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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der elektrischen
Impedanz des Körpers
und eine Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für das Gesundheitsmanagement,
welche eine solche Impedanzmessvorrichtung verwendet und welche
eine zum Gesundheitsmanagement gehörige Orientierung, wie etwa
den Gehalt an Fettmasse im menschlichen Körper, liefert.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
bekannt, vier Elektroden zur Messung der inneren Impedanz des Körpers zu
verwenden, um eine zum Körperfett
in Beziehung stehende Größe zu bestimmen.
Dieser bekannte Plan zur Messung einer inneren Impedanz ist in den 28 und 29 dargestellt.
Das Gerät
enthält
eine Messvorrichtung 1, die über Drähte 6 mit Elektroden 2 und 3 verbunden ist,
welche ein Hochfrequenzsignal aufgeben; sowie Elektroden 4 und 5,
welche den Widerstand des Körpers
messen. Der Patient wird auf ein Bett gelegt, Elektroden 2 und 3 werden
an seiner rechten Hand und seinem rechten Fuß, und Elektroden 4 und 5, welche
den Widerstand des Körpers
messen, an der rechten Hand und dem rechten Fuß in der Nähe der Elektroden 2 und 3 angebracht.
Mit der Vorrichtung 1 wird ein Hochfrequenzsignal auf die
Elektroden 2 und 3 aufgegeben, was bewirkt, dass
ein Strom in den Körper
des Patienten fließt.
Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 4 und 5 wird
gemessen, und die Impedanz des Körpers
des Patienten lässt sich
anhand dieser Potentialdifferenz und der Stärke des durchgehenden Stroms
gewinnen.
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Der
Erfinder hat herausgefunden, dass Vorrichtungen, wie sie in den 28 und 29 gezeigt sind,
an den folgenden Problemen leiden.
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(1)
Um Fehler zu verhindern, die von einer Änderung des Stromwegs herrühren, und
um zu gewährleisten,
dass die Messung ausreichend genau ist, muss der Patient liegen.
Die Füße des Patienten mussten
gespreizt sein, damit keine Gefahr mehr bestand, dass sie einander
berühren,
und die Hände mussten
vom Rumpf weg gehalten werden. (2) Wegen der vorgenannten Einschränkungen
für den
Patienten und wegen der Schwierigkeit der Anbringung der Elektroden
und der Durchführung
des Tests war ein spezieller Techniker erforderlich. Der Patient konnte
den Test nicht selbst durchführen,
und die Vorrichtung war nicht für
eine Verwendung zu Hause geeignet. Dieses Anbringen der Elektroden
ist in
US 4895163 offenbart.
(3) Da diese Vorrichtung für
eine Verwendung zur Behandlung einer großen Anzahl von Patienten eingerichtet
ist, weist sie eine große Tasteneingabe-
und Anzeigeeinheit, einen Drucker, eine Wechselspannungsquelle sowie
andere Komponenten auf. Dies macht die Vorrichtung groß und schwer
zu handhaben. (4) Die Verwendung zahlreicher Elektroden mit ihren
Verlängerungskabeln machten
Vorbereitung und Aufräumen
schwierig. (5) Genau wie bei einem EKG musste ein Leiter, wie etwa
eine Keratin-Creme, auf dem Teil der Hand und des Fußes aufgebracht
werden, wo die Elektroden angebracht werden sollten, um so einen
Kontaktwiderstandseffekt zu minimieren. (6) Bei der Abschätzung von
Körperfett
durch Messen von Impedanz sind Impedanzdaten für den Körper wichtiger als diejenigen
für die
Hände und
Füße. Zwischen
den Punkten, wo sie in dem existierenden System gemessen werden,
ist jedoch die Impedanz der Hand und des Fußes erheblich höher als
diejenige des Körpers.
Die Impedanz von Gelenken ist besonders hoch. Es ist bekannt, dass
Disparitäten
zwischen Menschen mit kleinen Knochen und solchen mit groben Knochen und
denjenigen mit kleinen Gelenken tiefgreifende Auswirkungen auf die
Messergebnisse haben.
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Zum
Beispiel sind hier einige Ergebnisse der Messung der Impedanz an
verschiedenen Teilen des Körpers.
- (1) Männlich
mit starken Gliedern: Zwischen rechter Hand und rechtem Fuß, 350 Ω; rechter
Arm 150 Ω;
rechter Fuß 130 Ω; Brustkorbbereich
70 Ω
- (2) Weiblich mit schlanken Gliedern: Zwischen rechter Hand und
rechtem Fuß,
675 Ω;
rechter Arm 360 Ω;
rechter Fuß 240 Ω; Brustkorbbereich 75 Ω
- (3) Handgelenk: Niveau 25 bis 50 Ω
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Der
Erfinder hat herausgefunden, dass Vorrichtungen, welche Elektrodenkontakte
mit einem Subjekt aufweisen, an den folgenden weiteren Problemen
leiden.
- (1) Wenn das Subjekt die Handgriffe
mit beiden Händen
erfasst und mit seinen Füßen auf
den Fußelektroden
steht, nimmt der Druck auf die Kapillaren in der Hautoberfläche, die
mit den Elektroden in Berührung
steht, zu, und der Zustand des Blutflusses ändert sich vorübergehend.
Dies lässt sich
als eine Änderung
der Impedanz (oder des Widerstands) messen.
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Konkret
ausgedrückt
nimmt, wenn der Druck zunimmt, der Blutfluss in der Hautoberfläche vorübergehend
ab und der subkutane Widerstand zu. Der Stromfluss verteilt sich
stärker
und die Dichte des in den Hauptblutgefäßen fließenden Stroms nimmt vorübergehend
ab oder zu. Dies bewirkt, dass die zwischen den Detektorelektroden
festgestellte Spannung ansteigt oder abfällt, so dass der Widerstandswert
niedriger sein wird als der in einem stabilen Zustand gemessene.
Die allgemeine Charakteristik der Ausregelzeit wird die sein, dass
der Widerstandswert zunimmt oder abnimmt (siehe 12).
Die Wiederbereitschaftszeit wird zwischen den einzelnen Individuen
schwanken, Stabilität
wird aber allgemein in fünf
bis zehn Sekunden erreicht.
- (2) Wenn das Subjekt
trockene Haut hat, wird die trockene Hautoberfläche bewirken, dass der Widerstandswert
hoch ist. Wie weiter oben beschrieben, wird der Weg des Stromflusses
verteilter, und die Dichte des Stromflusses in die Hauptblutgefäße nimmt
ab. Ein Abfall der festgestellten Spannung wird beobachtet. Der
Widerstandswert ist niedriger als der in einem stabilen Zustand
gemessene, wenn sich auf der Hautoberfläche Feuchtigkeit befindet.
Die vorgenannte Wiederbereitschaftszeit wird tendenziell länger (siehe 13).
- (3) Wenn die Impedanz zwischen den Händen gemessen wird, während das
Subjekt mit unter 90° ausgestreckten
Armen steht, muss fünf
bis zehn Sekunden lang gemessen werden, um über die oben beschriebene Schwankungszeitdauer
hinaus zu kommen. Wenn während
dieser Zeit eine Änderung
der Position der Arme oder des Drucks der Hände auf die Elektroden vorhanden
ist, schwankt der Messwert, was zu einem Messfehler führt.
- (4) Wenn die Impedanz gemessen wird, während das Subjekt mit seinen
Füßen auf
den Fußelektroden
steht, kann es vorkommen, dass es die Stellung seiner Füße verändert oder
seinen Schwerpunkt leicht verschiebt, wenn die Messung gerade erfolgt.
Wenn der Messort oder der Druck variiert, schwankt die Messung und
es ergibt sich ein Messfehler.
- (5) Sobald der Startschalter betätigt ist und die Messung beginnt,
gibt es eine feste Zeitdauer, während
welcher die Messung abgeschlossen sein muss. Wenn im Anfangsstadium
der Messung eine nennenswerte Zeit damit aufgebraucht wird, einen
ausreichenden Kontakt zu erzielen, verbleibt weniger Zeit, in welcher
die Messungen durchgeführt
werden können.
Dies macht es unmöglich,
die Wirkungen der oben beschriebenen Schwankungen zu vermeiden.
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Eine
Impedanzmessvorrichtung gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus EP-A-0343928 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist wie in Anspruch 1 definiert.
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Die
hier offenbarte Vorrichtung verwendet ein Verfahren zur Messung
der inneren Impedanz des Körpers
unter Benutzung von vier Elektroden. Die Impedanz wird zwischen
zwei Punkten auf dem Körper
des Subjekts, speziell zwischen den Händen, zwischen der rechten
Hand und dem rechten Fuß oder
zwischen den Füßen gemessen.
Das Subjekt stellt eine Berührung
mit den Elektroden durch Ergreifen derselben mit seinen Händen oder
durch Ausüben
von Druck auf sie mit den Unterseiten seiner Füße her.
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Wie
in 1 gezeigt ist, soll diese Vorrichtung zur Lieferung
von Daten als Richtschnur für
das Gesundheitsmanagement eine Impedanz zwischen linker und rechter
Hand messen. Die Grundeinheit 10a ist die Komponente, welche
zwei senkrechte Handgriffe parallel zur Längsachse des Körpers des Subjekts
aufweist.
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Die
Grundeinheit 10a weist zwei vertikale Handgriffe, 12 und 13,
auf, welche ein Paar von Elektroden 17 und 18 zur
Aufbringung eines festen Stromes und eine weiteres Paar von Elektroden 19 und 20 zur
Feststellung einer Spannung aufweisen. Eine Anzeige 16,
eine LCD oder dergleichen, auf der Oberseite des Gehäuses 11,
auf welcher die Gesundheitsmanagementdaten (viszerales Fett, schlanke
Masse, Körperfettverhältnis, Feuchtigkeitsgehalt, Grundumsatz
usw.) angezeigt werden; ein Spannungsversorgungsschalter 15a;
ein Startschalter 15b; eine Betriebsartenschalter 15c;
und Bedienungsschalter 15d sind ebenfalls eingerichtet.
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Wie
in 14 gezeigt ist, weist eine weitere Art von Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für das Gesundheitsmanagement
für das
Messen einer Impedanz zwischen Hand und Fuß eine Grundeinheit 10,
eine Fußelektrodeneinheit 50 und
ein Kabel 51 auf, welches die Fußelektrodeneinheit 50 mit
der Grundeinheit 10 verbindet. Die Grundeinheit 10 enthält eine
Konsole 11 und Griffe 12 und 13 für die linke
und rechte Hand, die integriert an beiden Enden der Konsole 11 ausgebildet
sind. An der Vorderseite der Konsole 11 befinden sich Spannungsversorgungsschalter 14;
Tastschalter 15, welche zur Eingabe eines Startbefehls
sowie der körperlichen
Eigenschaften des Subjekts, wie etwa Größe und Gewicht, verwendet werden;
und eine Anzeige 16, welche die Messergebnisse und Beratungsdaten anzeigt.
Die Anzeige 16 ist in der Mitte des Bereichs zwischen linkem
und rechtem Handgriff 12 und 13 angeordnet.
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Der
linke und rechte Griff 12 und 13 sind vertikale
Zylinder, an deren Oberflächen
Elektroden 17 und 18, welche ein Hochfrequenzsignal
aufbringen, und Elektroden 19 und 20, welche den
Widerstand des Körpers
(durch Nachweisen von Spannung) messen, vorgesehen sind. Die Elektroden 17, 18, 19 und 20 sind
mit (nicht gezeigten) Schaltungen in der Konsole 11 elektrisch
verbunden.
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Die
Fußelektrodeneinheit 50 besteht
aus einer flachen rechteckigen Platte 52, auf welcher zwei Positionsführungen,
Führung 53 für den linken
Fuß und
Führung 54 für den rechten
Fuß, vorhanden
sind. In jeder dieser Führungen
befinden sich zwei Elektroden, 55 und 56, zur
Aufgabe eines Hochfrequenzsignals und zwei Elektroden, 57 und 58,
zur Messung des Widerstands des Körpers. Am Vorderende der Platte 52 ist
ihre Oberseite teilweise durch ein Gehäuse 59 abgedeckt.
Eine Anzeige 60, welche zur Überwachung des Messzustands
verwendet wird, sitzt in diesem Gehäuse. Zum Vorderende der Platte 52 hin
und zwischen den Fußpositionsführungen
befindet sich eine Öffnung 61.
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Wie
aus 16 ersichtlich, ist die Platte 52 aus
einer Oberflächenlage 62 und
einer Unterlage 63 aufgebaut. Die Lagen 62 und 63 können aus
PVC, PET, Polyethylen oder irgendeiner ähnlichen Substanz bestehen.
In dem Bereich, der der Wölbung des
Fußes
in den Positionsfüh rungen 53 und 54 entspricht,
befinden sich elastische Vorsprünge,
z.B. 65, auf welchen jeweils zwei der vorgenannten Elektroden 55, 56, 57 und 58 vorgesehen
sind. 16 zeigt einen Querschnitt durch
die Positionsführung
für den rechten
Fuß; die
Führung
für den
linken Fuß hat
einen identischen Aufbau. Die Elektroden sind auf den Vorsprüngen 64 und 65 so
angeordnet worden, dass sie alle einen soliden Kontakt mit den Fußsohlen
machen, wenn der Benutzer seine Füße in den Führungen 53 und 54 anordnet.
Vorsprünge 65 sind
aus einer elastischen Schicht aus einem Material wie etwa Silikonkautschuk
aufgebaut. Das Gehäuse 59 kann aus
einem Material wie ABS oder PVC hergestellt sein.
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An
den beiden Enden des Kabels 51 befinden sich Stecker 66 und 67,
durch die es mit der Grundeinheit 10 und der Fußelektrodeneinheit 50 in einer
solchen Weise verbunden werden kann, dass es leicht angeschlossen
oder gelöst
werden kann. Wir wollen nun betrachten, wie die Vorrichtung dieser Ausführungsform
zur Messung der Impedanz des Körpers
des Benutzers verwendet würde.
Der Benutzer M würde,
wie in 15 gezeigt, mit seinen Füßen in den
Führungen 53 und 54 auf
der Elektrodeneinheit 50 stehen. Er würde dann den Griff 12 auf
der Grundeinheit 10 mit seiner linken Hand und den Griff 13 mit
seiner rechten Hand erfassen. Unter Ausstrecken seiner Arme horizontal
nach vorne so, dass er die Einheit 10 in Brusthöhe hält, würde er mit
der Durchführung
der Messungen beginnen.
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Das
Merkmal dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur
Impedanzmessung, welche zu hochgenauen Messungen fähig ist,
sowie einer Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur
für das
Gesundheitsmanagement, welche hochgradig zuverlässig ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Impedanzmessung ist mit Elektroden zur Aufgabe eines Hochfrequenzsignals,
Elektroden zur Messung des Widerstands des Körpers und einer Vorrichtung,
welche die Impedanz des Körpers
unter Verwendung des Signals, das von den den Widerstand messenden
Elektroden gewonnen ist, misst, ausgestattet. Diese Impedanzmessvorichtung
unterscheidet sich durch die Tatsache, dass sie mit Kontaktbeurteilungsmitteln
ausgestattet ist, welche bestimmen, ob das Subjekt guten Kontakt
mit den Elektroden hergestellt hat, in dem sie bestimmen, ob der
Impedanzwert innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.
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Die
Impedanzmessvorrichtung gemäß dieser
Erfindung erkennt einen gemessenen Impedanzwert, der nicht einen
Bereich fällt,
welcher durch die möglichen
Impedanzwerte des menschlichen Körpers
definiert ist, als anomal. Dies führt zu einer hohen Messgenauigkeit.
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Die
Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für das Gesundheitsmanagement
gemäß dieser
Erfindung weist eine Impedanzmessvorrichtung mit Elektroden zur
Aufgabe eines Hochfrequenzsignals, Elektroden zur Messung des Widerstands
des Körpers
und eine Vorrichtung, welche die Impedanz des Körpers unter Verwendung des
Signals misst, das von den der Elektroden, welche Widerstand messen,
gewonnen ist, sowie eine Vorrichtung, welche das Gesundheitsmanagement
betreffende Daten beruhend auf dem mit der Messvorrichtung gemessenen
Impedanzwert ausgibt, auf. Die vorgenannte Vorrichtung zur Messung
von Impedanz unterscheidet sich durch die Tatsache, dass sie eine Kontaktbeurteilungseinheit
zur Bestimmung, ob die Elektroden zur Aufgabe eines Hochfrequenzsignals und
die Elektroden zur Widerstandsmessung im richtigen Kontakt zum Körper des
Subjekts sind, durch Beurteilung, ob der gemessene Impedanzwert
innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, sowie eine automatische
Optimalimpedanzbestimmungseinheit zur Messung einer optimalen Impedanz
aufweist, welche beruhend auf dem Ergebnis dieser Bestimmung die
optimale Impedanz des Körpers
misst und automatisch den Mittelwert bestimmt.
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Diese
Vorrichtung zur Lieferung von Daten für das Gesundheitsmanagement
bestimmt, ob der gemessene Impedanzwert in einen be stimmten Bereich
fällt.
Wenn er dies tut, schließt
die Vorrichtung, dass der Körper
des Subjekts in gutem Kontakt mit den Elektroden zur Aufgabe eines
Hochfrequenzsignals und den Elektroden zur Messung des Widerstands
des Körpers
ist. Sie beginnt dann mit der Verarbeitung zur Bestimmung des optimalen
Impedanzwertes des Körpers.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
das Äußere der
Grundeinheit einer Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur
für Gesundheitsmanagement.
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2 zeigt
das Äußere einer
weiteren Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement.
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3 veranschaulicht den Gebrauch der Grundeinheit
der Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement, welche
in 1 gezeigt ist.
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4 veranschaulicht die Verwendung der Grundeinheit
der Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement, welche
in 2 gezeigt ist.
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5 ist
ein Blockdiagramm der Schaltungen in der vorgenannten Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement.
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches das allgemeine Arbeiten dieser Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement erläutert.
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7 ist
ein Flussdiagramm, welches das allgemeine Arbeiten dieser Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement zusammen
mit 6 erläutert.
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8 ist
ein Zeitdiagramm der gemessenen Impedanz, welches die Verarbeitung
zur Bestimmung, ob guter Kontakt hergestellt worden ist, veranschaulicht,
welche von dieser Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur
für Gesundheitsmanagement
durchgeführt
wird.
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9 ist
eine Zeitdiagramm, welches die Verarbeitung zur automatischen Bestimmung
eines Impedanzwertes veranschaulicht, welche von dieser Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement durchgeführt wird.
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10 veranschaulicht
das Muster, das zur Darstellung von Impedanzvariabilität bei dieser
Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement
angezeigt wird.
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11 zeigt Beispiele von Anzeigegraphen, welche
Impedanzvariabilität
während
einer Messung bei dieser Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur
für Gesundheitsmanagement
darstellen.
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12 zeigt
Impedanzvariabilität
bei einer durchschnittlichen Person unmittelbar nach Beginn der
Messung.
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13 zeigt
Impedanzvariabilität
bei einer Person mit trockener Haut unmittelbar nach Beginn der
Messung.
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14 zeigt
das Äußere der
Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement.
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15 veranschaulicht
den Gebrauch der Vorrichtung der 14 zur
Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement.
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16 zeigt
einen längs
Linie A-A genommen Querschnitt der Fußeinheit der in 15 gezeigten
Vorrichtung.
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17(a) zeigt den Aufbau eines Handgriffs, welcher
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar ist.
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17(b) zeigt die Wechselwirkung des Handgriffs
der 17(a) mit der linken Hand eines Subjekts.
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18 bis 27 stellen
alternative Handgriffaufbauten dar, die bei der Vorrichtung dieser
Erfindung verwendbar sind.
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28 zeigt
wie die Impedanz des Körpers unter
Verwendung einer bekannten Technik gemessen wurde.
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29 zeigt
die Elektroden, die auf der Hand und dem Fuß des Patienten verwendet wurden, wenn
die Impedanz des Körpers
unter Verwendung einer bekannten Technik gemessen wurde.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
das äußere Erscheinungsbild
der Grundeinheit einer Vorrichtung zur Lieferung von Daten als Richtschnur
für Gesundheitsmanagement, welche
eine bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung ist. Eine Grundeinheit 10a ist eine Komponente,
welche zwei senkrechte Handgriffe parallel zur Längsachse des Körpers des
Subjekts aufweist.
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Die
Grundeinheit 10a umfasst zwei vertikale Handgriffe, 12 und 13,
welche in einem Gehäuse
angebracht sind; eine Anzeige 16, eine LCD oder dergleichen,
auf der Oberseite des Gehäuses 11,
auf welcher die Gesundheitsmanagementdaten (viszerales Fett, schlanke
Masse, Körperfettverhältnis, Feuchtigkeitsgehalt,
Grundumsatz usw.) angezeigt werden; einen Spannungsversorgungsschalter 15a; einen
Startschalter 15b; einen Betriebsartenschalter 15c;
und Bedienungsschalter 15d. Im Gehäuse 11 befinden sich
die Schaltungen, die die elektronischen Komponenten der CPU sind,
welche die innere Impedanz des Körpers
und, beruhend auf den spezifischen Körperdaten des Subjekts (zu
denen Größe, Gewicht,
Alter und Geschlecht gehören),
für das
Gesundheitsmanagement wesentliche Daten berechnet.
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Die
Handgriffe 12 und 13 sind zylindrisch. Ringförmige Elektroden 17 und 18,
welche eine festen Strom aufbringen, befinden sich auf deren oberem
Abschnitt; und ringförmige
Elektroden 19 und 20, welche Spannung nachweisen,
befinden sich auf deren unterem Abschnitt. Die beiden Elektroden
auf jedem Griff sind durch Barrierensegmente (Nicht-Elektroden) 12b und 13b getrennt.
Am oberen und unteren Ende der Griffe befinden sich Positionierflansche 12a, 12c, 13a und 13c.
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Ein
weiterer Aufbau für
die Grundeinheit ist in 2 gezeigt. Hier weist die Vorrichtung
zur Lieferung von Daten als Richtschnur für Gesundheitsmanagement horizontale
Handgriffe auf, die so erfasst werden, dass die Hände parallel
zu einer Linie sind, die durch die Schultern des Subjekts verläuft. Wie
die Vorrichtung in der vorhergehenden Zeichnung umfasst die Vorrichtung 10b zwei
Handgriffe, 12 und 13, die in diesem Fall horizontal
vom Gehäuse 11 abragen;
eine Anzeige 16 auf der Oberseite des Gehäuses 11;
und verschiedene Bedienungsschalter, zu denen ein Spannungsversorgungsschalter 15a,
ein Startschalter 15b, ein Betriebsartenschalter 15c und numerische
Tasten 15d gehören.
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Handgriffe 12 und 13 in
der Ausführungsform der 2 sind
ebenfalls zylindrisch. Ringförmige Elektroden 17 und 18,
welche einen festen Strom aufbringen, befinden sich auf den näher zur
Anzeige liegenden Abschnitten der Griffe; ringförmige Elektroden 19 und 20,
welche Spannung nachweisen, befinden sich auf den weiter von der
Anzeige weg liegenden Abschnitten der Griffe. Barrierensegmente 12b und 13b trennen
die Elektrode 17 von der Elektrode 19 und die
Elektrode 18 von der Elektrode 20. An den inneren
und äußeren Enden
der Griffe befinden sich Positionierflansche 12a, 12c, 13a und 13c.
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Der
Gebrauch der in 1 gezeigten Grundeinheit 10a ist
in 3 veranschaulicht. Das Subjekt M
streckt seine Arme rechtwinklig zum Körper nach vorne, wobei man
sie in Schulterbreite auseinander hält, und erfasst die Handgriffe 12 und 13.
Um die Vorrichtung 10b, wie sie in 2 abgebildet
ist, zu gebrauchen, erfasst das Subjekt die Handgriffe 12 und 13 wie
in 4 gezeigt.
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5 ist
ein Blockschaltbild der Schaltungen in der Konsole 11,
die mit den Elektroden 17 und 18 sowie den Elektroden 19 und 20 verbunden
sind. Die Schaltungen in den Vorrichtungen der Erfindung enthalten,
neben der Dateneingabeeinheit 15 und Anzeigeeinheit 16,
einen Signalgenerator 21, welcher ein Signal eines festen
Stromes bei einer Frequenz f0 (10 ≤ f0 ≤ 100
kHz) erzeugt; einen Differenzverstärker 22, welcher ein
Potentialsignal von den Elektroden 19 und 20 erhält; ein
Bandpassfilter 23, welches Signale anderer Frequenzen als
f0 abschneidet; eine Schaltung 24,
welche die Hochfrequenzsignalkomponente demoduliert; einen A/D-Wandler 24,
welcher das Analogsignal digitalisiert; einen ROM 26; einen RAM 27;
eine CPU 28, welche die Eingabe vom A/D-Wandler 25 und
die Daten von der Eingabeeinheit 15, zu denen die Größe, das
Gewicht, das Alter und das Geschlecht des Subjekts sowie das Datum gehören, erhält und die
Verarbeitung, die zur Messung der Impedanz und zum Herausziehen
von Daten, die sich auf das Gesundheitsmanagement beziehen, erforderlich
ist, durchführt;
einen Hinweissummer 29; eine Ausgabeeinheit 30,
welche das Messergebnis auf einen Drucker oder eine andere Vorrichtung überträgt; eine
Batterie 8, welche als Spannungsversorgung dient; einen
Widerstand 31, welcher zwischen den Elektroden 17 und 19 angeschlossen
ist; sowie einen Widerstand 32, welcher zwischen den Elektroden 18 und 20 angeschlossen
ist.
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Zur
Messung der Impedanz unter Verwendung der oben diskutierten Vorrichtungen
erfasst das Subjekt die Handgriffe 12 und 13 mit
seinen Händen. Der
Signalgenerator 21 gibt ein Signal einer Frequenz f0 auf die Elektroden 17 und 18.
Dieses Signal wird durch die Elektrode 17, die linke Hand
des Subjekts, die Elektrode 19, den Körper des Subjekts (Impedanz),
die Elektrode 20, die rechte Hand des Subjekts und die
Elektrode 18 übertragen.
Das Signal aus den Elektroden 19 und 20 wird durch
den Differenzverstärker 22 zur
Gewinnung eines Signals, welches Potentialdifferenz darstellt, verstärkt.
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Als
Nächstes
werden wir den mit der oben beschriebenen Vorrichtung ausgeführten Messvorgang
unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 6 und 7 diskutieren.
Wenn der Spannungsversorgungsschalter 15a betätigt wird,
wird die für
die Messung erforderliche Vorverarbeitung durchgeführt. Diese
enthält
eine Initialisierung des RAM und eine Prüfung aller Schaltungen und
Anzeigeelemente (Schritt 1). Das Subjekt gibt dann in die
Dateneingabeeinheit 15 seine charakteristischen Körperdaten, zu
denen Größe, Gewicht,
Alter und Geschlecht gehören,
sowie das Datum und die Zeit ein (Schritt 2). Die Vorrichtung
ist im Wartezustand, bis die Dateneingabe abgeschlossen ist (Schritte 2 und 3).
Sobald alle Daten eingegeben sind, wartet die Vorrichtung, bis der
Startschalter 15b auf der Eingabeeinheit 15 betätigt wird
(Schritt 4). An diesem Punkt ist die Beurteilung im Schritt 3, „Ist alles
bereit?", „ja", und der Befehl „Startschalter
drücken" erscheint auf der
Anzeige 16. Die Anzeige kann auch dazu verwendet werden,
das Subjekt zu veranlassen, mit einer Tasteneingabe zu beginnen.
Es ist eine Zeitverzögerung von
mehreren Sekunden nach dem Betätigen
des Startschalters 15b vorhanden (Schritt 5),
und dann wird die Tatsache, dass die Messung begonnen hat, durch
den Summer 29 oder die Anzeige 16 mitgeteilt (Schritt 6).
Die Verzögerung
im Schritt 5 ist so eingestellt, dass dem Subjekt genügend Zeit
gegeben wird, die Handgriffe 12 und 13 vollständig und
richtig nach der Betätigung
des Startschalters 15b zu erfassen.
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Die
Vorrichtung geht an diesem Punkt zu dem Vorgang der Bestimmung,
ob ein guter Kontakt hergestellt worden ist (Schritt 7).
Sobald die Messung begonnen hat, erfolgt eine Bestimmung, ob die
gemessene Impedanz Z in einen bestimmten Bereich, beispielsweise
zwischen 300 und 1000 Ω,
fällt (siehe 8).
Wenn sie es nicht tut, erfolgt die Bestimmung, dass die Hände keinen
guten Kontakt zu den Elektroden haben, und wenn sie es tut, erfolgt
die Bestimmung, dass die Hände
guten Kontakt haben. Da die Messung instabil ist, wenn das Subjekt
die Handgriffe erst erfasst, wird der früheste gemessene Wert wild in
und aus dem Bereich schwanken. Aus diesem Grund erfolgt die Beurteilung,
dass ein guter Kontakt hergestellt worden ist (Schritt 8)
erst, wenn die Messung fünfmal
hintereinander in den vorgeschriebenen Bereich fällt, wie dies durch den Pfeil
bei Zeit (5) im Graphen der 8 gezeigt
ist. Wenn die gemessene Impedanz nicht innerhalb des bestimmten
Bereichs liegt oder wenn sie in dem Bereich nicht über fünf aufeinanderfolgende
Messungen hinweg bleibt, wird die Beurteilung in Schritt 8 „nein" und wir gehen nach
Schritt 9 weiter. Hier erfolgt eine Bestimmung, ob eine
längere
als die zugeordnete Zeit (20 s < t) verstrichen
ist, seit der Vorgang zur Auswertung des Kontakts begonnen hat.
Bis zwanzig Sekunden verstrichen sind, kehrt die Vorrichtung nach
Schritt 7 zurück
und wiederholt die Verarbeitung zur Auswertung des Kontakts. Wenn
bestimmt wird, dass der Kontakt nach Verstreichen von 20 Sekunden
unvollkommen ist, wird eine Fehlermeldung angezeigt (Schritt 10).
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Wenn
in Schritt 8 bestimmt wird, dass ein guter Kontakt hergestellt
worden ist, gehen wir nach der mit Schritt 11 beginnenden
Verarbeitung weiter, welche automatisch den Mittelwert bestimmt.
Wir werden diesen Vorgang unter Bezug auf 9 diskutieren.
Zunächst
gewinnen wir an der Abtastzeit tn ΔZn/ΔT,
wobei ΔT
eine spezifizierte Zeitdauer und ΔZn die Impedanz ist, wie sie über ΔT variiert
hat (Schritt 11). Ein ΔZn/ΔT
darstellender Balkengraph wird auf der Anzeige 16 erzeugt,
oder es wird ein Summer zur Angabe von Häufigkeit verwendet (Schritt 12).
Der zur Darstellung von ΔZ
auf der Anzeige verwendete Balkengraph ist in 10 gezeigt. Die
Zahlen auf dem Graph geben Ω/s
an, und jedes Segment stellt 0,5 Ω dar. 11 zeigt
eine Reihe von Anzeigen: 11(a) stellt
ein ΔZ von
mehr als 5 Ω/s, 11(b) ein ΔZ
von –2 Ω/s und 11(c) ein ΔZ von
1,5 Ω/s
dar. Wenn die Impedanz innerhalb des Standardwerts von ±1 Ω/s liegt,
wie es der Fall ist, wenn Δ =
0,5 Ω/s,
blinkt das Segment, wie in 11(d) gezeigt.
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Als
Nächstes
erfolgt eine Bestimmung, ob der Absolutwert von ΔZn/ΔT für ΔZ0/ΔT
innerhalb des Standardwerts (0,5 Ω/s bis 1 Ω/s) liegt (Schritt 13). Wenn
er es nicht tut, gehen wir nach Schritt 14 weiter, wo eine
Bestimmung erfolgt, ob noch etwas der für die Messung zugeordneten
Zeit übrig
ist. Wenn verbleibende Zeit vorhanden ist, kehren wir nach Schritt 11 zurück und gehen
zur Berechnung von ΔZn/ΔT
bei der nächsten
Abtastzeit weiter.
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Wenn
in Schritt
13 ΔZ
n/ΔT
innerhalb des Standardwerts liegt, erfolgt eine Bestimmung, ob es kontinuierlich über m Abtastungen
(beispielsweise m : 3) hinweg innerhalb des Standardwerts lag (Schritt
15).
Wenn die Impedanz nicht innerhalb des Standardwerts über m Abtastungen
hinweg lag, kehren wir über
Schritt
14 nach Schritt
11 zurück. Wenn die Bestimmung im
Schritt
15 „ja" ist, erfolgt eine
Beurteilung, ob eine Zeitdauer verstrichen ist, welche ausreichend
ist, einen Wert zu bestimmen, das heißt eine Beurteilung, ob die
verstrichene Zeit größer t
1, die Zeitdauer, während welcher der Impedanzwert
nicht bestimmbar ist, ist (Schritt
16). Wenn eine Zeitdauer größer als
t
1 verstrichen ist, treten wir in die Zeitdauer t
2 ein, während
welcher ein Verarbeitung zur Bestimmung des Impedanzwertes ausgeführt wird.
Der mittlere Impedanzwert wird gemäß Formel 1 berechnet: Formel
1.
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Mit
dieser Berechnung kommen wir zu einem Wert für die Impedanz (Schritt 17).
Dann wird eine Verarbeitung durchgeführt, um den Benutzer davon in
Kenntnis zu setzen, dass die Messung abgeschlossen ist (Schritt 18).
Verschiedene Arten einer Berechnungsverarbeitung werden durchgeführt (Schritt 19)
und schließlich
die Verarbeitung durchgeführt, um
zu bewirken, dass die Berechnungsergebnisse und die Messergebnisse
auf der Anzeige 16 erschienen (Schritt 20).
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Wenn
im Schritt 16 keine zur Bestimmung eines Impedanzwertes
ausreichende Zeit verstrichen ist, kehren wir über Schritt 14 nach
Schritt 11 zurück. Wenn,
während
die verstrichene Zeit weiterhin für eine Bestimmung im Schritt 16 unzureichend
ist, die Messzeitgrenze in Schritt 14 überschritten ist, gehen wir
nach Schritt 21 weiter, wo eine Bestimmung erfolgt, ob
die Variabilität
des Messwertes während
der Messdauer einen monotonen Nichtzunahme- oder Nichtabnahmetrend
zeigt. Wenn die Beurteilung in Schritt 21 „ja" ist, erscheint die
Fehlermeldung „Haut kann
zu trocken sein. Hautoberfläche
anfeuchten und erneut beginnen" auf
der Anzeige 16 (Schritt 22). Wenn die Beurteilung
in Schritt 21 „nein" ist, wird die Fehlermeldung „Sie bewegen
sich zu sehr. Richtige Haltung einnehmen und erneut beginnen" angezeigt (Schritt 23).
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Die 17(a) und 18–27 veranschaulichen
Handgriffe 70A bis 70K, die in den Vorrichtungen
dieser Erfindung anstelle der in den 1 und 2 abgebildeten
Handgriffe verwendet werden können;
in diesen Fig. bezeichnen die gleichen Bezugsziffern die gleichen
Aufbauten und Funktionen. Diese Handgriffe können an der Vorrichtung festgemacht
oder so angebracht sein, dass sie nach Bedarf durch das Subjekt
gedreht werden können, um
einen festen Kontakt zwischen den Handgriffen und den Händen des
Subjekts zu schaffen.
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Der
in 17(a) gezeigte Handgriff 70A hat allgemein
Hantelform. Die ringförmige
Elektrode 71 gibt einen festen Strom wie die Elektroden 17 und 18 in
den 1 und 2 auf; die ringförmige Elektrode 72 weist
Spannung nach, wie die Elektroden 19 und 20 in
den 1 und 2; das Barrierensegment 73 entspricht
den Barrierensegmenten 12b und 13b in den 1 und 2;
und das obere Ende 74 und das untere Ende 75 entsprechen
den oberen Enden 12a, 12c und unteren 12c, 13c in
den 1 und 2. 17(b) zeigt,
wie die linke Hand eines Subjekts den Handgriff der 17(a) berührt,
wenn das Subjekt den Handgriff der Vorrichtung erfasst. Bereich
a berührt
die Ringelektrode 71, während
Bereich b die Ringelektrode 72 berührt. Der Bereich d hat eine
Breite, gezeigt durch den doppelköpfigen Pfeil in 17(b), die der Breite des Barrierensegments 73 entspricht.
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Der
Handgriff 70B in 18 enthält auch
einen Vorsprung 76, der zwischen den Zeige- und den Mittelfinger
des Subjekts passt. Der Handgriff 70C der 19 weist
eine Einsenkung oder Nut 77 auf, die das Barrierensegment 73 zwischen
den Ringelektroden 71 und 72 bildet. Die Handgriffe 70D–70H der 20–24 weisen
ebenfalls den Vorsprung 76 der 18 auf;
die Elektroden 71 und 72 sind aufgeweitet und/oder
längs der
Oberfläche
des Handgriffs bewegt, um einen größeren Berührbereich mit der Hand des
Subjekts zu schaffen; Bereiche 78 und 79 zeigen
den größeren Berührbereich
mit der Handfläche
des Subjekts, der bei den Handgriffen 70D–70H mit
dem Bereich b der 17(b) verfügbar ist.
Bezugszahlen 80 und 81 in den 23 und 24 bezeichnen
schräg
zulaufende Bereiche zur Lieferung eines guten Kontakts zwischen
den Handgriffen 70G und 70H und der Handfläche des
Subjekts.
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Die 25 und 26 zeigen
Handgriffe 70I und 70J mit ovalem Querschnitt,
bei welchen eine Einsenkung 82 als Führung für den Zeigefinger des Subjekts
dient. Der Handgriff 70I weist eine „Rennstrecken"-Form auf, während der Handgriff 70J eine gerundete
ovale Form hat.
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27 zeigt
einen Handgriff 70K, bei welchem der obere Abschnitt des
Handgriffs, über
welchem die Elektrode 71 liegt, einen Durchmesser ∅1 hat,
der kleiner als der Durchmesser ∅2 des unteren Abschnitts
des Handgriffs, über
welchem die Elektrode 72 liegt, ist.
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In
den obigen Beispielen haben wir die Messung von Impedanz zwischen
den Händen
diskutiert. Die Vorrichtung dieser Erfindung kann natürlich auch die
Impedanz zwischen einer Hand und einem Fuß oder zwischen den Füßen messen.
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Die
Erfindung dieser Anmeldung weist eine Vorrichtung zur Erkennung
anomaler Zustände,
welche einen unzureichenden Kontakt mit den Elektroden oder einen
fehlerhaften Kontakt oder eine Unterbrechung in einer Schaltung
nachweist, auf, wodurch die Genauigkeit der Messungen verbessert
wird. Die Erfindung dieser Anmeldung enthält auch eine Vorrichtung zur
Bestimmung, ob ein guter Kontakt hergestellt worden ist. Dadurch
kann die Vorrichtung dieser Erfindung einen optimalen Impedanzwert
feststellen, der hoch zuverlässig
ist. Diese Vorrichtungen weisen auch eine Komponente auf, welche
automatisch die Verarbeitung zur Bestimmung des Impedanzwertes durchführt. Dadurch
können
sie einen optimalen Impedanzwert, der hochzuverlässig ist, automatisch bestimmen,
wodurch sie für
einen persönlichen
Gebrauch ideal sind.
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Die
Erfindung dieser Anmeldung zeigt die wahrscheinliche Quelle eines
Fehlers beruhend auf der Art des Fehlers an und weist den Benutzer
an, erneut zu beginnen. Dies stellt sicher, das eine hochgenauer
Messung beim zweiten Versuch erfolgen kann. Die Erfindung dieser
Anmeldung zeigt auch in Echtzeit die Variabilität einer zeitlichen Abfolge
von Messwerten an. Dadurch kann die Vorrichtung automatisch einen
Wert für
ein effektives Arbeiten bestimmen, und dadurch kann der optimale
Impedanzwert mit hoher Zuverlässigkeit
bestimmt werden.
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Es
versteht sich, dass die beigefügten
Ansprüche
den Umfang der Erfindung beschreiben, in welchem Schutz nachgesucht
wird, und dass der Fachmann in der Lage ist, Abwandlungen und Verbesserungen
der Erfindung, wie sie hier offenbart ist, vorzunehmen, die im Umfang
und Grundgedanken der beigefügten
Ansprüche
liegen. Die Beschreibung dieser Erfindung veranschaulicht die Erfindung
und soll eine volle Abde ckung der offenbarten und beanspruchten
Erfindung dieser Anmeldung nicht einschränken.
