FI102587B - Laitteisto elintoimintojen seuraamiseksi ja seurantatulosten käsittele miseksi - Google Patents

Description

102587

Laitteisto elintoimintojen seuraamiseksi ja seurantatulosten käsittelemiseksi Tämän keksinnön kohteena on laitteisto elintoimin-5 tojen seuraamiseksi ja seurantatulosten käsittelemiseksi, joka laitteisto käsittää rintakehään tukeutuvan mittausan-turisovitelman, joka käsittää yhden tai useampia mittausantureita ja signaalinkäsittelyvälineet anturisignaalin/-signaaleiden käsittelemiseksi, siirtovälineet mittausantu-10 risovitelman kehittämän signaalin siirtämiseksi, tiedonke-ruulaitteen siirtovälineiden siirtämän signaalin vastaanottamiseksi ja tallentamiseksi, välineet, kuten yleiskäyttöisen henkilökohtaisen tietokoneen, tiedonkeruulaitteen tallentaman signaalin käsittelemiseksi ja näyttö- tai tu-15 lostuslaitteen käsittelytulosten esittämiseksi.

Yllä kuvatun tyyppisiä laitteistoja tunnetaan esimerkiksi julkaisuista WO 86/04497 ja DE 42 29 073 AI. Julkaisusta WO 86/04497 tunnetun laitteiston avulla kyetään seuraamaan hengitystaajuutta, sydämen syketaajuutta ja 20 kehon kokonaisliikettä ja määrittämään näiden perusteella kulutettujen kalorien määrä. Laitteisto soveltuu siten lähinnä kuntourheiluun tai kuntoutukseen. Anturina laitteistossa käytetään venymäliuska-anturia, joka on sovitet- ; tu rintakehää tiukasti ympäröivään pantaan.

* § ’···' 25 Esillä olevan keksinnön tavoitteena on tuoda esiin : *·· laitteisto, jolla elintoimintoja, erityisesti rintakehän • · · V · alueen toimintoja, voidaan seurata erittäin monipuolises ti ja tarkasti. Tähän päästään keksinnön mukaisen lait-·*·.. teiston avulla, jolle on tunnusomaista, että mittausantu- 30 risovitelma on sovitettu tuottamaan useisiin elintoimin- • · » / . töihin, kuten sydämen ja keuhkojen toimintaan ja kehon • · · '· liikkeisiin, perustuvat signaalispektrit yhtenä yhdistet- tynä signaalispektrinä ja välineet tiedonkeruulaitteiston tallentaman informaation käsittelemiseksi käsittävät kä-35 sittelyohjelmiston mittausanturisovitelman kehittämän sig- * 102587 2 naalispektrin jakamiseksi useisiin eri fysiologista alkuperää oleviin osaspektreihin. Täten keksinnön mukaisen laitteiston avulla ei esimerkiksi sydämen toiminnan osalta seurata ensisijaisesti sydämen syketaajuutta vaan kehite-5 tään EKG-käyrää vastaavan käyrä, josta voidaan nähdä myös sydämen toiminnassa mahdollisesti ilmenevät häiriöt. Samoin hengityselinten toiminnan osalta sitä kuvaavasta osasperktristä saadaan hengitystaajuuden lisäksi selville yskähdykset, kuorsaus ja muut vastaavat hengitystoiminnan 10 ilmiöt.

Keksinnön mukaisesti anturisovitelman kehittämä yhdistetty signaalispektri käsittää eri fysiologista alkuperää olevat osaspektrit joko päällekkäin kerrostuneina tai useiden eri signaalispektrien muodostamana aikaja-15 koisena signaalispektrinä. Jos anturina käytetään esimerkiksi kapasitiivista kiihtyvyysanturia, jonka herkkyys on hyvä sekä matalilla että korkeilla taajuuksilla, voidaan kaikki mitattava informaatio ajatella koottavaksi tämän yhden anturin avulla. Tällöin siis anturi kehittää signaa-20 Iin, jossa kaikki eri alkuperää olevat signaalit sisälty vät yhteen signaalispektriin. Tällaisia erittäin herkkiä kapasitiivisia kiihtyvyysantureita valmistaa Suomessa esimerkiksi VTI-Hamlin Oy. Tällaisen kapasitiivisen kiihtyvyysanturin avulla, kun se on sovitettu tukeutumaan rinta-25 kehään esimerkiksi sydämen kohdalle, voidaan havainnoida ; '·· ja seurata useita erilaisia fysiologisia toimintoja. Täl- : laisia fysiologisia toimintoja ovat hengitys eli keuhkojen toiminta, sydämen toiminta samoin kuin käyttäjän asento ylipäätään. Erityisesti hengitykseen liittyen voidaan to- ♦ 30 deta erilaiset yskimiset ja jopa vähäisemmät värähtelyt, • · · • ^ kuten keuhkojen tai keuhkoputkien rahinana tai vastaavana ψ % · *· '·’ äänenä stetoskoopin avulla kuultavissa olevat ilmiöt. An- : .· turi reagoi myös moniin muihin toimintoihin, kuten puhe ja niistäminen.

35 Jos sen sijaan eri fysiologisten seikkojen antu- 102587 3 rointiin käytetään erillisiä antureita, on näiden signaalien sekoittaminen yhdeksi signaaliksi toki mahdollista, mutta tarpeetonta, koska eri antureiden lukema voidaan anturisovitelmaan sisältyvien signaalinkäsittelyvälineiden 5 avulla käydä lukemassa peräkkäin aikajakoiseksi signaaliksi. Eri antureiden lukutaajuus on luonnollisesti niin suuri, että kukin eri fysiologista alkuperää oleva signaali voidaan erottaa yhdistetystä signaalista täysin yhtäjaksoisesti mitattua signaalia vastaavaksi.

10 Keksinnön mukaisen laitteiston merkittävä etu on, että tarkoista mittaustuloksista huolimatta mittausantu-risovitelma on sovitettu tukeutumaan rintakehään ilman ihokosketusta. Tällainen ihokosketukseton eli käytännössä vaatteiden päältä tapahtuva mittaus yksinkertaistaa ja 15 nopeuttaa mittauspannan asentamista merkittävästi, millä on suuri merkitys ajatellen keksinnön mukaisen laitteiston käyttöä vaikkapa erilaisissa onnettomuustilanteissa.

Koska keksinnön mukaisen laitteiston avulla kyetään elintoimintojen pitkäaikaiseen seuraamiseen, se soveltuu 20 käytettäväksi erityisesti eri tyyppisten yskien samoin kuin astman ja vastaavien hengityselinsairauksien diagnostisoinnin yhteydessä keräämään dataa ja käsittelemään sitä siten, että sairauden diagnostisointi voidaan suorittaa tämän datan pohjalta. Myös erilaiset unen aikaiset ilmiöt, 25 kuten hengityskatkokset ja kuorsaus, kyetään helposti ha-\ '·· vaitsemaan.

jT: Seuraavassa keksinnön mukaista laitteistoa kuvataan # yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jos-sa • * · 30 kuvio 1 esittää osaa keksinnön mukaisen laitteis- » i f tosta periaatteellisena kaaviokuvana, kuvio 2 esittää toista osaa keksinnön mukaisesta \ laitteistosta kaaviollisesti, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteiston osa-35 n esimerkinomaisen suoritusmuodon rakennetta kaaviokuvana, 4 102587 kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteiston osan toisen esimerkinomaisen suoritusmuodon rakennetta kaaviokuvana ja kuvio 5 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen lait-5 teiston avulla määritetystä signaalispektristä ja sen jaosta eri fysiologista alkuperää oleviin osaspektreihin.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen laitteiston sen osan periaatteellinen rakenne, jota tarkkailtava henkilö kuljettaa mukanaan. Se käsittää esimerkiksi teks-10 tiilimateriaalia tai vastaavaa olevan pannan 9 avulla käyttäjän rintakehään edullisimmin sydämen kohdalle tuettavan anturisovitelman 10 ja siihen kaapelin, kuten parikaapelin 5, avulla kytketyn tiedonkeruulaitteen 6. Yksinkertaisimmillaan tämä tiedonkeruulaite voi olla pienois-15 nauhuri, kuten sanelulaite tai vastaava. Tällaisen nauhurin avulla kyetään tallentamaan magneettinauhalle anturisovitelman 10 kehittämää signaalispektriä. Edullisimmin anturisovitelma 10 on täysin hermeettisesti suljettu ja siten desinfioitavissa. Tekstiilipanta 9 on samoin desin-20 fioitavissa ja sisältää sopivan taskun tai vastaavan antu-risovitelmaa 10 varten. Tiedonkeruulaite 6 on puolestaan varustettu sopivilla kiinnikkeillä, joiden avulla se voidaan tukea esimerkiksi käyttäjän vyöhön tai vastaavaan.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen laitteis- ·,,,· 25 ton toinen osa eli tiedonkäsittelyosa, jonka avulla tie- donkeruulaitteen 6 keräämä informaatio kyetään käsittele- iT: mään sillä tavoin, että se soveltuu haluttujen diagnoosien » tekoon. Tätä tarkoitusta varten tiedonkeruulaitteen kerää- ;·, mä informaatio puretaan ensin yksikköön 11, jossa se muo- * · · t-·^ 30 kataan digitaaliseen bittimuotoon, minkä jälkeen se voi-

4 « I

daan syöttää tietokoneelle 7, kuten henkilökohtaiselle * · 'Λ* tietokoneelle, johon on liitetty myös näyttölaite 8. Yk- ! : sikköä 11 ei luonnollisesti tavittava, jos signaalispekr- tin AD-muunnos on suoritettu jo anturisovitelmassa 10. 35 Näyttölaitteella näytetyt käyrät ja mitta-arvot voidaan 5 102587 luonnollisesti tulostaa myös kirjoittimella (ei esitetty) . Näyttölaitteen 8 ja kirjoittimen tilalla tulostuslaitteena voitaisiin luonnollisesti käyttää myös piirturia.

Jos käytetään kuvion 1 mukaista analogista tiedon-5 keruumenettelyä, on tiedonkeruulaitteen 6 keräämä informaatio analoginen värähtelyspektri, jossa ovat päällekkäin kerrostuneina käyttäjän rintakehän erilaiset liikkeet ja värähtelyt. Siitä ovat erotettavissa sekä hengityksestä aiheutuvat värähtelyt että sydämen toiminnasta aiheutuvat 10 värähtelyt. Samoin siitä ilmenevät myös keuhkojen erilaiset liikkeet samoin kuin itse käyttäjänkin toiminnot, kuten istuutuminen, makuulle asettuminen, puhuminen, jne, kuten jäljempänä tullaan kuvaamaan kuvion 5 yhteydessä. Tällainen analoginen signaalispektri on synnytettävissä jo 15 pelkästään yhden kapasitiivisen kiihtyvyysanturin avulla, mutta on myös mahdollista käyttää eri toimintojen tarkkailuun erillisiä antureita. Tällaisina antureina kiihtyvyysanturin ja erityisesti kapasitiivisen kiihtyvyysanturin lisäksi tulevat kysymykseen venymäliuska-anturi, piet-20 sosähköinen voima-anturi ja myös paineanturi, erityisesti mikropiirityyppinen paineanturi. Tällaisten anturien avulla kukin haluttu toiminto voidaan määrittää omaksi signaa-likseen jotka joko yhdistetään toisiinsa suoraan tai edullisemmin muodostetaan aikajakoiseksi signaalisperktriksi, 25 joka siis sisältää eri anturien signaalisperktrit toistu- • · · * vina peräkkäisinä lyhyinä pätkinä joko analogiamuodossa tai digitaalisina.

• « : " Sopiva käsittelyohjelmisto tiedonkeruulaitteen 6 • · · V · keräämän värähtelyspektrin analysointia varten on tallen- .'.J 30 nettu tietokoneeseen 7. Sen avulla sopivia matemaattisia • · .··*. suodatinfunktioita hyödyntämällä saadaan eri fysiologisis- • · • ta toiminnoista peräisin olevat signaalispektrit toisis- • · · taan erilleen.

• Kuviossa 3 on esitetty rakennekaavio kuviossa 1 35 esitetyn kaltaiselle laitteiston osalle. Tässä anturisovi- s 102587 telma 10 käsittää kapasitiivisen kiihtyvyysanturin 1 ja siihen liittyvän muunnospiirin 2, jonka avulla kapasitiivisen kiihtyvyysanturin 1 kapasitanssimuutokset muunnetaan jänniteviestiksi. Tällaisia sekä kapasitiivisen kiihty- 5 vyysanturin että ASIC-piirinä toteutetun muunnospiirin sisältäviä hybridipiirejä valimistaa Suomessa VTI-Hamlin Oy (esimerkiksi autojen aktiivijousitusta varten). Koska kyseessä on kaupallisesti saatavissa oleva tuote, ei sen rakennetta kuvata tässä yhteydessä lähemmin.

10 Muunnospiiriltä 2 saatava jänniteviesti voidaan puolestaan joko sellaisenaan tai vahvistettuna vahvistimen (ei esitetty) avulla siirtää parikaapelia 5 pitkin tiedon-keruulaitteelle 6. Kuten jo edellä todettiin, tiedonkeruu-laitteena soveltuu tällöin käytettäväksi analogisen jänni-15 tesignaalin tallentamiseen varsin hyvin soveltuva analoginen nauhuri, kuten sanelulaite tai vastaava, tai DAT-nau-huri. Myös kehittyneempiä tiedonkeruulaitteita, jotka tallentavat tietoa hyvinkin pitkältä ajalta, voidaan luonnollisesti käyttää. Tällaisia tiedonkeruulaitteita myös fy-20 siologista alkuperää olevien signaalien tallentamiseen on yleisesti saatavilla.

Kuviossa 4 on esitetty toisen esimerkinomaisen suoritusmuodon rakennekaavio kuviota 3 vastaavalle osalle keksinnön mukaista laitteistoa. Tässä kuvion 4 mukaisessa 25 suoritusmuodossa anturisovitelma 10 käsittää kapasitiivi- % · · sen kiihtyvyysanturin 1, muunnospiirin 2 anturin ka-pasitanssimuutosten muuttamiseksi jänniteviestiksi, A/D- • · : ” muuntimen 3, muistipiirin 4 ja lähetinyksikön 5a. A/D-muu- • · · V * nnin 3 muuttaa muunnospiirin 2 antamat jänniteviestit di- : 30 gitaaliseksi signaaliksi. A/D-muuntimelta 3 signaalit tuo- • · · ** • · .···. daan muistipiirille 4, johon digitalisoitu signaalispektri • · '** voidaan lyhytaikaisesti tallentaa. Muistipiiriltä 4 infor- i maatio voidaan sopivin väliajoin purkaa lähetinyksikölle 5a, jolla signaali välitetään vastaanotinyksikölle 5b, 35 joka on sovitettu tiedonkeruulaitteen 6 yhteyteen. Lähetin 102587 7 5a ja vastaanotin 5b voivat toimia radiotaajuudella, mutta yksinkertaisemman vaihtoehdon tarjoaa magneettikentän välityksellä tapahtuva tiedonsiirto, jolloin lähettimen 5a ja vastaanottimen 5b välillä on tiedonsiirron tapahtuessa 5 induktiivinen kytkentä.

Kuvion 4 mukaista kytkentää voidaan helposti modifioida myös siten, että A/D-muunnin 3 ja muistipiiri 4 jätetään pois, jolloin muunnospiirin 2 kehittämä jännite-viesti lähetetään suoraan lähettimellä 5a vastaanottimelle 10 5b. Tällöin siis tullaan hyvin lähelle kuvion 3 mukaista analogista kytkentää, mutta kaapeliyhteys 5 on tällöin korvattu langattomalla yhteydellä. On myös ajateltavissa, että kuvion 4 suoritusmuotoa modifioitaisiin siten, että signaalit A/D-muuntimelta 3 tuotaisiin suoraan lähettimel-15 le 5a. Näissä modifikaatioissa lähetin 5a joutuisi toimimaan jatkuvasti, mikä on vältettävissä muistiyksikön 4 käytön avulla. Kun muistiyksikköä 4 käytetään, voidaan lähettimen 5a toiminta tehdä purskemaiseksi eli se lähettää signaalia ainostaan jaksoittaisesti. Tällä tavoin sen 20 energiankulutusta voidaan pienentää.

Anturisovitelmaan 10 sisältyy sen erinäisiä toimintoja varten myös energialähde, kuten akku. Jotta mit-tausanturilaitteisto 10 kuitenkin voitaisiin sulkea hermeettisesti, on ajateltavissa, että laitteiston 10 sisällä 25 olevan akun lataus suoritettaisiin induktiivisesti. Luon- • · · ** * nollisesti myös irralliset akut tai paristot tulevat kysy mykseen, mikäli anturilaitteistoa ei katsota tarpeellisek- « · : ” si sulkea hermeettisesti esimerkiksi muovikuoreen valamal- • · ♦ • * · η ·.· · la.

.·. : 30 Kuviossa 5 on esitetty periaatteellinen esimerkki • · · • · ··· keksinnön mukaisen laitteiston avulla suoritetusta elin- • · • · *’* toimintojen tarkkailusta. Kuvatut käyrät on esitetty kar- : : : keina havainnollistuksina ei todellista mittausta vastaa- : vaan tarkkuuteen ole pyritty. Kuviossa 5 on ylinnä aika- 35 akseli, joka edustaa neljän sekunnin ajanjaksoa välillä 3 102587 13.46.25-13.46.29. Seuraava käyrä otsikolla "AKTIVITEETTI" edustaa anturisovitelmalta saatavaa analogista signaalia, jossa kaikki eri fysiologisista toimintoja kuvaavat sig-naalispektrit ovat päällekkkäin. Tästä "AKTIVITEETTI"-käy-5 rästä on sitten suodatettu esiin kaikki alemmat käyrät, jotka on otsikoitu "PULSSI", "HENGITYS", "ASENTO", "YSKÄ", "NIISTO", "AIVASTUS" ja "KUORSAUS".

Kuten kuviosta 5 nähdään, eri fysiologista alkuperää olevat signaalit saadaan eri käyrissä näkyviin sen 10 perusteella millaisen mekaanisen liikkeen ne aiheuttavat rintakehän ympärille sovitettuun anturisovitelmaan. Sydämen syke eli pulssi vastaa tällöin hyvin pitkälle EKG-käy-rää ja siitä pystytään päättelemään useita samankaltaisia asioita kuin EKG-käyrästä. Sen lisäksi esimerkiksi yski-15 mistä kuvaavaa käyrää analysoimalla saadaan selville yskänkohtausten kesto ja intensiteetti ja myös yskän yleinen luonne. Näiden tietojen avulla saadaan selville yskän luonne ja siten arvokasta tietoa mahdollista lääkitystä varten. Myös lääkityksen vaikutus saadaan näkyviin täysin 20 absoluuttisena eli yskänkohtausten lukumäärän ja intensiteetin muutoksina.

Yllä keksinnön mukaista laitteistoa elintoimintojen ; seuraamiseksi ja seurantatulosten käsittelemiseksi on ku vattu vain joidenkin esimerkinomaisten suoritusmuotojen 25 avulla ja on ymmärrettävää, että niitä voidaan jossakin • · · määrin modifioida poikkeamatta kuitenkaan oheisten patent- .. tivaatimusten määrittelemästä suojapiiristä.

• · • · · • · · • · · • · • · · • · t”’: * « ·

Claims (6)

9 102587

1. Laitteisto elintoimintojen seuraamiseksi ja seurantatulosten käsittelemiseksi, joka laitteisto käsittää 5 rintakehään tukeutuvan mittausanturisovitelman (10) , joka käsittää yhden tai useampia mittausantureita (1) ja signaalinkäsittelyvälineet (2; 2, 3, 4) anturisig-naalin/-signaaleiden käsittelemiseksi, siirtovälineet (5; 5a, 5b) mittausanturisovitelman 10 (10) kehittämän signaalin siirtämiseksi, tiedonkeruulaitteen (6) siirtovälineiden siirtämän signaalin vastaanottamiseksi ja tallentamiseksi, välineet (7), kuten yleiskäyttöisen henkilökohtaisen tietokoneen, tiedonkeruulaitteen (6) tallentaman sig-15 naalin käsittelemiseksi ja näyttö- tai tulostuslaitteen (8) käsittelytulosten esittämiseksi, tunnettu siitä, että mittausanturisovitelma (10) on sovitettu tuottamaan useisiin elintoimintoihin, kuten sydämen ja keuhkojen toi-20 mintaan ja kehon liikkeisiin, perustuvat signaalispektrit yhtenä yhdistettynä signaalispektrinä ja välineet (7) tiedonkeruulaitteiston (6) tallentaman informaation käsittelemiseksi käsittävät käsittelyohjel-miston mittausanturisovitelman kehittämän signaalispektrin 25 jakamiseksi useisiin eri fysiologista alkuperää oleviin • · · osaspektreihin.

.. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, • · *... tunnettu siitä, että anturisovitelman (10) kehit- • · · ’·1 ’ tämä yhdistetty signaalispektri käsittää eri fysiologista 30 alkuperää olevat osaspektrit päällekkäin kerrostuneina, i"';

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että anturisovitelman (10) kehittämä yhdistetty signaalispektri käsittää eri fysiologista alkuperää olevat osaspektrit useiden eri signaalispektrien 35 muodostamana aikajakoisena signaalispektrinä. 102587 10

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että anturisovitelma (10) käsittää kapasitiivisen kiihtyvyysanturin (1).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen 5 laitteisto, tunnettu siitä, että mittausantu- risovitelma (10) on sovitettu tukeutumaan rintakehään ilman ihokosketusta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siirtovälineet mittausantu- 10 risovitelman (10) kehittämän signaalispektrin siirtämiseksi käsittävät lähettimen (5a) sovitettuna anturisovitelman (10) yhteyteen ja vastaanottimen (5b) sovitettuna tiedon-keruulaitteen (6) yhteyteen. ··· t · · • « I • · • I I • · · • · · 1 · • · · • · · • · • # · t : • · · 102587 11