NO317810B1 - Detektor-festelapp for biosignaler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår oppfanging av biosignaler fra en pasients kropp. Med biosignaler skal forstås både elektriske signaler som oppstår i forbindelse med muskelaktivitet, nerveaktivitet og hjerneaktivitet i en levende kropp, og akustiske signaler i forbindelse med bevegelser innvendig i en kropp. Således vil f.eks. hjerteaktivitet gi opphav til både elektriske signaler, som tradisjonelt avføles med EKG-utstyr, og tydelig hørbare lydsignaler, som tradisjonelt oppfanges med et stetoskop. Oppfinnelsen tar således for seg begge disse signaltypene.

Det foreligger en del litteratur angående det å oppfange og eventuelt syn-kronisere deteksjonen av akustiske og elektriske signaler f.eks. fra hjerteaktivitet i en menneskekropp. Det er f.eks. kjent, fra tysk Offenlegungsschrift DE 3804616 og fra japansk patentsøknad med publikasjonsnummer 10127626, i og for seg tradisjonelle stetoskoper hvor elektroder er bygd inn i stetoskop-huset som legges an mot pasientens kropp. Slik kan man oppta både elektriske signaler og lydsignaler samtidig. Også US patent nr. 4,428,380 omtaler en slik kombinasjon, men med en elektronisk opptaksanordning i stedet for den tradisjonelle stetoskop-klokken. Men også i dette tilfellet omfatter opptaksanordningen ("the chest piece") separate elektroder og en separat mikrofon. For øvrig er det fra US 4,129,125 kjent en overvåkningsanordning for f.eks. hjerteaktivitet, som omfatter en eller flere mikrofoner og elektroder for oppfanging av elektrisk aktivitet, som separate enheter. Fra publisert patentsøknad US 2002/0038089 er videre kjent en håndholdt sensor for å ta opp EKG-signaler og akustiske signaler fra hjertet. Elektroder for anlegg mot hud, samt et akustisk måleelement er koplet til et internt kretskort, men anordningen er ikke ment å festes til huden. Et apparat for å feste en transduser til en pasients hud, er imidlertid kjent fra WO 92/08407. Dette apparatet omfatter en festelapp og en kopler som festes til lappen. En vibrasjonstransduser koples igjen til kopleren. I festelappen er det innlagt EKG-elektroder, mens transduseren måler bevegelse av hjertevegg. Signaler fra vibrasjonstransduser og EKG-elektroder føres imidlertid ut i separate ledninger.

Felles for de kjente anordningene er kompleksiteten av systemene med mange forskjellige detalj-enheter innbygget i kompliserte, sammensatte an-ordninger.

Foreliggende oppfinnelse har som siktemål å frembringe en forenklet anordning for deteksjon av biosignaler. Således er det ifølge et første aspekt av foreliggende oppfinnelse tilveiebrakt en detektor-festelapp for oppfanging av biosignaler fra en hudoverflate på en pasients kropp, omfattende minst en elektrode for oppfanging av elektriske signaler, f.eks. fra pasientens hjerte, samt signalleder fra elektroden. Detektor-festelappen ifølge dette første aspekt kjennetegnes særskilt ved at hver elektrode er koplet direkte til minst en av et antall elektriske poler i en lydtransduser i detektor-festelappen ved å anvende felles signalleder for aktuell elektrode og pol i det minste et stykke innvendig i festelappen.

Lydtransduseren er i en foretrukket utførelsesform av det første aspekt av oppfinnelsen, en akustoelektrisk transduser med minst to elektriske poler. Fortrinnsvis omfatter transduseren minst en piezoelektrisk folie som omvandlerelement, idet hver folie har to elektriske poler. Transduseren kan være montert i en omhylning som kan festes mot en pasients hud. Omhylningen kan ha en hudvennlig festetape rundt sin omkrets for klebende festing mot huden, eller den kan ha en nippel for påsetting av vakuum for sugefesting mot huden.

Ifølge et andre aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en detektorenhet for samtidig oppfanging av både elektriske og akustiske signaler fra et avgrenset hudområde på en pasients kropp, og detektorenheten omfatter minst en elektrode og en lydtransduser, og med signalledere fra elektroden(e) og lydtransduseren. Detektorenheten ifølge det annet aspekt av foreliggende oppfinnelse kjennetegnes særskilt ved at den er montert i en festelapp av i og for seg kjent type, og ved at hver elektrode er koplet direkte til minst en av et antall poler på lydtransduseren ved å anvende felles signalleder for aktuell elektrode og pol i det minste et stykke innvendig i festelappen.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av det annet aspekt av oppfinnelsen ut-gjøres lydtransduseren av en akustoelektrisk transduser med minst to elektriske poler. Minst en av et antall signalledere fra transduseren kan være innrettet og koplet for overføring av et oppfanget spenningssignal fra pasientens kropp, f.eks. fra hjerteaktivitet.

I det følgende skal oppfinnelsen omtales i nærmere detalj ved gjennomgang av eksemplifiserte utførelsesformer, og med henvisning til de vedføyde tegning-ene, hvor

fig. 1 viser en pasient som utsettes for en tradisjonell EKG-undersøkelse, fig. 2 viser en vanlig kjent EKG-festelapp (klebelapp),

fig. 3 viser et eksempel på en detektor-festelapp i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, sett i perspektiv og med dekkpapir,

fig. 4 viser i utspilt perspektivisk riss nedenfra, delvis skåret av på midten, samme detektor-festelapp som i fig. 3, uten dekkpapir,

fig. 5 viser i utspilt perspektivisk riss ovenfra, samme detektor-festelapp som i fig. 3 og 4, uten dekkpapir,

fig. 6 viser et eksempel på indre oppbygning av en detektor-festelapp med kombinert akustoelektrisk sensor og EKG-elektrode, i henhold til noe annerledes utførelsesform av foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser samme type detektor-festelapp som i fig. 6, med ledning tilkoplet, sett utenfra, og

fig. 8 viser hvordan flere slike detektor-festelapper som i fig. 6 og 7 kan koples i kaskade.

I fig. 1 vises en i og for seg tradisjonell undersøkelses-situasjon med hen-syn på opptak av elektrokardiogram for en person 1 ved hjelp av elektronisk utstyr 2. Feste/klebelapper 4 festes på utvalgte steder på pasientens kropp, og metall-elektrodene i klebelappene forbindes via ledninger 3 tilbake til apparatet 2. En lege kan så følge med på den elektriske aktiviteten 5 på skjerm eller på utskriftsenhet. Når det gjelder klebelappene 4 med metallelektrode, er disse oftest av typen som fremgår øverst i fig. 1, dvs. en rund klebelapp med sentralt anbrakt elektrode.

(Eventuelt kan det være aktuelt med f.eks. tre separate elektrodepunkter i en lapp.) Fig. 2 viser en slik klebelapp-elektrode nærmere, henvisningstall 3 viser led-ningen, 7 viser en omhylling rundt den sentralt anbrakte elektroden, og henvisningstall 6 angir selve klebetapen. I herværende oppfinnelse benyttes i prinsipp en anordning av tilsvarende type som vises i fig. 2, men kabelen 3 omfatter minst to separate ledninger, gjerne flere, og omkapslingen 7 inneholder noe mer enn en ren metallelektrode. Således finnes det inne i omkapslingen 7 en lydtransduser, og minst en av lydtransduserens elektriske poler er koplet direkte elektrisk til en elektrode som ligger an mot pasientens hud og fungerer på tilsvarende måte som i systemet ifølge fig. 1. Videre begrenses ikke festemåten til å være klebrig tape, men også andre festeanordninger kan anvendes. Fig. 3 viser en aktuell utførelsesform av en detektor-festelapp i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne festelappen er utstyrt med en flat lydtransduser innvendig, og den har et skiveformet skall/hus 7 i mykt materiale, videre en flerpolet kontakt 13 for tilkopling av signalledning, og et område med klister i sirkel på undersiden av lappen. Et dekkpapir 14 kan trekkes av for å frilegge klisterområdet og elektrode(r) på undersiden for anlegg direkte mot en pasients hud.

Samme konstruksjon vises mer detaljert i fig. 4, som er et utspilt riss hvor noen elementer også er skåret over på midten for tydelighets skyld. Øverst fremgår den flerpolete kontakten 13, som kan ha et antall ledningsforbindelser som går sentralt nedover og ut til forskjellige elektriske poler på lydsensoren/transduseren 8, som f.eks. kan være av slik type som anvist i innehaverens eget norske patent nr. 312 792. En slik flat sensor-utforming er geometrisk gunstig. Denne sensoren/transduseren kan være utstyrt med flere områder med piezoelektriske folier 14 som ved lydoppfanging vibrerer og derved gir elektriske signaler ut på elektroder på motstående flater av hver folie, og videre ut på separate ledninger fra respektive elektroder eller poler. Det er også mulig å kople flere folier 14 sammen elektrisk for å ta ut felles signal. En utforming med bare en vibrerende folie, eller færre eller flere separate folier 14 enn de seks som vises i figuren, er selvfølgelig også mulig. Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til en slik spesiell sensor/transduser 8 som her vist, men den transduser som benyttes, må oppvise minst to elektriske poler for avgivelse av elektrisk lydrepresenterende signal.

Signalledere vises i figuren bare skjematisk og stiplet fra sensorens folie-poler. Selv om det her antydes to separate ledere fra hver folie 14, er det en opplagt rasjonalisering å forbinde innbyrdes en pol fra hver folie, slik at alle folier dermed har en felles pol med en felles signalleder ut, altså en "jord" eller "common" type pol/leder. Med seks folier blir dermed en felles leder for "jord" og seks "aktive" signalledere opp til kontakten 13, altså syv signalledere.

Transduseren 8 har også et senterlegeme 15, som kan ha et ledende område koplet til "jord/felles"-polen, og sentralt en ledende forbindelse med den nederst anbrakte frontputen 9, som er av godt ledende materiale, dvs. av metall eller av elektrisk godt ledende plastmateriale. Derved ligger altså også frontputen på "jord/felles"-potensialet for lydtransduseren 8. Men frontputen 9 har også funksjon når det gjelder å oppfange elektriske signaler fra en pasients kropp, dvs. fra en hudoverflate, og har altså funksjon som EKG-elektrode når lappen anbringes mot huden.

Med andre ord oppfanger altså front-elektroden 9 et variabelt elektrisk signal fra pasientens kropp, og dette varierende signalet utgjør således et "basis-potensial" for lydsensoren 8, dvs. de øvrige spenningene på de seks "aktive" polene/lederne i sensoren måles i forhold til et slikt varierende basis-potensial for EKG-frontputen 9. På samme måte som antydet i fig. 1 føres de elektriske signalene gjennom ledning til et elektronisk utstyr 2 som detekterer og behandler signalene.

EKG-frontputen 9 er festet sentralt på en nedre del 7b av huset 7, som også har en øvre del 7a. Den nedre delen er også av mykt materiale, og har et klister-område 6 anbrakt hovedsaklig perifert for å gi feste til pasientens hud. Sentralt er det gjennomgang for elektrisk forbindelse mellom frontputen 9 og transduseren 8 slik som omtalt ovenfor. Den nedre delen 7b av huset 7 har forøvrig akustiske egenskaper tilpasset kroppsvev/hud, for å gi god akustisk kopling fra huden og opp til lydsensoren 8.

Fig. 5 viser de samme elementer som fig. 4, på samme måte men ovenfra. Elektriske signalledere fra "aktive" poler på piezofoliene 14 vises skjematisk å føre til kontakten 13 som har et tilsvarende antall poler. (Samlingen som antydes på figuren betyr bare en fysisk samling av ledere, lederne føres separat videre opp til kontakten.) Også en felles leder (jord) fra EKG-frontputen 9 via "jord" på transduseren 8 går videre til kontakten 13.

I en variant-utførelse av ovennevnte detektor-festelapp inngår flere, f.eks. tre, frontpute-elektroder 9, hver av disse forbundet innbyrdes med en og samme elektriske pol i lydtransduseren 8.1 ytterligere en variant er hver enkelt av de flere frontpute-elektrodene forbundet med hver sin separate pol i lydtransduseren.

Festemiddel i form av et klebende område 6 er effektivt, men ikke obligatorisk for oppfinnelsen, detektor-festelappen kan også festes ved hjelp av vakuum, slik som omtalt nedenfor, eller ved stropp eller klemmer.

I fig. 6 vises, på eksempels form, en mulig oppbygning av innmaten i en omkapsling 7 som f.eks. er av plast. En lydtransduser eller akustisk sensor 8 er anbrakt sentralt i omkapslingen og har en frontpute 9 for anlegg mot pasientens hud. Frontputen 9 er av elektrisk ledende materiale og er forbundet direkte med en av transduserens elektriske poler. Transduseren kan f.eks. fungere etter et prinsipp med piezoelektrisk folie/membran, hvor folien har elektroder, dvs. poler på hver side av seg. Transduseren kan forøvrig omfatte flere separate folier, slik det fremgår av figuren, og derved et høyere antall separate elektroder eller poler. Frontputen 9 av metall eller annet elektrisk ledende materiale er således koplet direkte sammen med en av transduserens elektriske poler.

Transduseren 8 er montert på et kretskort 10, som forøvrig kan omfatte elektroniske kretser 11 for bearbeiding av akustiske signaler som oppfanges av sensoren/transduseren 8. De elektroniske kretsene 11 kan f.eks. utføre digitaliser-ing, slik at ledningene i kabelen 3 fører signaler som er immune mot støypåvirk-ning. Bemerk imidlertid at festelappen 4 i sin enkleste og rimeligste utgave ikke behøver å inneholde annet enn en lydtransduser som har sine poler koplet til utgå-ende ledere, og slik at en av polene samtidig er koplet til eksternt utstyr 2 for regi-strering av elektrisk potensial i forhold til tilsvarende poler i andre, samtidig påsatte festelapper i andre posisjoner på pasientens kropp. Slike enkle og rimelige anord-ninger vil med fordel ha klebetape som festemiddel, og kunne brukes og kastes på tilsvarende måte som vanlige EKG-klebelapp-elektroder.

Den mer avanserte utførelsesformen som vises i fig. 6 med innebygd sig-nalprosessor 11, oppviseren annen mulig festeanordning. Nippelen 12 på toppen kan benyttes for å gi feste med en elastisk stropp, vest eller liknende. Eventuelt kan et luftsug (vakuum) koples til nippelen for å bevirke at hele festelappen 4 suger seg fast mot pasientens hud. Dette fordrer at festelappen 4 er lufttett i are-alet begrenset mellom nippel 12 og kontaktsone mot huden, og det må være luft-gjennomgang fra nippelen og gjennom det indre av omkapslingen 7 og ut sentralt i frontpartiet, eventuelt et særskilt (ikke vist) gjennomgående rør fra nippelen til en frontåpning.

For øvrig bør lydtransduseren 8 (eventuelt med signalprosessorutstyr 11) være opphengt i omkapslingen 7 med en vibrasjonsdempende kopling, for å be-grense overføring til transduseren av støy forårsaket av berøring/gnissing på omkapslingen. 1 fig. 7 vises samme detektor-festelapp 4 som i fig. 6, utenfra og i perspektiv, og med signalledning 3 tilkoplet.

I en utførelsesform slik som vist i fig. 6 kan de elektroniske kretsene (pro-sessoren) 11 på kretskortet 10, i tillegg til å digitalisere lydsignalet fra den tilhør-ende akustiske sensor 8, også digitalisere den oppfangede momentane potensialforskjellen mellom egen sensors frontpute 9 og tilsvarende frontpute i en annen, "seriekoplet" festelapp. Se fig. 8, hvor det vises hvordan et antall festelapper med sensorer kan koples i kaskade.

I en kjede bestående av festelapp/sensor elementene A, B, C, D, E osv. kan dermed potensialforskjellen mellom to naboer; A-B, B-C, C-D, osv. måles i henholdsvis element B, C, D, osv. Om hver differanse overføres digitalt gjennom signalkabelen, kan enhver kombinasjon av potensialforskjell avledes. Eksempelvis vil potensialforskjellen A-C kunne uttrykkes matematisk som:

Som vist i fig. 6, inneholder elementet et kretskort 10 med elektronikk. Disse kretsene vil generelt ha funksjonalitet som analog forsterkning og digital signalprosessering. Med digital signalprosessering, kan her menes filtrering, aktiv fjerning av støy, hendelsesstyrte prosesser, osv. Man ser for seg at elektrisk energi for å drive disse enhetene tildeles gjennom kabelen. I en kjede av flere elementer, kan man se for seg en Master-Slave situasjon, hvor elementet er Master for elementet dens kabel er koplet til. Det siste elementet må til slutt tilsluttes en digital enhet som er i stand til å kommunisere med kjeden. Her kan man enten tenke seg en trådløs enhet eller en enhet med kabelforbindelse til eksempelvis en PC, Palm, etc. Denne enheten kan også sende signal inn i kjeden for å be om data fra kun utvalgte elementer og for å be om at elementene "identifiserer seg". Grunnet be-grensninger i systemets båndbredde, vil antall elementer i kjeden være begrenset til et maksimalt antall elementer.

Festelappens lydsensor kan velges blant et stort utvalg av elektro-akustiske sensorer, men i en foretrukket utførelsesform anvendes, som tidligere nevnt, en sensor av den type som fremgår av søkerens eget norske patent nr. 312 792, "Mekanoelektrisk sensor". En slik sensor baseres på piezoelektrisk folie, den kan bygges temmelig flat og er således velegnet til montering i en festelapp.

Claims (9)

1. Detektor-festelapp (4) for oppfanging av biosignaler fra en hudoverflate på en pasients (1) kropp, omfattende minst en elektrode (9) for oppfanging av elektriske signaler, f.eks. fra pasientens (1) hjerte, samt signalleder fra elektroden (9), karakterisert ved at hver elektrode (9) er koplet direkte til minst en av et antall elektriske poler i en lydtransduser (8) i detektor-festelappen (4) ved å anvende felles signalleder for aktuell elektrode (9) og pol i det minste et stykke innvendig i festelappen (4).

2. Detektor-festelapp ifølge krav 1, karakterisert ved at lydtransduseren (8) er en akustoelektrisk transduser med minst to poler.

3. Detektor-festelapp ifølge krav 2, karakterisert ved at transduseren (8) omfatter minst en piezoelektrisk folie som omvandlerelement, idet hver folie har to elektriske poler.

4. Detektor-festelapp ifølge krav 1, karakterisert ved at lydtransduseren (8) er montert i en omhylning (7) som kan festes mot en pasients hud.

5. Detektor-festelapp ifølge krav 4, karakterisert ved at omhylningen (7) har en hudvennlig festetape (6) rundt sin omkrets for klebende festing mot huden.

6. Detektor-festelapp ifølge krav 4, karakterisert ved at omhylningen (7) har en nippel (12) for påsetting av vakuum for sugefesting mot huden.

7. Detektorenhet for samtidig oppfanging av både elektriske og akustiske signaler fra et avgrenset hudområde på en pasients (1) kropp, omfattende minst en elektrode (9) og en lydtransduser (8), og med signalledere fra elektroden(e) og lydtransduseren, karakterisert ved at - detektorenheten er montert i en festelapp (4) av i og for seg kjent type, og at - hver elektrode (9) er koplet direkte til minst en av et antall poler på lydtransduseren (8) ved å anvende felles signalleder for aktuell elektrode (9) og pol i det minste et stykke innvendig i festelappen (4).

8. Detektorenhet ifølge krav 7, karakterisert ved at lydtransduseren (8) er en akustoelektrisk transduser med minst to elektriske poler.

9. Detektorenhet ifølge krav 7, karakterisert ved at minst en av et antall signalledere fra transduseren (8) er innrettet og koplet for overføring av et oppfanget spenningssignal fra pasientens (1) kropp, f.eks. fra hjerteaktivitet.