WO1995010974A2 - System für die erfassung und/oder übertragung von biosignalen bzw. vitalfunktionen - Google Patents

System für die erfassung und/oder übertragung von biosignalen bzw. vitalfunktionen Download PDF

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    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0006—ECG or EEG signals
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C25/00—Arrangements for preventing or correcting errors; Monitoring arrangements

Definitions

  • Systems for the acquisition and / or transmission of bio-signals or vital functions such as ECG signals, heart rate, etc. from patients, athletes or the like are known from medical technology and sports science.
  • the systems are used for self-monitoring of body signals from the above-mentioned people.
  • the systems are usually designed so that people can move freely, i.e. on the person or in the immediate vicinity of the person there is a display device as the receiving station e.g. in the form of a wristwatch or a speedometer-like display on a bicycle handlebar.
  • the transmission of sensors to a receiving station can take place via a line or wirelessly (telemetrically).
  • the invention has for its object to improve the disadvantages of the prior art and a universal application of the system for dealing with complex monitoring situations such. B. in sports, rehabilitation and health care.
  • the system according to the invention has a network-independent transmitter which is attached to or in the area of the patient, athlete or the like and does not restrict the freedom of movement of the athlete or patient due to its weight and size.
  • the transmitter has a transmission power that allows undisturbed transmission of the sensor signal even over long distances.
  • a large number of transmitters which are not shielded from one another are operated at the same time, they are located in the reception area of a reception station Transmitting frequencies of the transmitters and correspondingly the receiving frequencies of the receivers in a non-overlapping frequency grid. If the sensor signals do not have a congruent temporal course, more than one transmitter (eg two transmitters) can be assigned to one transmission frequency. If necessary, the number of transmitters operating on a channel can be further increased by appropriate coding of the sensor signals.
  • the receiving station for processing and outputting the biosignals or vital functions has at least one display element with a microprocessor.
  • the display element (such as a large, easy-to-read LED display or LCD display) can be placed in the patient's or athlete's field of vision in order to enable the athlete or patient to continuously monitor and adjust performance to protect against physical overload.
  • the monitoring process can be carried out by third parties in particular.
  • the receiving station has acoustic and / or optical organs for alarming in order to display individual signal limit values.
  • the limit values can be programmed using a special limit value programming device.
  • Fig. 3 shows the schematic block diagram of a receiving station with display element and Fig. 4 shows the schematic block diagram of a
  • Receiver station for a variety of transmitters with multiplexer and PC.
  • the transmitter 10 is a quartz-controlled narrow-band version (in Germany, for example, in the 434 MHz band) with a defined frequency grid, which ensures extremely reliable and interference-free operation, ie several, the number of which depends on the selected frequency grid, can be within the reception range of the monitoring system located people are recorded simultaneously.
  • the recorded sensor value is correspondingly amplified by an amplifier 4, 11 after the adaptation circuit 3 or a reception circuit 9.
  • the signal shaper 5, 12 generates a signal that can be used for the downstream microprocessor 6, 13 located in the transmitter.
  • the microprocessor 6, 13 calculates an average value from a plurality of incoming sensor signals, carries out plausibility checks and generates the data protocol, which is fed to the RF transmitter module 7, 14.

Abstract

Es wird ein System für die Erfassung und/oder Übertragung von Biosignalen bzw. Vitalfunktionen wie z.B. EKG-Signale, Herzpuls usw. von Patienten, Sportlern o. dgl., bestehend aus einem Sensor, einem Sensorsender zur Aufnahme und Weitergabe des Sendersignals und einer Empfangsstation, vorgeschlagen, bei welcher die Sendeleistung eines am Patienten, Sportler o. dgl. befindlichen Senders derart ausgelegt ist, daß eine ungestörte telemetrische Übertragung des Sensorsignals zur Empfangsstation (22) wenigstens im Bereich von Gebäuden, Sportanlagen, Stadien o. ähnlichem gegeben ist. Desweiteren liegen beim gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl voneinander nicht abgeschirmten Sendern im Empfangsbereich der Empfangsstation (22) die Sendefrequenzen des Senders in einem sich nicht überlappenden Frequenzraster.

Description

"System für die Erfassung und/oder Übertragung von Biosignalen bzw. Vitalfunktionen"
Die Erfindung betrifft ein System für die Erfassung und/oder Übertragung von Biosignalen bzw. Vitalfunktionen wie z.B. EKG-Signale, Herzpuls usw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
Systeme für die Erfassung und/oder Übertragung von Biosignalen bzw. Vitalfunktionen wie z.B. EKG-Signale, Herzpuls usw. von Patienten, Sportlern o. dgl. sind aus der Medizintechnik und den Sportwissenschaften bekannt. Die Systeme dienen der Eigenüberwachung von Körpersignalen der oben genannten Personen. Die Systeme sind gewöhnlich so ausgeführt, daß sich die Personen dabei frei bewegen können, d.h. an der Person oder in unmittelbarer Nähe der Person befindet sich als Empfangsstation ein Anzeigegerät z.B. in Form einer Armbanduhr oder einer tachoartigen Anzeige an einem Fahrradlenker. Die Übertragung von Sensoren auf eine Empfangsstation kann über eine Leitung oder drahtlos (telemetrisch) stattfinden.
Die telemetrische Übertragung von Signalen ist bereits aus den Offenlegungsschriften DE 42 15 549 AI und DE 42 23 657 AI bekannt. Bei den dort beschriebenen Systemen, die im wesentlichen aus einem Sensor, einem Sensorsender zur Aufnahme und Weitergabe des Sensorsignals und einer Empfangsstation bestehen, ist eine lediglich geringe Reichweite des Sensorsenders gegeben. Es ist nicht möglich die Empfangsstation zur externen Überwachung des Sportlers oder des Patienten in größerer Entfernung vom Sportler oder Patienten zu positionieren. Genausowenig ist es möglich eine ganze Gruppe von den genannten Personen damit telemetrisch zu überwachen oder im Sichtbereich der Personen zu ihrer Selbstkontrolle eine leicht ablesbare Anzeigeeinheit aufzustellen. Die Systeme erlauben auch keine langfristige Archivierung und Auswertung der oben genannten Körpersignale.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern und eine universelle Einsatzmöglichkeit des Systems zur Bewältigung von komplexen ÜberwachungsSituationen z. B. im Sport-, Reha- und Gesundheitswesen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems angegeben.
Der Kerngedanke der Erfindung ist es, daß das erfindungsgemäße System einen netzunabhängigen Sender besitzt, der an oder im Bereich der Patienten, Sportler o. dgl. angebracht wird und durch sein Gewicht und seine Baugröße die Bewegungsfreiheit des Sportlers oder Patienten nicht einschränkt. Dabei hat der Sender eine Sendeleistung, die eine ungestörte Übertragung des Sensorsignals auch über größere Entfernungen erlaubt. Beim gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl voneinander nicht abgeschirmten Sendern im Empfangsbereich einer Empfangsstation liegen die Sendefrequenzen der Sender und entsprechend die Empfangsfrequenzen der Empfänger in einem sich nicht überschneidenden Frequenzraster. Wenn die Sensorsignale einen nicht deckungsgleichen zeitlichen Verlauf aufweisen, kann mehr als ein Sender (z.B. zwei Sender) auf eine Sendefrequenz gelegt werden. Dabei kann bei Bedarf durch eine entsprechende Codierung der Sensorsignale die Anzahl der auf einem Kanal arbeitenden Sender weiter erhöht werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Sender ein zusätzlicher im Bereich des Patienten, Sportler o. dgl. befindlicher Sender ist, und der Sender zur Aufnahme eines aus geringer Entfernung (< 2m) übertragenen Sensorsignals, von einem handelsüblichen Sensor mit Sensorsender, eine EmpfangsSchaltung bzw. eine Sensoranpassung und einen Verstärker besitzt.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Empfangsstation zur Aufbereitung und Ausgabe der Biosignale bzw. Vitalfunktionen wenigstens ein Anzeigeorgan mit Mikroprozessor besitzt. Das Anzeigeorgan (wie z.B. ein großes gut ablesbares LED-Display oder LCD- Display) kann im Sichtbereich des Patienten oder Sportlers aufgestellt werden, um dem Sportler oder Patienten eine Selbstkontrolle und Leistungsanpassung zum Schutz vor physischer Überlastung kontinuierlich zu ermöglichen. Zusätzlich kann dadurch der Überwachungsvorgang insbesondere durch Dritte erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Empfangsstation von einem oder mehreren Systemen eine oder mehrere Schnittstellen zu einem Personal-Computer (PC) besitzt, wobei zum gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl von Systemen an einem PC das Bussystem von Schnittstellen zum PC einen Multiplexer umfaßt. Dadurch hat man die Möglichkeit eine kontinuierliche Protokollierung der übertragenen Signale mit Hilfe des PC's vorzunehmen, um daraus eine Langzeitanalyse für z. B. die Trainingsoptimierung zu erstellen.
Ebenso hat man die Möglichkeit über einen definierten Zeitraum mehrere Signalverläufe von den absolvierten Trainingseinheiten zur Leistungs- und Vergleichsanalyse aufzunehmen.
Desweiteren ist es von Vorteil, daß zur Identifikation der einzelnen Sender jeder Sender vor der Übertragung das Sensorsignal mit einer Senderkennung versieht.
Letztlich ist es günstig, wenn die Empfangsstation zur Anzeige von individuellen Signalgrenzwerten akustische und/oder optische Organe zu Alarmgebung besitzt. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß der Sportler, Patient o. dgl. Gefahr läuft, sich physisch zu überlasten. Die Programmierung der Grenzwerte kann über ein spezielles Grenzwertprogrammiergerät erfolgen.
Zeichnungen:
Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemkomponenten der Erfindung sind unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines
Sensors mit leitungsgebundener Übertragung zu einem zusätzlichen Sender,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines
Sensors mit telemetrischer Übertragung zu einem zusätzlichen Sender,
Fig. 3 das schematische Blockschaltbild einer Empfangsstation mit Anzeigeorgan und Fig. 4 das schematische Blockschaltbild einer
Empfangsstation für eine Vielzahl von Sendern mit Multiplexer und PC.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
Das Ausführungsbeispiel eines Sensors und eines zusätzlichen Senders aus Fig. 1 besteht aus einem Sensor mit Sensorsender 1 (wie z.B. einem Infrarotsensor oder einer EKG-Elektrode), einer Signalleitung 2, einer Sensoranpassung 3, einem Verstärker 4, einem Signalformer 5, einem Mikroprozessor 6 und einem HF-Sendemodul 7. Das Ausführungsbeispiel eines Sensors mit Sensorsender und zusätzlichem Sender aus Fig. 2 setzt sich aus einem Sensor mit Sensorsender 8 zur telemetrischen Übertragung von Sensorsignalen zur Empfangsschaltung 9 des zusätzlichen Senders 10, einem Verstärker 11, einem Signalformer 12, einem Mikroprozessor 13 und einem HF-Sendemodul 14 zusammen.
Die Empfangsstation des Systems nach Fig. 3 umfaßt ein HF- Empfangsmodul 15, einen Decodierer 16, einen Mikroprozessor 17 mit einer Schnittstelle 18, einen Display- Treiber 19 sowie zwei LCD-Displays 20, 21. Schließlich ist in Fig. 4 eine Empfangsstation des erfindungsgemäßen Systems dargestellt, die "n" Empfangseinheiten 22 besitzt, welche sich im einzelnen aus den bereits erwähnten Modulen HF-Empfänger 15, Decodierer 16, Mikroprozessor 17 und Schnittstelle 18 zusammensetzen. Zur Kommunikation mit einem PC 24 umfaßt das Ausführungsbeispiel ein Bussystem 25 und einen Multiplexer 26.
Funktionsweise des Systems:
Der Patient oder Sportler trägt beispielsweise bei der Pulserfassung im Herzbereich den Sensor mit Sensorsender 8, der telemetrisch das Pulssignal zum zusätzlichen Sender 10 weitergibt. Der Sender 10 befindet sich an einer günstigen Stelle an der Kleidung des Patienten oder Sportlers und überträgt HF-moduliert das Signal zur in einer größeren Entfernung befindlichen Empfangsstation 22. Alternativ kann zur Pulserfassung am Patienten oder Sportler der leitungsverbundene Sensor 1 (z.B. Ohrklipssensor) angebracht werden. Dabei wird über die Signalleitung 2 das Sensorsignal dem zusätzlichen Sender 10 zugeführt.
Die Empfangsstation 22 verfügt über zwei LCD-Displays 20, 21, die im Sichtbereich des Sportlers oder Patienten angebracht werden können.
Der Sender 10 ist eine quartzgesteuerte Schmalbandausführung (in Deutschland beispielsweise im 434 MHz-Band) mit einem definierten Frequenzraster, wodurch ein äußerst zuverlässiger und interferenzfreier Betrieb gewährleistet ist, d.h. es können mehrere, deren Anzahl abhängig vom gewählten Frequenzraster ist, sich im Empfangsbereich des ÜberwachungsSystems befindliche Personen simultan erfaßt werden. Der aufgenommene Sensorwert wird nach der Anpassungsschaltung 3 bzw. einer EmpfangsSchaltung 9 durch einen Verstärker 4, 11 entsprechend verstärkt. Der Signalformer 5, 12 generiert ein für den nachgeschalteten im Sender sich befindenden Mikroprozessor 6, 13 verwertbares Signal. Der Mikroprozessor 6, 13 berechnet aus mehreren eingehenden Sensorsignalen einen Mittelwert führt Plausibilitätsprüfungen durch und generiert das Datenprotokoll, welches dem HF-Sendemodul 7, 14 zugeführt wird. Das Datenprotokoll enthält die Senderkennung, die Signalwertkennung (z. B. für Herzpuls oder EKG-Signal), die Signalwertinformation und die Systemzeit. Zur Anpassung an verschiedene Einsatzbereiche ist die Sendeleistung einstellbar. Das HF-Empfangsmodul 15 der Empfangsstation 22 empfängt die vom HF-Sendemodul 7, 14 abgestrahlten codierten Daten und leitet diese an den Decoder 16 weiter. Die decodierten Signale werden vom Mikroprozessor 17 verarbeitet. Der Mikroprozessor kann eine Minimum- bzw. Maximum-Auswertung veranlassen und bei Über- bzw. Unterschreitung von einprogrammierten Grenzwerten ein Alarmsignal auslösen. Über den Display-Treiber 19 werden die Sensorsignalwerte auf den beiden LCD-Displays 20, 21 dargestellt. Parallel dazu kann eine Datenausgabe über die Schnittstelle 18 (z.B. RS 232 Schnittstelle) an einen PC 24 erfolgen.
Bei einer Vielzahl von gleichzeitig betriebenen Systemen mit Empfangseinheit 23 kann die Datenausgabe lediglich auf den PC 24 erfolgen. Die Daten werden über die Schnittstellen 18 das Bussystem 25 und den Multiplexer 26 in den PC 24 eingelesen. Mit Hilfe der Senderkennung findet die Zuordnung zum jeweiligen Sender statt. Der PC kann in einfacher Weise die ankommenden Daten aufzeichnen, speichern und in Form von Tabellen, Grafiken und Kalkulationen in Echtzeit über Monitor oder einen angeschlossenen Printer darstellen oder ausgeben.

Claims

Patentansprüche:
1. System für die Erfassung und/oder Übertragung von Biosignalen bzw. Vitalfunktionen wie z.B. EKG-Signale, Herzpuls usw. von Patienten, Sportlern o. dgl., bestehend aus einem Sensor, einem Sensorsender zur Aufnahme und Weitergabe des Sensorsignals und einer Empfangsstation, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung eines am oder im Bereich des Patienten, Sportler oder dgl. befindlichen Senders (10) derart ausgelegt ist, daß eine ungestörte telemetrische Übertragung des Sensorsignals zur Empfangsstation (22) wenigstens im Bereich von Gebäuden, Sportanlagen, Stadien oder ähnlichem gegeben ist, und wobei zum gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl voneinander nicht abgeschirmten Sendern (10) im Empfangsbereich der Empfangsstation (22) die Sendefrequenzen der Sender (10) in einem sich nicht überschneidenden Frequenzraster liegen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein zusätzlicher am oder im Bereich des Patienten, Sportler o. dgl. befindlicher Sender ist, und der Sender (10, zur Aufnahme eines aus geringer Entfernung übertragenen Sensorsignals, von einem handelsüblichem Sensor mit Sensorsender (1, 8), eine Empfangsschaltung (9) bzw. eine Sensoranpassung (3) und einen Verstärker (4, 11) besitzt.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstation (22) zur Aufbereitung und Ausgabe der Biosignale bzw. Vitalfunktionen wenigstens ein Anzeigeorgan (20) mit Mikroprozessor (17) besitzt.
4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstation (22) von einem oder mehreren Systemen eine oder mehrere Schnittstellen (18) zu einem Personal-Computer (24) besitzt, wobei zum gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl von Systemen an einem PC (24) das Bussystem (25) von Schnittstellen (18) zum
PC (24) einen Multiplexer (26) umfaßt.
5. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuordnung der Sender (10) beim gleichzeitigen Betreiben einer Vielzahl von Systemen das Sendersignal eine Senderkennung besitzt.
6. System nach einem der oben aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstation (22) zur Anzeige von individuellen Signalgrenzwerten akustische und/oder optische Organe zur Alarmgebung und ein Programmiergerät zur Eingabe der Grenzwerte besitzt.
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