaulichung dient und den Schutzumfang für einen
speziellen Sensor in keiner Weise einschränken soll.
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5 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Alarmsystems.
Das Alarmsystem 30 umfasst magnetische Mittel 31,
die zum Überwachen
eines physiologischen Zustands des Benutzers angeordnet sind. Die
magnetischen Mittel 31 umfassen eine auf dem Körper des
Benutzers anzuordnende Resonanzschaltung 31a, um eine Signalcharakteristik
des anvisierten physiologischen Zustands aufzunehmen, bei spielsweise
ein mit einem Blutstrom zusammenhängendes Signal. Zusätzlich können die
magnetischen Mittel 31 ein weiteres magnetisches Mittel 32 umfassen,
das zum Überwachen
eines Bezugssignals ausgebildet ist. Die magnetischen Mittel 31 sind
ausgebildet, ein kontinuierliches Überwachen des physiologischen
Zustands des Benutzers durchzuführen
und weiterhin ein entsprechendes Signal für die Front-End-Elektronik 40 des
Systems 30 bereitzustellen. Die magnetischen Mittel 31 und
die Front-End-Elektronik 40 werden auf dem Körper des
Benutzers getragen, vorzugsweise im Thoraxgebiet. Alternativ können die magnetischen
Mittel 31 in ein Möbelstück, ein
Bettlaken, einen Sicherheitsgurt usw. integriert sein. Beispiele
für geeignete
Gewebeträger
für die
anziehbare Einrichtung sind in der Technik an sich bekannt. Die Front-End-Elektronik 40 ist
ausgebildet, ein von der Resonanzschaltung 31a kommendes
Signal zu analysieren. Zu diesem Zweck umfasst die Front-End-Elektronik 40 eine
Vorverstärker- 41 und analoge
Verarbeitungschaltung 42, eine ADC-Einheit 43,
Detektionsmittel 45 und einen Mikroprozessor 44. Die
Front-End-Elektronik 40 umfasst
weiterhin Alarmmittel 46 und Übertragungsmittel 47.
Die Detektionsmittel 45 umfassen eine Sensorsignalinterpretationseinheit 45a und
Merkmalextraktionsmittel 45b. Das System 30 arbeitet
folgendermaßen:
Die magnetischen Mittel 31 erfassen die Rohdaten, die an
die Front-End-Elektronik 40 abgegeben werden. Die Front-End-Elektronik 40 stellt
Mittel bereit, um die Signale von den magnetischen Mitteln zu empfangen,
und führt
geeignete Analogverarbeitung mit Hilfe der analogen Verarbeitungschaltung 42 durch.
Die verarbeiteten Rohdaten werden mit Hilfe des ADC 43 in
ein digitales Format umgesetzt und von einem Mikroprozessor 44 an
die Detektionsmittel 45 weitergeleitet, wo der Zustand
des Benutzers analysiert wird. Die Detektionsmittel 45 umfassen
eine Sensorsignalinterpretationseinheit 45a, die ausgebildet
ist, ein Merkmal in der Signalcharakteristik eines anomalen physiologischen
Zustands des Benutzers abzuleiten. Für Herzanwendungen kann das
genannte Merkmal beispielsweise eine Amplitude des Signals sein.
In dem Fall, dass die Detektionsmittel 45 den anomalen Zustand
detektieren, wird ein Signal an die Alarmmittel 46 gesendet,
um einen Alarm zu erzeugen, der von den Übertragungsmitteln 47 übertragen
wird, beispielsweise mit Hilfe einer Funkfrequenzverbindung, um
Umstehende oder spezialisiertes medizinisches Personal zu verständigen.