WO1996023442A1 - Vorrichtung zur kombinierten messung von temperatur und puls - Google Patents

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WO1996023442A1
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Andreas Maier
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Definitions

  • the invention relates to a device for the combined measurement of temperature and pulse of humans by means of radiation transmitters and receivers.
  • the patient's pulse and temperature are regularly measured in the clinical nursing service.
  • thermometers with mercury or mercury substitute or electronic, in particular digital, measuring devices are available for measuring the body temperature.
  • the measurement sites were usually axelar, oral or rectal.
  • relatively large errors occurred, typically about 5% deviations from the so-called core temperature of humans.
  • the conventional measuring techniques were therefore relatively imprecise. Furthermore, they were relatively time-consuming and therefore costly.
  • thermometers In the state of the art, non-contact infrared thermometers, however, there are also to a large extent incorrect measurements which, according to the knowledge of the present invention, are essentially based on the fact that the measuring range is not completely sealed against radiation penetrating from outside. If a neck inserted into the patient's auditory canal is held at an angle or wobbled, light (including invisible IR radiation) enters the auditory canal and the measurement result obtained is falsified. This makes the temperature measuring devices of the prior art difficult to operate with a stub (US Pat. No. 5,088,834) that can be inserted into the ear canal. Incorrect measurements occur if the handling is not very careful.
  • EP 0 337 724 A2 tries to improve the measuring accuracy of the temperature measurement by using filters. But even this prior art has not recognized that due to the hard measuring head, incorrect measurements occur when the device is not handled with the greatest care.
  • EP 0 481 612 AI describes such an infrared pulse measuring device in which a body part, such as a finger or an earlobe, is irradiated.
  • the radiation transmitter is therefore located on one side of the finger or Earlobe while the radiation receiver is placed on the other side.
  • the light beam (the term “light” here also includes IR radiation) is sent through the tissue through which blood is supplied.
  • the radiation is modulated by the pulse, so that a modulated intensity is measured at the radiation receiver.
  • Fig. 3 shows a correspondingly obtained electrical signal that reflects the modulation of the received radiation intensity.
  • This signal is evaluated such that, for example, each rising edge of a sufficiently pronounced maximum is counted as a pulse.
  • these devices of the prior art also referred to as plethysmographs or oximeters
  • plethysmographs or oximeters are easy to handle, they have other disadvantages, in particular the measuring sensors have to be attached to the patient's body in a complicated manner before the measurement can be started. With these devices, the nursing staff also needs at least half a minute to reliably position the device and carry out the measurement.
  • the invention has for its object to provide a device with which the temperature and pulse measurement is simplified with reliable measurement results.
  • a device is provided to achieve this object, which is capable of measuring the pulse and temperature of the human combined in a single operation.
  • a "single work step" is given by the fact that the nursing staff only has to position a single device at a certain point on the body in order to measure, combined, possibly even simultaneously, both the patient's temperature and pulse.
  • radiation transmitters and receivers for both pulse and temperature measurement are arranged together in or on a single housing which can be held by the operator by means of a handle and positioned on the patient at a specific location.
  • the housing has a nozzle that is at least partially in the human Ear canal is insertable. Using the nozzle, both the temperature and the pulse are measured in combination.
  • the temperature is preferably measured tympanum, ie on or at least close to the eardrum. Both measurements (pulse and temperature) can be triggered with a single push of a button.
  • the invention is based on the finding that not only the temperature can be measured by means of a stub that can be inserted into the ear canal, but also the pulse can be measured in the same operation by means of the same stub.
  • the neck is at least partially made of material which is so soft that an essentially radiation-tight contact of the neck with the outer auditory canal is generally ensured.
  • This embodiment of the invention is based on the knowledge that the above-described disadvantages of the prior art with regard to the measuring accuracy can be overcome quite decisively by the fact that the socket is at least so elastically soft on its outside that when inserted into the auditory canal that a Radiation sealing takes place, ie No radiation from outside can penetrate the ear canal between the neck and the eardrum.
  • the softness of the nozzle material also means that the operator can wiggle the device to a certain extent without interference radiation. Sealing by means of the soft support material has proven to be important not only with regard to the temperature measurement, but also with regard to the pulse measurement.
  • the softness of the material against the ear canal, which provides the radiation seal preferably corresponds approximately to that of a sponge.
  • the soft neck explained above also has the advantage that the outer shape of the neck inserted into the ear canal can largely adapt to the individual anatomy without risk of injury.
  • introducing the Nozzle in the ear canal has a gentle funnel effect, so that the correct positioning of the neck in the ear canal is promoted.
  • the socket is at least partially interchangeable and can thus be adapted to different sizes of the auditory canal. This enables the operator, depending on the patient (e.g. adult or child), to select a suitable socket that is largely adapted to the diameter of the ear canal. Together with the softness of the nozzle material described above, this enables the above-mentioned sealing against external radiation which penetrates from the outside.
  • the reliability of the measurement result is improved in that the connecting piece consists at least partially of heat-insulating material, so that a disturbance in the measurement due to contact heat exchange between the measuring device and the measurement object is reduced.
  • a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention provides that more than one radiation receiver is provided in order to discriminate wobble effects during pulse measurement.
  • This variant of the invention enables an analysis of the electrical signals obtained in particular in the case of the pulse measurement, which is very susceptible to wobbling, in such a way that the correct pulse signal can be filtered out.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the radiation for the pulse measurement is directed into the vicinity of the tip of the nozzle by means of an optical waveguide and that the radiation reflected there is directed to the radiation receiver by means of an optical waveguide.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a device according to the invention for the combined measurement of temperature and pulse
  • FIG. 2 shows a section through a measuring head used for the pulse measurement in the device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an end view of a measuring head according to FIG. 2;
  • Fig. 4 shows schematically an arrangement of radiation transmitters
  • a socket 12 is attached to a housing 10 and can be inserted into the ear canal of a patient whose pulse and temperature are to be measured.
  • the nozzle has a central tube 14, which is known as such for a temperature measurement.
  • the inner wall of the tube 14 is gold-plated.
  • the tube 14 is surrounded on the outside by a sheath 16 made of soft-elastic material.
  • the soft cover 16 is removably (interchangeably) attached to the housing and / or to the tube 16.
  • the diameter of the tube 14 is so small that the device is suitable for practically all occurring diameters of the ear canal (that is, from the child to the adult).
  • the soft cover 16, on the other hand, is provided in different sizes in order to be replaced by one Allow adaptation to the size of the ear canal.
  • the softness of the material of the sheath 16 is designed in such a way that the interior of the auditory canal is sealed as far as possible against radiation entering from outside.
  • the material of the cover 16 is therefore chosen to be very soft, for example spongy.
  • the soft sheath 16 ends before the end of the tube 14. In a modification of the illustrated embodiment, it is also possible to let the soft sheath 16 extend to or over the end of the tube 14.
  • the distal end of the soft sheath 16 is tapered to facilitate insertion into the ear canal and to promote radiation sealing.
  • the tube 14 is closed by a window 18 which is transparent to the IR radiation of the temperature measurement.
  • the window 18 is preferably selected such that it is not transparent to the IR radiation used in the pulse measurement.
  • IR radiation from the eardrum for the temperature measurement passes in the direction of arrow P through the interior 22 of the tube 14 to an infrared sensor 20.
  • the window 18 designed as an infrared bandpass filter only allows the infrared radiation provided, for example in the area from 8 - 20 ⁇ m.
  • the IR sensor 20 can be designed, for example, as a phototransistor, photodiode or as a thermopile.
  • the temperature measured by the IR sensor 20 corresponds not only to the temperature of the tympanic membrane falling through the window 18, but also to the temperature of the tube 14 and also to the temperature of the sensor itself Tube 14 and the sensor 20 determined separately.
  • the electrical measurement signals generated by the individual sensors are transmitted via lines 28a, 28b, 28c to transducers 26a, 26b and 26c which are mounted on a printed circuit board 24.
  • the signals are transmitted to a computer (not shown) on the printed circuit board 24.
  • V measured voltage after the sensor amplifier of sensor 20
  • the pulse measurement takes place by means of three transmitter / receivers 30a, 30b and 30c which are fastened to the printed circuit board 24 in order to be able to exchange signals with the computer (not shown) which controls the device and evaluates the measurement signals .
  • Each of the transmitters / receivers 30a, 30b, 30c generates infrared pulses which are transmitted via light guides 32a, 32b, 32c to measuring heads 34, 36 arranged at the front end of the connecting piece 12, as well as a further measuring head, not shown in the figure.
  • Each of the light guides 32a, 32b, 32c has a further light guide to reflect Recorded radiation and transmit it back to the transmitter / receiver 30a, 30b or 30c.
  • the reference symbols 32a, 32b and 32c therefore denote pairs of light guides, the IR radiation in FIG. 1 from left to right from transmitter 30 to measuring head 34, 36 and from right to left from measuring head 34, 36 transmitted to the receiver 30.
  • the measuring heads 34, 36 for the pulse measurement are arranged at the distal end of the nozzle next to the window 18.
  • the measuring heads are used to carry out the pulse measurement in different directions.
  • a three-dimensional coordinate system with the directions x, y and z is indicated in a circle.
  • the directions y and z are perpendicular to each other in the plane of the drawing, while the direction x is perpendicular to the plane of the drawing.
  • pulse measurements are carried out approximately in all three directions x, y and z.
  • the measuring head 34 which is shown enlarged in FIGS. 2 and 3, measures the pulse approximately in the z-direction, i.e. 1 in the drawing plane from left to right.
  • the measuring head 36 measures in the x direction, i.e. the radiation is emitted in a plane perpendicular to the plane of the drawing and the radiation reflected by the skin is also received in this plane.
  • Another measuring head (not shown in Fig. 1) measures approximately in the y direction, i.e. The measuring radiation goes down in FIG. 1, is reflected on the patient's skin, and the radiation reflected upward is received by the measuring head and returned to one of the transmitter / receiver 30.
  • the measuring heads 34, 36 and the further measuring head, not shown, can be integrally formed as a unit or, as in FIG. 1, separately.
  • FIGS. 2 and 3 exemplify the measuring head 34 measuring in the z-direction.
  • FIGS. 2 and 3 show this measuring head compared to FIG. 1 on an enlarged scale.
  • the measuring head 34 receives the ends 38, 40 of the light guide pair 32a. IR radiation, which was generated by the transmitter 30a, emerges from the end 38 of the light guide and is reflected at the point 42 on the patient's skin. The reflected radiation enters the other light guide through the end 40 and returns to the transmitter / receiver 30a, which transfers the measurement signal to the computer for evaluation.
  • the ends 38, 40 of the pair of light guides are angled relative to one another in such a way that the radiation is reflected at an acute angle ⁇ .
  • the reflected radiation receiving distal end of the light guide is oriented and positioned so that it detects a maximum of reflected radiation.
  • the intensity of the received signal is a critical parameter in pulse measurement.
  • the arrangement described ensures that the radiation can be guided very close to the measurement object by means of the optical waveguides. As a result, a maximum of radiation from the transmitter is brought onto the measurement object and also a maximum of reflected radiation is returned to the receiver.
  • 3 shows the light guide ends 38, 40 in the measuring head 34 viewed from the distal end of the measuring head, ie from the right in FIG. 1 and from below in FIG. 2.
  • the beams can also run in parallel
  • Fig. 4 shows schematically the pulse measuring arrangement for a measuring head.
  • a diode 44 generates infrared radiation in the wavelength range from approx. 400 nm to 1000 n.
  • the radiation is coupled into an optical waveguide of the optical waveguide pair 32c and emerges from the optical waveguide at the end 38.
  • the radiation is reflected at point 42 of the patient's skin.
  • the intensity of the reflected radiation is modulated according to the pulse.
  • the reflected radiation enters the end 40 of the other optical waveguide and arrives from there to the radiation receiver 46, for example a phototransistor or a photodiode with sufficient sensitivity in the region of the reflected wavelengths.
  • the received signal is demodulated by means of a demodulator 50.
  • the components 44, 46, 48, 50 shown in FIG. 4 are therefore part of a transmitter / receiver 30.
  • FIG. 5 shows schematically the course of an ideal pulse signal as measured by the receiver on the basis of the intensity modulation by the pulse in the skin.
  • the time (sec.) Is plotted on the abscissa and the measurement signal (volt) is plotted on the ordinate.
  • the pulse measurement can be strongly influenced by a wobble during the measurement.
  • a wobble permanently changes the angle of incidence and the angle of exit of the IR radiation, so that the ideal signal (according to FIG. 5) is distorted.
  • FIG. 6 illustrates a block diagram of the processing of the measurement signals for the pulse measurement in three directions x, y and z. 6, the three direction-dependent sensors are indicated on the left. It has been shown that wobbling of the device during the measurement has different effects on the measurement in the individual directions x, y and z. As a rule, wobble occurs only in one, at most two of the three directions x, y and z, so that a measurement in a third direction remains largely unaffected by the wobble.
  • the ideal curve according to FIG. 5 is strongly distorted by wobbling, ie further maxima occur which are not caused by an intensity modulation due to the pulse in the reflective skin.
  • a first possibility of filtering out the pulse frequency sought from the actual signal is to determine certain maxima that repeat with the same period in the manner of a so-called lock-in amplifier. It can be assumed that the pulse to be measured does not change significantly within a few seconds. Furthermore, it can be assumed that the human pulse can only occur at a certain frequency, for example between 30 and 200. With these conditions, the signals supplied by the individual direction-dependent sensors (x, y, z) can be subjected to a plausibility check. If all three signals essentially match and they deliver the same and plausible pulse signals, it can be concluded that there is no wobbling of the device and that the won signal is correct.
  • the individual direction-dependent sensors show very different measurement signals, they are individually subjected to a plausibility check according to the above-mentioned criteria and checked whether there is a measurement falsification, e.g. da ⁇ by the fact that intensity maxima occur at a frequency that is "impossible" for a pulse measurement.
  • the measurement signals obtained in those directions are classified as unusable. If one of the direction-dependent sensors delivers plausible and essentially undisturbed signals, then this measurement result is used for the pulse measurement.
  • an error signal is emitted, e.g. audible, which indicates to the operator that there was too much wobble to be able to obtain a reliable measurement.
  • a measured data is to be understood as a data record which is stored as a "measured data vector" in a measured value memory.
  • a measurement data vector data record
  • Such a measurement data vector can now be used to Extract and check correct features, for example the temporal course of the signal, the frequency of the signal, gradients of the signal (slope of the curve, first derivatives).
  • These features extracted from the data by computer are then input into the functional unit “fuzzy logic” according to FIG. 6 and further analyzed.
  • an (ideal) model of the pulse signals can be stored in the functional unit "fuzzy logic", for example an ideal course of the temporal function (corresponding to FIG. 5), possible pulse frequencies and possible gradients of the signal (curve slopes, etc.) .
  • These ideal properties of the measurement signals can each be provided with certain tolerances (admissibility deviations).
  • the functional unit "fuzzy logic” now decides whether the values measured for a given direction-dependent measurement signal are present in a stored "cluster” or not.
  • a large number of combinations of features are stored in accordance with the criteria mentioned above, so that a comparison with the actually measured values is possible in each case to determine whether "realistic", i.e. Values not falsified by wobbling or the like have been measured.
  • a positive comparison result i.e. If the measured values correspond to the above-mentioned criteria (time profile, frequency, curve slopes) with the measurement data available in the cluster, a positive measurement result is inferred and a "stable pulse signal" according to FIG. 6 is output. Otherwise the message "signal faulty" occurs.
  • FIG. 7 thus describes the function blocks "determining the wobbling” and “fuzzy logic” from FIG. 6.
  • the measuring beams for the pulse measurement can also come from a single source.
  • the three transmitters / receivers 30a, 30b, 30c can be replaced by a single transmitter / receiver, the beam being separated in the measuring head in at least two different directions by means of a beam splitter or the like.
  • a certain minimum time is required for pulse measurement, typically about 2 to 3 seconds.
  • this period of time is also available for temperature measurement, which is also a significant advantage over the prior art.
  • the housing 10 furthermore has a wired or wireless data transmission interface (not shown) in order to transmit the measured patient data from a measured value memory in the housing 10 to a suitable evaluation device.

Abstract

Eine Vorrichtung zur kombinierten Messung von Temperatur und Puls eines Menschen enthält Strahlungssender und -empfänger (30a, 30b, 30c), die gemeinsam in einem einzigen Gehäuse (10) angeordnet sind. Das Gehäuse weist einen Stutzen (12) auf, der zumindest teilweise in den menschlichen Gehörgang einführbar ist, um eine Messung von Temperatur und Puls in einem einzigen Arbeitsgang durchführen zu können.

Description

Vorrichtung zur kombinierten Messung von Temperatur und Puls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kombinierten Messung von Temperatur und Puls des Menschen mittels Strahlungssendern und -empfängern.
Im klinischen Pflegedienst werden regelmäßig Puls und Temperatur des Patienten gemessen.
Herkömmlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Puls bzw. die Körpertemperatur zu messen. Für die Messung der Körpertempe¬ ratur stehen zum Beispiel Thermometer mit Quecksilber oder Queck¬ silberersatz oder elektronische, insbesondere digitale, Meßgeräte zur Verfügung. Die Meßorte waren üblicherweise axelar, oral oder rectal. Bei herkömmlichen Temperaturmessungen dieser Art traten relativ große Fehler auf, typischerweise ca. 5% Abweichungen von der sogenannten Kerntemperatur des Menschen. Die herkömmlichen Meßtechniken waren somit relativ ungenau. Weiterhin waren sie relativ zeit- und damit auch kostenaufwendig.
Sollte außer der Temperaturmessung auch eine Pulsmessung erfol¬ gen, so war hierfür nach dem Stand der Technik nicht nur ein weiteres Gerät erforderlich, sondern auch ein gesonderter Ar¬ beitsgang. Üblicherweise wurde der Puls vom Pflegepersonal ma¬ nuell am Handgelenk des Patienten erfühlt und unter Zuhilfenahme einer Uhr bestimmt. In den vergangenen Jahren wurden für die Temperaturmessung Gerä¬ te entwickelt, die kontaktlos mit Infrarot-Sendern und -empfän¬ gern arbeiten. Solche Geräte sind beispielsweise in den US-Pa¬ tenten 4,797,840 und 5,088,834 beschrieben, deren Gegenstände hier als bekannt vorausgesetzt werden. Bei derartigen kontakt¬ losen elektronischen Thermometern wird die vom zu vermessenden Körper abgestrahlte Energie im fernen Infrarotbereich mittels sogenannter pyroelektrischer Sensoren gemessen.
Beim Stand der Technik berührungsloser Infrarot-Thermometer tre¬ ten jedoch auch in größerem Umfang Fehlmessungen auf, die nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung wesentlich darauf beruhen, daß der Meßbereich nicht vollständig gegen von außen eindringende Strahlung abgedichtet ist. Wird ein in den Gehör¬ gang des Patienten eingeführte Stutzen schief gehalten oder ge¬ wackelt, so tritt Licht (einschließlich nicht sichtbarer IR- Strahlung) in den Gehörgang und das erzielte Meßergebnis wird verfälscht. Dies macht die Temperaturmeßgeräte des Standes der Technik mit einem in den Gehörgang einführbaren Stutzen (US 5,088,834) schwer bedienbar. Bei nicht sorgfältigster Handhabung treten Fehlmessungen auf.
Die EP 0 337 724 A2 bemüht sich, die Meßgenauigkeit der Tempera¬ turmessung durch Einsatz von Filtern zu verbessern. Aber auch dieser Stand der Technik hat nicht erkannt, daß aufgrund des harten Meßkopfes Fehlmessungen bei nicht sorgfältigster Handha¬ bung des Gerätes auftreten.
Für die Pulsmessung gibt es seit einigen Jahren Geräte, mit de¬ nen der Meßvorgang gegenüber dem obengenannten manuellen Stand der Technik vereinfacht, verkürzt und objektiviert werden soll. Die EP 0 481 612 AI beschreibt ein solches Infrarot-Pulsmeßgerät, bei dem ein Körperteil, wie zum Beispiel ein Finger oder ein Ohrläppchen, durchstrahlt wird. Der Strahlungssender befindet sich also auf der einen Seite des durchstrahlten Fingers oder Ohrläppchens, während der Strahlungsempfänger auf der anderen Seite angeordnet ist. Der Lichtstrahl (der Begriff "Licht" um¬ faßt hier also auch IR-Strahlung) wird durch das durchblutete Gewebe geschickt. Durch den Puls wird die Strahlung moduliert, so daß am Strahlungsempfänger eine modulierte Intensität gemes¬ sen wird. Fig. 3 zeigt ein entsprechend gewonnenes elektrisches Signal, das die Modulation der empfangenen Strahlungsintensität wiedergibt. Dieses Signal wird so ausgewertet, daß zum Beispiel jede ansteigende Flanke eines hinreichend ausgeprägten Maximums als ein Puls gezählt wird. Diese Geräte des Standes der Technik (auch als Plethysmographen oder Oximeter bezeichnet) sind zwar einfach zu handhaben, haben jedoch andere Nachteile, insbeson¬ dere müssen die Meßaufnehmer in komplizierter Weise am Körper des Patienten angebracht werden, bevor mit der Messung begonnen werden kann. Das Pflegepersonal braucht auch bei diesen Geräten mindestens eine halbe Minute, um das Gerät zuverlässig zu posi¬ tionieren und die Messung durchzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung be¬ reitzustellen, mit der die Temperatur- und Pulsmessung mit zu¬ verlässigen Meßergebnissen vereinfacht wird.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, Puls und Temperatur des Men¬ schen kombiniert in einem einzigen Arbeitsgang zu messen. Ein "einziger Arbeitsgang" ist dadurch gegeben, daß das Pflegeper¬ sonal nur ein einziges Gerät an einer bestimmten Stelle des Kör¬ pers positionieren muß, um kombiniert, gegebenenfalls sogar gleichzeitig, sowohl Temperatur als auch Puls des Patienten zu messen. Erfindungsgemäß werden Strahlungssender und -empfänger sowohl für die Puls- als auch die Temperaturmessung gemeinsam in oder an einem einzigen Gehäuse angeordnet, das von der Bedie¬ nungsperson mittels eines Handgriffs gehalten und am Patienten an bestimmter Stelle positioniert werden kann. Das Gehäuse weist einen Stutzen auf, der zumindest teilweise in den menschlichen Gehörgang einführbar ist. Mittels des Stutzens werden kombinier sowohl die Temperatur als auch der Puls gemessen. Die Messung der Temperatur erfolgt bevorzugt tympanonnahe, also am oder zu¬ mindest nahe dem Trommelfell. Mit einem einzigen Knopfdruck kön¬ nen beide Messungen (Puls und Temperatur) ausgelöst werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mittels eines in den Gehörgang einführbaren Stutzens nicht nur die Temperatur gemessen werden kann, sondern im gleichen Arbeitsgang auch der Puls mittels des gleichen Stutzens meßbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß der Stutzen zumindest teilweise aus so weichem Mate¬ rial besteht, daß eine im wesentlichen Strahlungsdichte Anlage des Stutzens am äußeren Gehörgang in aller Regel gewährleistet ist. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik hinsichtlich der Meßgenauigkeit ganz entscheidend da¬ durch überwunden werden können, daß der Stutzen zumindest auf seiner Außenseite so elastisch weich ausgebildet ist, daß beim Einführen in den Gehörgang eine Strahlungsabdichtung erfolgt, d.h. keine Strahlung von außen mehr in den Gehörgang zwischen den Stutzen und das Trommelfell dringen kann. Die Weichheit des Stutzen-Materials hat auch zur Folge, daß die Bedienungsperson durchaus in gewissem Umfang mit dem Gerät wackeln kann, ohne daß Störstrahlung eintritt. Die Abdichtung mittels des weichen Stu¬ tzenmaterials hat sich nicht nur bezüglich der Temperaturmessung, sondern auch bezüglich der Pulsmessung als wichtig erwiesen. Die Weichheit des am Gehörgang anliegenden, die Strahlungsabdichtung bewirkenden Materials entspricht bevorzugt etwa der eines Schwammes.
Der vorstehend erläuterte weiche Stutzen hat auch den Vorteil, daß sich die äußere Form des in den Gehörgang eingeschobenen Stutzens weitgehend der individuellen Anatomie anpassen kann, ohne daß eine Verletzungsgefahr besteht. Beim Einführen des Stutzens in den Gehörgang erfolgt eine sanfte Trichterwirkung, so daß die richtige Positionierung des Stutzens im Gehörgang gefördert wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Stutzen zumindest teilweise austauschbar und so an un¬ terschiedliche Größen des Gehörganges anpaßbar ist. Dies ermög¬ licht, daß die Bedienungsperson je nach Patient (z.B. Erwachse¬ ner oder Kind) einen passenden Stutzen auswählen kann, der dem Durchmesser des Gehörganges weitestgehend angepaßt ist. Zusammen mit der vorstehend beschriebenen Weichheit des Stutzen-Materials ermöglicht dies besonders gut die oben erwähnte Abdichtung gegen von außen eindringende StörStrahlung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Zuverläs¬ sigkeit des Meßergebnisses dadurch verbessert, daß der Stutzen zumindest teilweise aus wärmeisolierendem Material besteht, so daß eine Störung der Messung durch Kontaktwärmeaustausch zwi¬ schen dem Meßgerät und dem Meßobjekt reduziert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Me߬ gerätes sieht vor, daß mehr als ein Strahlungsempfänger vorgese¬ hen ist, um bei der Pulsmessung Wackeleffekte zu diskriminieren. Diese Variante der Erfindung ermöglicht insbesondere bei der sehr gegen Wackeln störanfälligen Pulsmessung eine Analyse der gewonnenen elektrischen Signale derart, daß das richtige Puls¬ signal herausgefiltert werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Strahlung für die Pulsmessung mittels eines Lichtwellen¬ leiters in die Nähe der Spitze des Stutzens geleitet wird und daß die dort reflektierte Strahlung mittels eines Lichtwellen¬ leiters zum Strahlungsempfänger geleitet wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung zur kombinierten Messung von Tem¬ peratur und Puls;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten Meßkopf für die Pulsmessung;
Fig. 3 eine Stirnansicht eines Meßkopfes gemäß Fig. 2;
Fig. 4 schematisch eine Anordnung aus Strahlungssender und
Strahlungsempfänger für die Pulsmessung bei einem Gerä gemäß den Figuren 1 bis 3;
Fig. 5 einen typischen Verlauf eines opto-elektrisch gewonnenen idealen Meßsignals bezüglich des Pulses;
Fig. 6 und 7 Blockdiagramme für die Auswertung von Puls-Meßsignalen.
Gemäß Fig. 1 ist an einem Gehäuse 10 ein Stutzen 12 angebracht, der in den Gehörgang eines Patienten, dessen Puls und Temperatur gemessen werden sollen, einführbar ist. Der Stutzen weist ein zentrales Rohr 14 auf, das als solches für eine Temperaturmessun bekannt ist. Die Innenwand des Rohres 14 ist vergoldet.
Außen ist das Rohr 14 von einer Hülle 16 aus weich-elastischem Material umgeben. Die weiche Hülle 16 ist abnehmbar (austausch¬ bar) am Gehäuse und/oder am Rohr 16 befestigt. Der Durchmesser des Rohres 14 ist so klein, daß das Gerät für praktisch alle vorkommenden Durchmesser des Gehörganges geeignet ist (also vom Kind bis zum Erwachsenen) . Die weiche Hülle 16 hingegen wird in verschiedenen Größen bereitgestellt, um durch Auswechseln eine Anpassung an die Größe des Gehörganges zu ermöglichen. Die Weich¬ heit des Materials der Hülle 16 ist so ausgelegt, daß eine wei- testgehende Abdichtung des Inneren des Gehörganges gegen von außen eintretende Strahlung erreicht wird. Das Material der Hülle 16 wird also sehr weich gewählt, zum Beispiel schwammweich.
In Fig. 1 endet die weiche Hülle 16 vor dem Ende des Rohres 14. In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispieles ist es auch möglich, die weiche Hülle 16 bis zum oder über das Ende des Rohres 14 reichen zu lassen.
Gemäß Fig. 1 ist das distale Ende der weichen Hülle 16 konisch zugespitzt, um das Einführen in den Gehörgang zu erleichtern und die Abdichtung gegen Strahlung zu fördern.
Am distalen Ende ist das Rohr 14 durch ein Fenster 18 geschlos¬ sen, das für die IR-Strahlung der Temperaturmessung durchlässig ist. Vorzugsweise ist das Fenster 18 so gewählt, daß es für die bei der Pulsmessung verwendete IR-Strahlung nicht durchlässig ist.
Vom Trommelfell stammende IR-Strahlung für die Temperaturmessung durchläuft in Richtung des Pfeiles P den Innenraum 22 des Rohres 14 zu einem Infrarot-Sensor 20. Das als Infrarot-Bandpaßfilter ausgebildete Fenster 18 läßt nur die vorgesehene Infrarot-Strah¬ lung durch, beispielsweise im Bereich von 8 - 20 μm.
Der IR-Sensor 20 kann zum Beispiel als Fototransistor, Fotodiode oder auch als Thermosäule ausgebildet sein. Die vom IR-Sensor 20 gemessene Temperatur entspricht nicht nur der durch das Fenster 18 einfallenden Trommelfell-Temperatur, sondern auch der Tempera¬ tur der Röhre 14 und auch der Temperatur des Sensors selbst. Deshalb werden mit weiteren Sensoren 21 bzw. 23 die Temperaturen des Rohres 14 und des Sensors 20 separat ermittelt. Die von den einzelnen Sensoren erzeugten elektrischen Meßsignale werden über Leitungen 28a, 28b, 28c zu Aufnehmern 26a, 26b bzw. 26c übertragen, die an einer Leiterplatte 24 montiert sind. Auf der Leiterplatte 24 werden die Signale zu einem Rechner (nicht dargestellt) übertragen.
Mit Hilfe der Meßsignale der drei Sensoren 20, 21, 23 kann dann die tatsächliche, tympanonnahe Temperatur des Menschen gemäß der folgenden Formel im Rechner berechnet werden:
- i/ε (vD/Kl) - (τsensor)4 - (τröhre)4
wobei:
V = gemessene Spannung nach dem Sensorverstärker des Sensors 20
K1. = FsensorEAσ, wobei
Fsen„so„r = lichtempfindliche Fläche des
Sensors 20
E = Empfindlichkeit des Sensors 20
A = Verstärkungsfaktor des Sensorver¬ stärkers σ = 5,67 * 10~8 W/(m2*K4) e = Korrektur-Emissionsgrad, um die reale Temperatur zu ermitteln.
Die Pulsmessung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 4 mittels dreier Sender/Empfänger 30a, 30b und 30c, die an der Leiterplatte 24 befestigt sind, um mit dem die Vorrichtung steuernden und die Meßsignale auswertenden Rechner (nicht gezeigt) Signale austauschen zu können. Jeder der Sender/Empfänger 30a, 30b, 30c erzeugt Infrarot-Pulse, die über Lichtleiter 32a, 32b, 32c zu am vorderen Ende des Stutzens 12 angeordneten Meßköpfen 34, 36 sowie einem weiteren, in der Figur nicht dargestellten Meßkopf übertragen werden. Zu jedem der Licht leiter 32a, 32b, 32c gehört ein weiterer Lichtleiter, um reflek- tierte Strahlung aufzunehmen und zum Sender/Empfänger 30a, 30b bzw. 30c zurückzuübertragen. Mit den Bezugszeichen 32a, 32b und 32c sind also jeweils Lichtleiter-Paare bezeichnet, die IR-Strah¬ lung in Fig. 1 einmal von links nach rechts vom Sender 30 zum Meßkopf 34, 36 und zum anderen von rechts nach links vom Meßkopf 34, 36 zum Empfänger 30 übertragen.
Gemäß Fig. 1 sind am distalen Ende des Stutzens neben dem Fenster 18 die Meßköpfe 34, 36 für die Pulsmessung angeordnet. Die Me߬ köpfe dienen dazu, die Pulsmessung in verschiedenen Richtungen auszuführen. Zur Erläuterung ist bei Fig. l in einem Kreis ein dreidimensionales Koordinatensystem mit den Richtungen x, y und z angedeutet. Die Richtungen y und z verlaufen zueinander senk¬ recht in der Zeichnungsebene, während die Richtung x senkrecht zur Zeichnungsebene steht. Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 erfolgen Pulsmessungen etwa in allen drei Rich¬ tungen x, y und z. Der Meßkopf 34, der in den Figuren 2 und 3 vergrößert dargestellt ist, mißt beispielsweise den Puls annä¬ hernd in der z-Richtung, d.h. in Fig. 1 in der Zeichnungsebene von links nach rechts.
Der Meßkopf 36 mißt hingegen in x-Richtung, d.h. die Strahlung wird in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene emittiert und die von der Haut reflektierte Strahlung wird auch in dieser Ebene empfangen.
Ein weiterer Meßkopf (in Fig. 1 nicht dargestellt) mißt etwa in y-Richtung, d.h. die Meßstrahlung geht in Fig. 1 nach unten, wird an der Haut des Patienten reflektiert und die nach oben reflektierte Strahlung wird durch den Meßkopf empfangen und zu einem der Sender/Empfänger 30 zurückgeführt.
Die Meßköpfe 34, 36 und der nicht dargestellte weitere Meßkopf können integral als eine Einheit ausgebildet sein oder, wie in Fig. 1, getrennt. Die Figuren 2 und 3 illustrieren beispielhaft den in z-Richtung messenden Meßkopf 34. Die Figuren 2 und 3 zeigen diesen Meßkopf gegenüber Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Der Meßkopf 34 nimmt die Enden 38, 40 des Lichtleiter-Paares 32a auf. Aus dem Ende 38 des Lichtleiters tritt IR-Strahlung, die vom Sender 30a erzeugt wurde, aus und wird an der Stelle 42 der Haut des Patienten re¬ flektiert. Die reflektierte Strahlung tritt durch das Ende 40 in den anderen Lichtleiter ein und gelangt zurück zum Sender/Empfän ger 30a, der das Meßsignal an den Rechner zur Auswertung über¬ führt. Gemäß Fig. 2 sind die Enden 38, 40 des Lichtleiter-Paares so zueinander abgewinkelt, daß die Strahlung in einem spitzen Winkel α reflektiert wird. Das reflektierte Strahlung aufnehmende distale Ende des Lichtleiters ist dabei so orientiert und positio niert, daß es ein Maximum an reflektierter Strahlung erfaßt. Bei der Pulsmessung ist die Intensität des empfangenen Signals ein kritischer Parameter. Die beschriebene Anordnung erreicht, daß die Strahlung mittels der Lichtwellenleiter sehr nahe an das Meßobjekt geführt werden kann. Hierdurch wird ein Maximum an Strahlung des Senders auf das Meßobjekt gebracht und auch ein Maximum von reflektierter Strahlung zum Empfänger zurückgeführt. Fig. 3 zeigt die Lichtleiterenden 38, 40 im Meßkopf 34 vom dista¬ len Ende des Meßkopfes her gesehen, d.h. in Fig. 1 von rechts und in Fig. 2 von unten. Die Strahlen können auch parallel laufen
Fig. 4 zeigt schematisch die Puls-Meßanordnung für einen Meßkopf. Mittels einer Diode 44 wird Infrarot-Strahlung im Wellenlängen¬ bereich von ca. 400 nm bis 1000 n erzeugt. Die Strahlung wird in einen Lichtwellenleiter des Lichtwellenleiter-Paares 32c ein¬ gekoppelt und tritt am Ende 38 aus dem Lichtwellenleiter aus. An der Stelle 42 der Haut des Patienten wird die Strahlung reflek¬ tiert. Die reflektierte Strahlung ist in ihrer Intensität gemäß dem Puls moduliert. Die reflektierte Strahlung tritt in das Ende 40 des anderen Lichtwellenleiters ein und gelangt von dort zum Strahlungsempfänger 46, z.B. einem Fototransistor oder einer Fotodiode mit ausreichender Empfindlichkeit im Bereich der reflek tierten Wellenlängen. Das empfangene Signal wird mittels eines Demodulators 50 demodu¬ liert. Die in Fig. 4 gezeigten Bauteile 44, 46, 48, 50 sind also Teil eines Sender/Empfängers 30.
Fig. 5 zeigt schematisch den Verlauf eines idealen Puls-Signals, wie es vom Empfänger aufgrund der Intensitätsmodulation durch den Puls in der Haut gemessen wird. Auf der Abszisse ist die Zeit (sek.) und auf der Ordinate das Meßsignal (Volt) aufgetra¬ gen.
Es hat sich gezeigt, daß die Pulsmessung stark durch ein Wackeln während der Messung beeinflußt werden kann. Durch ein Wackeln ändern sich permanent die Ein- und Ausfallwinkel der IR-Strah¬ lung, so daß eine Verfälschung des idealen Signals (gemäß Fig. 5) auftritt.
Es gilt, eine Kurve gemäß Fig. 5 aus dem durch Störeffekte ver¬ fälschten tatsächlichen Signalverlauf herauszufiltern. Hierzu dient vorrichtungsmäßig die oben erläuterte Anordnung der Me߬ köpfe derart, daß in unterschiedlichen Richtungen die Strahlungs¬ reflexion gemessen wird. Nachfolgend sollen die Verfahren näher erläutert werden, mit denen bei der Pulsmessung einem möglichen Wackeln bei der Messung begegnet wird.
Fig. 6 illustriert ein Block-Diagramm der Verarbeitung der Me߬ signale für die Pulsmessung in drei Richtungen x, y und z. In Fig. 6 sind die drei richtungsabhängigen Sensoren links angedeu¬ tet. Es hat sich gezeigt, daß ein Wackeln des Gerätes bei der Messung sich unterschiedlich auf die Messung in den einzelnen Richtungen x, y und z auswirkt. In aller Regel erfolgt ein Wackeln nur in einer, höchstens zwei der drei Richtungen x, y und z, so daß eine Messung in einer dritten Richtung weitest¬ gehend vom Wackeln unberührt bleibt.
Durch ein Wackeln wird die ideale Kurve gemäß Fig. 5 stark ver¬ fälscht, d.h. es treten weitere Maxima auf, die nicht durch eine Intensitätsmodulation aufgrund des Pulses in der reflektierenden Haut bedingt sind. Eine erste Möglichkeit, die gesuchte Pulsfrequenz aus dem tat¬ sächlichen Signal herauszufiltern, besteht darin, daß in der Art eines sogenannten Lock-in-Verstärkers bestimmte, sich mit gleich Periode wiederholende Maxima ermittelt werden. Es kann davon ausgegangen werden, daß sich der zu messende Puls nicht innerhal von wenigen Sekunden stark ändert. Weiterhin kann davon ausgegan gen werden, daß der menschliche Puls nur mit bestimmten Frequenz auftreten kann, z.B. zwischen 30 und 200. Mit diesen Bedingungen können die von den einzelnen richtungsabhängigen Sensoren (x, y, z) gelieferten Signale einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Stimmen alle drei Signale im wesentlichen überein und liefern sie gleiche sowie plausible Pulssignale, so kann geschlo sen werden, daß kein Wackeln des Gerätes vorliegt und das gewonn ne Signal richtig ist.
Zeigen die einzelnen richtungsabhängigen Sensoren aber stark unterschiedliche Meßsignale, so werden sie einzeln einer Plausib litätsüberprüfung gemäß den vorstehend genannten Kriterien unter worfen und geprüft, ob eine Meßverfälschung vorliegt, z.B. da¬ durch, daß Intensitätsmaxima mit einer Frequenz auftreten, die für eine Pulsmessung "unmöglich" ist. Die in jenen Richtungen gewonnenen Meßsignale werden als unbrauchbar eingeordnet. Liefert einer der richtungsabhängigen Sensoren plausible und im wesentli¬ chen ungestörte Signale, so wird dieses Meßergebnis für die Puls¬ messung herangezogen.
Liefert keiner der Sensoren ein den Kriterien genügendes Signal, so wird ein Fehlersignal abgegeben, z.B. akustisch, welches der Bedienungsperson anzeigt, daß ein zu starkes Wackeln vorgelegen hat, um eine sichere Messung gewinnen zu können.
Im einzelnen kann die Analyse der von den richtungsabhängigen Sensoren gelieferten Signale wie folgt durchgeführt werden. In Fig. 7 ist als Meßwert ein Datensatz zu verstehen, der als "Me߬ datenvektor" in einem Meßwertspeicher abgespeichert wird. Aus einem solchen Meßdatenvektor (Datensatz) lassen sich nun be- stimmte Merkmale extrahieren und prüfen, z.B. der zeitliche Ver¬ lauf des Signals, die Frequenz des Signals, Gradienten des Sig¬ nals (Kurvensteigungen, erste Ableitungen) . Diese aus den Daten rechnerisch extrahierten Merkmale werden dann in die Funktionseinheit "Fuzzy-Logik" gemäß Fig. 6 eingegeben und weiter analysiert. Zum Beispiel kann in der Funktionseinheit "Fuzzy-Logik" ein (ideales) Modell der Pulssignale abgespeichert sein, also z.B. ein idealer Verlauf der zeitlichen Funktion (entsprechend Fig. 5) , mögliche Puls-Frequenzen und mögliche Gradienten des Signals (Kurvensteigungen etc.). Diese idealen Eigenschaften der Meßsignale können jeweils mit bestimmten Toleranzen (Zulässigkeitsabweichungen) versehen werden.
Die Funktionseinheit "Fuzzy-Logik" entscheidet nun darüber, ob die für ein gegebenes, richtungsabhängiges Meßsignal gemessenen Werte in einem gespeicherten "Cluster" vorhanden sind oder nicht. Im Funktionsblock "Clusterung" gemäß Fig. 7 sind also eine Viel¬ zahl von Merkmalskombinationen entsprechend den vorstehend genann¬ ten Kriterien abgespeichert, so daß jeweils ein Vergleich mit den tatsächlich gemessenen Werten dahingehend möglich ist, ob "realistische", d.h. nicht durch Wackeln oder dergleichen ver¬ fälschte Werte gemessen worden sind. Bei positivem Vergleichser¬ gebnis, d.h. einer Übereinstimmung der gemessenen Werte hinsicht¬ lich der vorstehend genannten Kriterien (zeitlicher Verlauf, Frequenz, Kurvensteigungen) mit den im Cluster vorhandenen Me߬ daten, wird auf ein positives Meßergebnis geschlossen, und es wird ein "stabiles Pulssignal" gemäß Fig. 6 ausgegeben. Andern¬ falls erfolgt die Meldung "Signal fehlerhaft". Die Fig. 7 be¬ schreibt also die Funktionsblöcke "Bestimmen des Wackeins" und "Fuzzy-Logik" von Fig. 6.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden drei Meßköpfe verwendet, die in drei zueinander etwa senkrecht stehen¬ den Richtungen das Pulssignal messen. Es ist auch möglich, in nur zwei unterschiedlichen Richtungen zu messen, und die Richtun¬ gen müssen auch nicht notwendig senkrecht zueinander stehen. In Abwandlung des oben näher beschriebenen Ausführungsbeispieles können die Meßstrahlen für die Pulsmessung auch aus einer einzi¬ gen Quelle stammen. Die drei Sender/Empfänger 30a, 30b, 30c kön¬ nen bei dieser Ausführungsform durch einen einzigen Sender/Em¬ pfänger ersetzt werden, wobei im Meßkopf eine Auftrennung des Strahls in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen mittels eines Strahlteilers oder dergleichen vorgenommen wird.
Für die Pulsmessung ist in jedem Falle eine gewisse Mindestzeit erforderlich, typischerweise etwa 2 bis 3 Sekunden. Je länger die Zeitspanne ist, umso genauer wird die Messung. Diese Zeit¬ spanne steht bei der Erfindung auch für die Temperturmessung zur Verfügung, was gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls ein wesentlicher Vorteil ist.
Das Gehäuse 10 weist weiterhin eine drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragungsschnittstelle (nicht gezeigt) auf, um die gemessenen Patientendaten aus einem Meßwertspeicher im Gehäuse 10 an eine geeignete Auswerteinrichtung zu übermitteln.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kombinierten Messung von Temperatur und Puls eines Menschen mittels Strahlungssendern und Strahlungs¬ empfängern, mit einem Gehäuse (10) , das einen Stutzen (12) auf¬ weist, der zumindest teilweise in den menschlichen Gehörgang einführbar ist, um eine Messung der Temperatur durchzuführen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Gehäuse (10) auch zumindest ein Strahlungssender (30a, 30b, 30c) und zumin¬ dest ein Strahlungsempfänger (30a, 30b, 30c) angeordnet sind, um den Puls mittels Strahlungsreflexion zu messen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stutzen zumin¬ dest teilweise aus so weichem Material besteht, daß eine im we¬ sentlichen Strahlungsdichte Anlage des Stutzens im Gehörgang ermöglicht ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stutzen (12) zumindest teilweise austauschbar und so an unterschiedliche Größen des Gehörganges anpaßbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stutzen (12) wärmeisolierendes Material aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mehr als ein Strah¬ lungsempfänger für die Pulsmessung vorgesehen ist, um Wackel¬ effekte zu diskriminieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Pulsmessung mit zumindest zwei in unterschiedlichen Richtungen zur Haut emittier¬ ten Strahlen durchgeführt wird.
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