WO1997003608A1 - Vorrichtung zur messung der atemtätigkeit - Google Patents

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WO1997003608A1
WO1997003608A1 PCT/EP1996/002812 EP9602812W WO9703608A1 WO 1997003608 A1 WO1997003608 A1 WO 1997003608A1 EP 9602812 W EP9602812 W EP 9602812W WO 9703608 A1 WO9703608 A1 WO 9703608A1
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WO
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frequency
person
signal
transmitter
breathing activity
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Application number
PCT/EP1996/002812
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Paulat
Werner Boenisch
Original Assignee
Tobias Baeuerle & Söhne Feinwerktechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tobias Baeuerle & Söhne Feinwerktechnik Gmbh filed Critical Tobias Baeuerle & Söhne Feinwerktechnik Gmbh
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Publication of WO1997003608A1 publication Critical patent/WO1997003608A1/de

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring the breathing activity of a person, preferably an infant or toddler, with:
  • a transmitter assigned to the person which comprises a high-frequency oscillator generating a carrier signal, in the frequency-determining branch of which a sensor capacitor is provided which is to be arranged on the body of the person in such a way that its capacitance value changes as a function of breathing activity and the transmitter transmits a carrier signal modulated in frequency in accordance with the breathing activity as a high-frequency signal, and
  • a receiver which receives the modulated signal via a receiving antenna and processes it further in such a way that it produces a preferably low-frequency signal at its output which is characteristic of the person's breathing activity.
  • Such a device is known from DE-OS 43 24 374.
  • the device is designed to measure the breathing activity of persons to be monitored, in particular of infants or young children, in order to help prevent sudden child death.
  • the transmitter is housed together with the sensor capacitor in a belt which is worn on the body.
  • the transmitter has its own voltage supply in the form of a battery, which can be switched on and off via a magnetically actuated switch.
  • the sensor capacitor consists of a flexible, non-stretchable substrate on which two parallel, conductive strips are arranged as electrode surfaces.
  • the sensor capacitor is arranged in parallel with the quartz crystal of the high-frequency oscillator, the active circuit part of which is a transistor operated in an emitter circuit.
  • the sensor capacitor which also acts as a transmitting antenna, is assigned a receiving antenna, which is arranged as a mat in the bed of the person to be monitored.
  • the receiving antenna has a number of metal surfaces arranged parallel to one another, which are arranged on a carrier film. Coupling capacitors are provided between the individual metal surfaces, all of which are coupled to one another in series and together in parallel to form an induction coil which, together with a further coil, serves for electrical isolation between the receiving antenna and the following receiver.
  • the parallel resonant circuit formed in this way must be matched to the carrier frequency of the transmitter.
  • the frequency-modulated signal is mixed in a mixer with another high-frequency signal which has the same frequency as the carrier signal.
  • the sum signal is then filtered out and the difference signal is converted into a square-wave signal via a Schmitt trigger, the frequency of which should be directly proportional to the changes in the capacitance of the sensor capacitor.
  • the known device is to be used primarily for monitoring the breathing activity of infants, the device being operated by untrained personnel, that is to say by parents or nannies.
  • a disadvantage of the known device is the battery and the magnetically operated switch.
  • the battery can age, so that if the battery voltage drops, it can no longer be ensured that the device is working properly works.
  • the switch can also be actuated unintentionally by magnetic toys, so that inexperienced personnel in particular can have great difficulty in recognizing the operational readiness of the known device, so that its safe use is not always guaranteed.
  • the resonant circuits can be detuned even in patients with different body sizes or by placing the mat in a bed with metal grate, so that the safe operation of the known device can also be questioned thereby.
  • both the transmitter-side and the receiver-side high-frequency oscillator are to generate an identical carrier frequency, so that when mixed, a difference signal is generated which fluctuates between zero and a maximum value.
  • this frequency range however, interference in the area of the mains frequency can couple in and lead to incorrect results and thus to false alarms.
  • this object is achieved on the one hand in the device mentioned at the outset in that the transmitter also modulates the amplitude of the high-frequency signal in accordance with the breathing activity of the person.
  • the object on which the invention is based is also completely achieved in this way.
  • the cross-modulation according to the invention can now provide increased security.
  • the information contained in the amplitude modulation can be used to draw a conclusion about the breathing activity, which can serve as a reference for the information obtained from the frequency modulation.
  • the amplitude modulation can be used to trigger a technical alarm, since the amplitude level of the transmitted signal enables easy detection of whether the sensor capacitor is e.g. B. correctly applied, whether the entire circuit is working correctly, whether the battery level is still sufficient, etc.
  • a particular advantage that is associated with the amplitude modulation is the possibility to monitor the battery level due to the amplitude swing. If the amplitude swing is too small, this indicates a falling battery voltage and can be displayed as an alarm. It is therefore no longer necessary to provide the battery with a switch in order to extend the life of the battery as much as possible. Rather, for security reasons, it is proposed to always keep the transmitter switched on and to provide a circuit on the receiver side which checks the charge status of the battery and indicates the necessary battery change in good time.
  • the object on which the invention is based is achieved in the device mentioned at the outset by mixing the received signal in the receiver with a further high-frequency signal whose frequency is greater than that of the carrier signal of the transmitter.
  • the object on which the invention is based is achieved in that, in the device mentioned at the outset, the receiving antenna is a broadband antenna without tuned resonant circuits.
  • the antenna can now be constructed in such a way that there is no disturbing detuning by changing the body surface or by using different sub-materials (metal grate / foam), so that even inexperienced personnel use the device in different environments and with different infants can use.
  • the receiving antenna comprises two flat wire structures which interlock with one another like a comb.
  • the simple construction is advantageous here, which cannot be damaged even when handled improperly, so that the device as a whole becomes more reliable.
  • the high-frequency oscillator comprises a transistor arranged in a collector circuit.
  • This measure has the advantage that a very stable radio frequency is generated with very low power consumption, so that it can be assumed that the frequency fluctuations detected at the receiver are due to the breathing activity or movement of the person, so that this also increases the operational safety of the new device becomes. It is then preferred if a capacitive voltage divider comprising the sensor capacitor and a further capacitor is arranged in the frequency-determining branch of the high-frequency oscillator.
  • the advantage here is that the amplitude modulation is achieved in a simple and safe manner in terms of circuitry. It is also advantageous that the "pulling range" of the quartz crystal is limited and can thus be optimally adjusted so that the usual low-frequency interference is not within the usable frequency range of the signal.
  • the pulling range is limited by the fact that the capacitive voltage divider reduces the maximum frequency swing.
  • the sensor capacitor is the transmitting antenna at the same time.
  • the sensor capacitor has electrodes coated with copper as electrodes, which extend away from the transmitter and point around the person.
  • the receiver comprises an alarm circuit which compares the absolute and / or relative amplitude swing of the received signal with at least one comparison value.
  • This measure has the advantage already mentioned above, namely that a battery test, a function test of the device and a check is possible as to whether the belt containing the sensor capacitor is correctly applied.
  • the receiver has a mixer for mixing the received signal with a further high-frequency signal and generating an intermediate frequency signal, filters for limiting the usable frequency range of the intermediate frequency signal and a circuit for converting the filtered intermediate frequency signal into includes a square wave signal.
  • the receiver comprises an evaluation circuit that averages the square-wave signal over a certain period of time and determines discrete-time averages of the period.
  • the advantage here is that noise and other disturbances can be filtered out in a technically simple manner, so that artifacts are avoided.
  • the evaluation circuit determines the relative position and amplitude of the minimum and maximum values from the time profile of the mean values of the period.
  • both the transmitter circuit, the sensor capacitor, the receiving antenna and the receiver itself have been improved in order to increase the functional and operational reliability of the new device. While these measures, in particular in their combination, lead to a completely new device, they also offer considerable advantages on their own and when used on the known device, since they individually and individually improve the operational and functional safety of the known device.
  • the square-wave signal generated contains information about the amplitude modulation in its duty cycle, which can thus also be recovered from this signal.
  • Figure 1 is a circuit diagram of the new transmitter.
  • Fig. 3 is a basic block diagram of the new receiver.
  • FIG. 1 schematically shows the circuit diagram of a transmitter 10 for a device which is provided for measuring the breathing activity of a person, preferably an infant or small child.
  • the transmitter 10 has a high-frequency oscillator 11, in the frequency-determining branch 12 of which a sensor capacitor 13 is arranged, which is connected in series with a further capacitor 14 and thus forms a capacitive voltage part 15.
  • the sensor capacitor 13 also serves as a transmitting antenna 16.
  • the high-frequency oscillator 11 also has a transistor 17 which is connected in a collector circuit and is connected at its base to an oscillating crystal 18. Via a coupling capacitor 19, which also serves as a starting aid, the base of the transistor 17 is further connected to the capacitive voltage divider 15.
  • a battery 21 is provided which is permanently connected to the collector of the transistor 17 and to the connection of the quartz crystal 18 which is remote from its base.
  • the battery 21 is a button cell, as is known, for example, from hearing aids.
  • the sensor capacitor 13 has two electrodes 22, 23, which are formed by strips or laminates coated with copper and are flexible so that they can be placed around the person to be monitored.
  • 1 also shows an emitter resistor 24 and a base series resistor 25, which are used to set the operating points.
  • the transmitter 10 described so far is inserted together with the sensor capacitor 13 into a belt such that the electrodes 22, 23 extend away from the transmitter 10 on both sides. If the belt is now placed around an infant, for example, the capacitance of the sensor capacitor 13 changes depending on the breathing activity and possibly further movements of the infant. These changes in capacitance lead to frequency modulation of the carrier signal generated by the high-frequency oscillator 11, these frequency changes corresponding to the breathing activity of the infant. Because of the capacitive voltage divider 15, the amplitude of the partial voltage dropping across the sensor capacitor 13 also changes when the capacitance of the sensor capacitor changes, so that the carrier frequency also experiences an amplitude modulation which corresponds to the breathing activity of the infant. The pulling range of the frequency modulation is further restricted via the voltage divider 15.
  • the transistor 17 operated in the collector circuit, the high frequency generated is very stable and the current consumption of the transmitter 10 is very low, so that the battery 21 has a long service life.
  • a switch for the battery 21 was deliberately omitted to prevent the transmitter 10 from being switched off unintentionally.
  • the frequency- and amplitude-modulated high-frequency signal of the transmitter 10 is received by a receiving antenna 27 shown in FIG. 2, which is designed as a broadband antenna 28 and thus contains no resonant circuits or similar frequency-determining parts.
  • the receiving antenna 27 comprises two wire structures 29, 30, which are mirror images of one another and intermesh in the manner of a comb. These wire structures 29, 30 can be accommodated in a simple manner in a mat or mattress support, so that the receiving antenna 27 can be attached in the immediate vicinity of the infant lying in his bed or in the cradle. Because of the broadband characteristics of the receiving antenna 27, the reception is largely independent of the size and weight of the infant as well as the nature of the bed, the mattress, the mattress topper, etc.
  • the signal received by the receiving antenna 27 passes into a receiver, designated 31 in FIG. 3, which has an antenna input 32 for this purpose.
  • the signal passes from the antenna input 32 to a mixer 33, where it is mixed with the output signal of a further high-frequency oscillator 34, in order to then be passed on to a low-pass filter 35, where the carriers are filtered out.
  • the frequency of the high-frequency oscillator 34 is selected so that it is in any case above the frequency of the carrier signal of the transmitter 10, so that the usable frequency range of the generated intermediate frequency signal begins clearly above zero, preferably at 200 Hz. This detuning between the high-frequency oscillators 11 and 34 also ensures, among other things, that a reduction in the carrier frequency of the high-frequency oscillator 11 due to the capacity of the person to be monitored does not result in the transmitted carrier signal becoming equal to the frequency of the high-frequency oscillator 34 .
  • the difference signal would sweep a frequency range that possibly starts at zero and would thus be exposed to the usual low-frequency interference, which can now be filtered out by a high-pass filter 36 connected downstream of the low-pass filter.
  • Low-pass filter 35 and high-pass filter 36 restrict the usable frequency range preferably to 200 Hz to 1.5 kHz, so that disturbances of the network frequency and their harmonics on the one hand and adjacent channels or interference by radio channels etc. are filtered out before further processing of the received signal. In this way, artifacts, i.e. false alarms and false positive signal evaluations, are avoided.
  • the output of the high-pass filter 36 is routed to an alarm circuit 37 and to an amplifier 38, which is used for impedance matching for a subsequent Schmitt trigger 39.
  • the task of the alarm circuit 37 is to monitor the level of the amplitude swing of the intermediate frequency signal and to compare it with a reference signal in order to monitor the state of charge of the battery 21. If, in the course of operation, the battery voltage 21 decreases, so too automatically with otherwise identical conditions, the amplitude level and the amplitude swing of the modulated carrier signal, which is determined and displayed in the alarm circuit 37 by comparison with preset or previously measured values. As soon as this alarm sounds, the battery must be replaced immediately.
  • the alarm circuit 37 serves to check the correct function of the device consisting of the transmitter 10 and the receiver 31.
  • the information contained in the amplitude modulation of the carrier signal is not sufficiently precise that it can be used to draw exact conclusions about the breathing activity of the person being monitored, it at least enables a rough estimate.
  • the alarm circuit 37 can be used to test the correct fit of the belt and the function of the transmission when the belt containing the transmitter 10 is attached to the infant, without the need for precise evaluations.
  • the alarm circuit 37 can be provided with a further display.
  • the amplitude modulation information obtained in the alarm circuit 37 can be used as a further reference for the information contained in the frequency modulation.
  • the additional amplitude modulation of the carrier signal results in a signal that can be used for a technical alarm.
  • the information can also be used to support the evaluation of the information contained in the frequency modulation and possibly . to check.
  • the intermediate frequency signal is in a circuit 40 consisting of amplifier 38 and Schmitt trigger 39 converted into a square-wave signal, which enables simple further processing of the information contained in the frequency modulation.
  • this signal can be passed on to a computer via an optocoupler 42, which carries out the required evaluation.
  • an evaluation circuit 43 which derives the necessary information about the breathing activity from it at the hardware level.
  • the evaluation circuit 43 first comprises an averager 44, which averages the signal over a certain period of time, preferably 20 ms, so that an average period is determined.
  • This mean period is passed on to a detector 45 as a chronological sequence of time-discrete values, the amplitude of which fluctuates in accordance with the breathing activity of the persons being monitored, which detects the minimum and maximum values of the period. It should be pointed out once again that the change in the period duration corresponds to the information contained in the frequency modulation (frequency swing) and thus to the breathing activity of the person being monitored.
  • the time course of the averaged periods is also stored in a memory 46, where they are available for later examinations.
  • This memory can be an external mass storage device that stores the information continuously, but it is also possible to use a type of cyclic storage device that deletes the oldest stored measurement value for each newly taken measurement value.
  • B. the course of the period is always stored for the last five or ten minutes, as is known for example from a black box. If an alarm should now occur, the Memory content is committed so that it can later be analyzed and evaluated as part of the diagnosis / treatment.
  • two difference images 47 and 48 now calculate, on the one hand, the respiratory rate AF and, on the other hand, the relative tidal volume AZV, where AF is derived from the difference between successive maximum values and AZV from the difference following maximum and minimum values results.
  • the values AF and AZV are multiplied by one another in a multiplier 49 in order to calculate the relative minute ventilation AMV.
  • the values AF, AMV, AZF z. B. averaged for 30 seconds.
  • the value for AMV is further compared in a computing module with a calibration value, which is stored, for example, in a memory 55.
  • This calibration value can e.g. B. have been determined by a previous measurement over a longer period of time for the respective person.
  • Measured values are thus available at the outputs 57, 58 and 59 of the receiver 31, which enable a statement to be made about the respiratory frequency, the relative tidal volume and the relative minute volume.
  • the modulation / frequency deviation is generally in the range from 3 Hz to a maximum of 50 Hz
  • the frequency of the modulation change resulting in a breathing frequency that is in the physiological range from 0.2 Hz to 1 Hz is a respiratory rate of 12 to 60 per minute.
  • the heart rate can still be determined, which is superimposed on the signal attributable to respiration at about three times the frequency.
  • the alarm criteria ie the breathing conditions in which there is a danger to the monitored person and an alarm is given, can still be adapted to the person's current sleeping situation in the manner of a sliding setpoint specification. So z. For example, it is ensured that a sudden decrease in breathing activity leads to an alarm, but not the flattening of the breathing when transitioning to deep sleep.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit eines Säuglinges umfaßt einen der Person zugeordneten Sender (10), der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkondensator (13) angeordnet ist. Der Sensorkondensator (13) wird so am Körper der Person angeordnet, daß sich sein Kapazitätswert in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert, so daß der Sender ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal aussendet. Das Signal wird von einem Empfänger über eine Empfangsantenne empfangen und derart weiterverarbeitet, daß ein vorzugsweise niederfrequentes Signal entsteht, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist. Der Sender (10) moduliert das hochfrequente Signal dabei entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude. Das empfangene Signal wird in dem Empfänger mit einem weiteren hochfrequenten Signal gemischt, dessen Frequenz größer ist als die des Trägersignales des Senders, wodurch die Störsicherheit erhöht wird. Die Empfangsantenne ist dabei eine Breitbandantenne ohne abgestimmte Schwingkreise, so daß keine beeinträchtigenden Verstimmungen durch unterschiedliche Personen erfolgen.

Description

Vorrichtung zur Messung der Atemtät igkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes , mit:
einem der Person zugeordneten Sender, der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz -Oszillator umfaßt, in dessen frequenz¬ bestimmendem Zweig ein Sensorkondensator vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger, der das modulierte Signal über eine Empfangs¬ antenne empfängt und derart weiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang ein vorzugsweise niederfrequentes Signal erzeugt, das für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 43 24 374 bekannt.
Die Vorrichtung ist dazu bestimmt, die Atemtätigkeit von zu überwachenden Personen, insbesondere von Säuglingen oder Kleinkindern zu messen, um zur Vermeidung des plötzlich Kindtodes beizutragen.
Bei der bekannten Vorrichtung wird der Sender zusammen mit dem Sensorkondensator in einem Gürtel untergebracht, der am Körper getragen wird. Der Sender weist eine eigene Spannungsversorgung in Form einer Batterie auf , die über einen magnetisch betätig¬ baren Schalter ein- und abschaltbar ist. Der Sensorkondensator besteht aus einem flexiblen, nicht dehnbaren Substrat, auf dem zwei parallele, leitfähige Streifen als Elektrodenflächen angeordnet sind. Der Sensorkondensator ist parallel zu dem Schwingquarz des Hochfrequenz -Oszillators angeordnet, dessen aktives Schaltungsteil ein in Emitterschaltung betriebener Transistor ist.
Bei Bewegungen von Körperteilen oder infolge der Atemtätigkeit der zu überwachenden Person ändert sich die Kapazität des Sensorkondensators und damit die Frequenz des erzeugten Träger¬ signales, das folglich entsprechend der Atemtätigkeit der Person in der Frequenz moduliert wird. Dem Sensorkondensator, der gleichzeitig als Sendeantenne wirkt, ist eine Empfangsantenne zugeordnet, die als Matte in dem Bett der zu überwachenden Person angeordnet ist. Die Empfangsantenne weist eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Metall¬ flächen auf, die auf einer Trägerfolie angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Metallflachen sind Koppelkondensatoren vorgesehen, die alle zueinander in Reihe und zusammen parallel zu einer Induktionsspule gekoppelt sind, die zusammen mit einer weiteren Spule für eine galvanische Trennung zwischen der Empfangsantenne und dem folgenden Empfänger dient. Der so gebildete Parallel¬ schwingkreis muß auf die Trägerfrequenz des Senders abgestimmt werden.
In dem Empfänger wird das frequenzmodulierte Signal in einem Mischer mit einem weiteren Hochfrequenzsignal gemischt, das dieselbe Frequenz aufweist wie das Trägersignal. Danach wird das Summensignal herausgefiltert und das Differenzsignal über einen Schmitt-Trigger in ein Rechtecksignal umgewandelt, dessen Frequenz direkt proportional zu den Änderungen der Kapazität des Sensorkondensators sein soll.
Eine technische Analyse der insoweit beschriebenen bekannten Vorrichtung hat gewisse Nachteile aufgezeigt, die u.a. zu Sicherheitsproblemen führen können. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die bekannte Vorrichtung vor allem zur Über¬ wachung der Atemtätigkeit von Säuglingen eingesetzt werden soll, wobei die Bedienung der Vorrichtung durch ungeschultes Personal, also durch Eltern oder Kindermädchen erfolgt.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt in der Batterie und dem magnetisch betätigten Schalter. Die Batterie kann altern, so daß bei einem Absinken der Batteriespannung nicht mehr sichergestellt werden kann, daß die Vorrichtung einwandfrei funktioniert. Ferner ist zu bedenken, daß der Schalter auch durch Magnetspielzeug unbeabsichtigt betätigt werden kann, so daß insbesondere ungeübtes Personal große Schwierigkeiten haben kann, die Betriebsbereitschaft der bekannten Vorrichtung zu erkennen, so daß deren sicherer Einsatz nicht immer gewährleistet ist.
Hinsichtlich der Empfangsantenne kann es Probleme geben, weil diese direkt auf die Frequenz des Trägersignales abgestimmt sein muß. Schon bei Patienten mit unterschiedlichen Körpergrößen oder bzw. auch durch Auflegen der Matte in ein Bett mit Metall¬ rost können die Schwingkreise verstimmt werden, so daß auch hierdurch der sichere Betrieb der bekannten Vorrichtung in Frage gestellt werden kann.
Schließlich ist von Nachteil, daß sowohl der senderseitige als auch der empfangsseitige Hochfrequenz-Oszillator eine identische Trägerfrequenz erzeugen sollen, so daß bei der Mischung ein Differenzsignal erzeugt wird, das zwischen Null und einem Maximalwert schwankt. Bei diesem Frequenzbereich können jedoch Störungen im Bereich der Netzfrequenz einkoppeln und zu falschen Ergebnissen und damit zu Fehlalarmen führen.
Die insoweit diskutierten Probleme führen zum einem zu einer Verunsicherung der Personen, die die neue Vorrichtung anwenden sollen, und bedingen zum anderen Fehlalarme, die zum Schutz der überwachten Personen sowie zur Entlastung des Überwachungs¬ personales vermieden werden sollen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erhöht werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung zum einen dadurch gelöst, daß der Sender das hochfrequente Signal entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude moduliert.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch auf diese Weise vollkommen gelöst. Obwohl bisher immer angenommen wurde, daß eine Amplitudenmodulation des Trägersignales wegen der möglichen Störungen zu ungenau ist, kann durch die erfindungs¬ gemäß vorgenommene Kreuzmodulation jetzt für eine erhöhte Sicherheit gesorgt werden. Zum einen kann auch aus der in der Amplitudenmodulation liegenden Information ein Rückschluß auf die Atemtätigkeit gewonnen werden, die als Referenz für die aus der Frequenzmodulation gewonnene Information dienen kann. Ferner kann die Amplitudenmodulation dazu verwendet werden, einen technischen Alarm auszulösen, da der Amplitudenpegel des übertragenen Signales eine einfache Erkennung ermöglicht, ob der Sensorkondensator z. B. richtig angelegt ist, ob die gesamte Schaltung fehlerfrei arbeitet, ob der Batteriepegel noch ausreichend ist, etc. Ein besonderer Vorteil, der mit der Amplitudenmodulation verbunden ist, liegt in der Möglichkeit, aufgrund des Amplitudenhubes den Batteriepegel zu überwachen. Wird der Amplitudenhub nämlich zu gering, so deutet dies auf eine abfallende Batteriespannung hin und kann als Alarm angezeigt werden. Damit ist es nicht mehr erforderlich, die Batterie mit einem Schalter zu versehen, um die Lebensdauer der Batterie möglichst zu verlängern. Aus Sicherheitsgründen wird vielmehr vorgeschlagen, den Sender stets eingeschaltet zu lassen und auf der Empfängerseite eine Schaltung vorzusehen, die den Ladezustand der Batterie überprüft und den erforderlichen Batteriewechsel rechtzeitig anzeigt. Andererseits wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß das empfangene Signal in dem Empfänger mit einem weiteren hoch¬ frequenten Signal gemischt wird, dessen Frequenz größer ist als die des Trägersignales des Senders.
Auch hierdurch wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe vollkommen gelöst. Durch eine geringe Verstimmung zwischen der senderseitigen und der empfängerseitigen Hochfrequenz wird nämlich sichergestellt, daß das Differenzsignal nicht Null werden kann. Damit kann aber durch die Wahl der Abweichung zwischen den beiden hochfrequenten Signalen ein nutzbarer Frequenzbereich eingestellt werden, der so liegt, daß die üblichen nieder¬ frequenten Störungen durch einfache Filtermaßnahmen herausge¬ filtert werden können. In diesem Zusammenhang ist es weiter wichtig, daß die senderseitige Trägerfrequenz schon von der Grundeinstellung her unter der Frequenz der empfängerseitigen Hochfrequenz liegt. Beim Anlegen des Sensorkondensators an die zu überwachende Person erfolgt nämlich bereits eine Absenkung der Trägerfrequenz, die unabhängig von der Modulation durch die Atemtätigkeit ist. Mit anderen Worten, die senderseitige Trägerfrequenz liegt bei angelegtem Gürtel immer unterhalb der Frequenz des Hochfrequenz-Generators. Würde jedoch die sender¬ seitige Trägerfrequenz im Leerlaufzustand oberhalb der Hoch¬ frequenz auf der Empfängerseite liegen, so könnte es durch Anlegen des Gürtels dazu kommen, daß die beiden hochfrequenten Signale doch wieder die gleiche Frequenz aufweisen, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, wo einkoppelnde Störungen sowohl zu Fehlalarmen als auch zu falsch positiven Meßwerten führen können. Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der eingangs genannten Vorrichtung die Empfangs¬ antenne eine Breitbandantenne ohne abgestimmte Schwingkreise ist.
Auch hierdurch wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe vollkommen gelöst. Die Antenne läßt sich nämlich nun so konstru¬ ieren, daß keine beeinträchtigende Verstimmung durch Änderung der Körperfläche bzw. durch Verwendung verschiedener Unter¬ materialien (Metallrost/Schaumstoff) auftritt, so daß auch ungeübtes Personal die Vorrichtung in unterschiedlichen Umge¬ bungen und bei unterschiedlichen Säuglingen einsetzen kann.
Selbstverständlich läßt sich durch Kombination der vorstehenden Maßnahmen noch eine größere Betriebssicherheit erreichen.
In einem Ausführungsbeispiel ist es dann bevorzugt, wenn die Empfangsantenne zwei kammartig ineinandergreifende, flächige Drahtgebilde umfaßt.
Hier ist der einfache Aufbau von Vorteil, der auch bei un¬ sachgemäßer Handhabung nicht beschädigt werden kann, so daß die Vorrichtung damit insgesamt betriebssicherer wird.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Hochfrequenz-Oszillator einen in Kollektorschaltung angeordneten Transistor umfaßt.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß bei sehr geringem Stromverbrauch eine sehr stabile Hochfrequenz erzeugt wird, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die empfängerseitig detektierten FrequenzSchwankungen auf die Atemtätigkeit oder Bewegung der Person zurückgehen, so daß auch hierdurch die Betriebssicherheit der neuen Vorrichtung erhöht wird. Dabei ist es dann bevorzugt, wenn in dem frequenzbestimmenden Zweig des Hochfrequenz-Oszillators ein kapazitiver Spannungs¬ teiler aus dem Sensorkondensator und einem weiteren Kondensator angeordnet ist.
Hier ist von Vorteil, daß auf schaltungstechnisch einfache und sichere Weise die Amplitudenmodulation erreicht wird. Ferner ist von Vorteil , daß der "Ziehbereich" des Schwingquarzes begrenzt wird und somit optimal so eingestellt werden kann, daß die üblichen niederfrequenten Störungen nicht im nutzbaren Frequenzbereich des Signales liegen. Der Ziehbereich wird übrigens dadurch eingegrenzt, daß der kapazitive Spannungsteiler den maximalen Frequenzhub reduziert.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Sensorkondensator gleichzeitig die Sendeantenne ist.
Diese Maßnahme ist an sich bekannt und weist den Vorteil auf , daß der Sender einen einfachen Aufbau aufweisen kann, da auf eine zusätzliche Sendeantenne verzichtet werden kann.
Weiter ist es bevorzugt, wenn der Sensorkondensator als Elektro¬ den mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist, die sich voneinander weg weisend von dem Sender erstrecken und um die Person herum- legbar sind.
Auch diese Maßnahme ist unter Sicherheitsaspekten bevorzugt, denn wegen der voneinander weg weisenden Elektrodenflächen kann es nicht ohne weiteres zu einem Kurzschluß im Sensorkondensator kommen, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten, parallel zueinander laufenden leitfähigen Streifen der Fall ist. Derartige Kurzschlüsse sind beim Stand der Technik insbe¬ sondere für Säuglinge zu befürchten, bei denen erfahrungsgemäß insbesondere Urin oder Erbrochenes zum Auftreten von Nässe im Bereich der Kleidung führen, wo auch der Gürtel mit dem Sensor¬ kondensator untergebracht werden soll.
Weiter ist es bevorzugt, wenn der Empfänger eine Alarmschaltung umfaßt, die den absoluten und/oder relativen Amplitudenhub des empfangenen Signales mit zumindest einem Vergleichswert ver¬ gleicht.
Diese Maßnahme hat den oben bereits erwähnten Vorteil, daß nämlich ein Batterietest, ein Funktionstest der Vorrichtung sowie eine Überprüfung möglich ist, ob der den Sensorkondensator enthaltende Gürtel richtig angelegt ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Empfänger einen Mischer zur Mischung des empfangenen Signales mit einem weiteren hoch¬ frequenten Signal und Erzeugung eines Zwischenfrequenz-Signales, Filter zur Begrenzung des nutzbaren Frequenzbereiches des Zwischenfrequenz-Signales sowie eine Schaltung zur Umsetzung des gefilterten Zwischenfrequenz-Signales in ein Rechtecksignal umfaßt.
Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und damit sichere Auswertung, die Periodendauern des Rechtecksignales geben nämlich ein direktes Maß für die Atemtätigkeit an, so daß daraus die interessierenden Parameter berechnet werden können. Ferner können dabei kleinere Störsignale ausgeblendet werden, indem z. B. ein Schmitt-Trigger zur Signalumsetzung verwendet wird.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Empfänger eine Auswerteschaltung umfaßt, die das Rechtecksignal über eine bestimmte Zeitdauer mittelt und zeitdiskrete Mittelwerte der Periodendauer bestimmt. Hier ist von Vorteil, daß auf technisch einfache Weise Rauschen und weitere Störungen herausgefiltert werden können, so daß Artefakte vermieden werden.
Dabei ist es schließlich bevorzugt, wenn die Auswerteschaltung aus dem zeitlichen Verlauf der Mittelwerte der Periodendauer die relative Lage und Amplitude der Minimal- und Maximalwerte ermittelt.
Da die zeitlichen Abstände der Maximalwerte ein Maß für die Atemfrequenz und die Amplitudendifferenzen zwischen den Minimal- und Maximalwerten ein Maß für das relative Atemzugvolumen sind, können auf diese einfache Weise im Rahmen einer intelligenten Auswertung alle relevanten Parameter ermittelt werden, die für die Überwachung der Atemtätigkeit erforderlich sind.
Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß bei der neuen Vorrich¬ tung verglichen mit dem Stand der Technik sowohl die Sender¬ schaltung, der Sensorkondensator, die Empfangsantenne als auch der Empfänger selbst verbessert wurden, um die Funktions¬ sicherheit und Betriebssicherheit der neuen Vorrichtung zu steigern. Während diese Maßnahmen insbesondere in ihrer Kombi¬ nation zu einer völlig neuen Vorrichtung führen, bieten sie auch in Alleinstellung und bei Verwendung an der bekannten Vorrichtung erhebliche Vorteile, da sie einzeln und für sich genommen bereits die Betriebs- und Funktionssicherheit der bekannten Vorrichtung verbessern.
Es sei noch bemerkt, daß das erzeugte Rechtecksignal in seinem Tastverhältnis eine Information über die Amplitudenmodulation enthält, die somit auch aus diesem Signal zurückgewonnen werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild des neuen Senders;
Fig. 2 eine Prinzipsskizze der neuen Empfangsantenne; und
Fig. 3 ein prinzipielles Blockschaltbild des neuen Empfängers.
In Fig. 1 ist schematisch der Schaltplan eines Senders 10 für eine Vorrichtung dargestellt, die zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes vorgesehen ist. Der Sender 10 weist einen Hochfrequenz-Oszillator 11 auf, in dessen frequenzbestimmendem Zweig 12 ein Sensor¬ kondensator 13 angeordnet ist, der in Reihe mit einem weiteren Kondensator 14 geschaltet ist und so einen kapazitiven Spannungs¬ teil 15 bildet. Der Sensorkondensator 13 dient gleichzeitig als Sendeantenne 16.
Der Hochfrequenz-Oszillator 11 weist weiter einen Transistor 17 auf, der in Kollektorschaltung geschaltet ist und an seiner Basis mit einem Schwingquarz 18 verbunden ist. Über einen Koppelkondensator 19, der gleichzeitig als Anschwinghilfe dient, ist die Basis des Transistors 17 weiter mit dem kapazitiven Spannungsteiler 15 verbunden.
Weiterhin ist eine Batterie 21 vorgesehen, die dauernd mit dem Kollektor des Transistors 17 sowie dem von dessen Basis abge¬ legenen Anschluß des Schwingquarzes 18 verbunden ist. Die Batterie 21 ist eine Knopfzelle, wie sie bspw. aus Hörgeräten bekannt ist.
Der Sensorkondensator 13 weist zwei Elektroden 22, 23 auf, die durch mit Kupfer beschichtete Bänder oder Laminate gebildet werden und flexibel sind, so daß sie um die zu überwachende Person herumgelegt werden können.
Ferner zeigt Fig. 1 noch einen Emitterwiderstand 24 sowie einen Basisvorwiderstand 25, die zur Einstellung der Arbeitspunkte dienen.
Der insoweit beschriebene Sender 10 wird zusammen mit dem Sensorkondensator 13 so in einen Gürtel eingeschoben, daß sich die Elektroden 22, 23 zu beiden Seiten von dem Sender 10 weg erstrecken. Wird jetzt der Gürtel bspw. um einen Säugling herum gelegt, so ändert sich die Kapazität des Sensorkondensators 13 in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit und ggf. weiterer Bewegungen des Säuglinges. Diese Änderungen in der Kapazität führen zu einer Frequenzmodulation des durch den Hochfrequenz- quenz-Oszillator 11 erzeugten Trägersignales, wobei diese Frequenzänderungen der Atemtätigkeit des Säuglinges entsprechen. Wegen des kapazitiven Spannungsteilers 15 ändert sich auch die Amplitude der über dem Sensorkondensator 13 abfallenden Teil¬ spannung bei Änderungen der Kapazität des Sensorkondensators, so daß die Trägerfrequenz ebenfalls eine Amplitudenmodulation erfährt, die der Atemtätigkeit des Säuglinges entspricht. Über den Spannungsteiler 15 wird weiter der Ziehbereich der Frequenz¬ modulation eingeschränkt. Wegen des in Kollektorschaltung betriebenen Transistors 17 ist die erzeugte Hochfrequenz sehr stabil und die Stromaufnahme des Senders 10 sehr gering, so daß die Batterie 21 eine lange Lebensdauer aufweist. Auf einen Einschalter für die Batterie 21 wurde bewußt verzichtet, um ein unbeabsichtigtes Ausschalten des Senders 10 zu verhindern.
Das frequenz- und amplitudenmodulierte hochfrequente Signal des Senders 10 wird von einer in Fig. 2 dargestellten Empfangs¬ antenne 27 empfangen, die als Breitbandantenne 28 ausgelegt ist und somit keine Schwingkreise oder ähnliche frequenzbe¬ stimmende Teile enthält. Die Empfangsantenne 27 umfaßt zwei Drahtgebilde 29, 30, die zueinander spiegelbildlich sind und in der Fläche kammartig ineinandergreifen. Diese Drahtgebilde 29, 30 könne auf einfache Weise in einer Matte oder Matratzen¬ auflage untergebracht werden, so daß die Empfangsantenne 27 in unmittelbarer Nähe des in seinem Bett oder in der Wiege liegenden Säuglinges angebracht werden kann. Wegen der breit- bandigen Charakteristik der Empfangsantenne 27 ist der Empfang weitgehend unabhängig von der Größe und dem Gewicht des Säuglings sowie von der Beschaffenheit des Bettes, der Matratze, der Matratzenauflage etc.
Das von der Empfangsantenne 27 empfangene Signal gelangt in einen in Fig. 3 mit 31 bezeichneten Empfänger, der zu diesem Zweck einen Antenneneingang 32 aufweist.
Von dem Antenneneingang 32 gelangt das Signal zu einem Mischer 33, wo es mit dem Ausgangssignal eines weiteren Hochfrequenz- Oszillators 34 gemischt wird, um dann zu einem Tiefpaß 35 weitergegeben zu werden, wo die Träger herausgefiltert werden. Die Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators 34 ist so gewählt, daß sie in jedem Fall oberhalb der Frequenz des Trägersignales des Senders 10 liegt, so daß der nutzbare Frequenzbereich des erzeugten Zwischenfrequenz-Signales deutlich oberhalb von Null, vorzugsweise bei 200 Hz beginnt. Diese Verstimmung zwischen den Hochfrequenz-Oszillatoren 11 und 34 sorgt unter anderem auch dafür, daß eine Verringerung der Trägerfrequenz des Hochfrequenz-Oszillators 11 infolge der Kapazität der zu überwachenden Person nicht dazu führt, daß das übertragene Trägersignal gleich der Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators 34 wird. Sollte dies nämlich der Fall sein, so würde das Differenzsignal einen Frequenzbereich überstreichen, der ggf. bei Null beginnt und wäre damit den üblichen niederfrequenten Störungen ausgesetzt, die jetzt durch ein dem Tiefpaßfilter nachgeschaltetes Hochpaß-Filter 36 herausgefiltert werden können. Tiefpaßfilter 35 und Hochpaßfilter 36 schränken den nutzbaren Frequenzbereich vorzugsweise auf 200 Hz bis 1,5 kHz ein, so daß Störungen der Netzfrequenz sowie deren Harmonische einerseits sowie Nachbarkanäle oder Störungen durch Funkkanäle etc. anderer¬ seits vor der Weiterverarbeitung des empfangenen Signales herausgefiltert werden. Auf diese Weise werden Artefakte, also Fehlalarme und falschpositive Signalauswertungen vermieden.
Der Ausgang des Hochpaß-Filters 36 wird zum einen auf eine Alarmschaltung 37 sowie zum anderen auf einen Verstärker 38 geführt, der der Impedanzanpassung für einen darauf folgenden Schmitt-Trigger 39 dient.
Aufgabe der Alarmschaltung 37 ist es, den Pegel des Amplituden¬ hubes des Zwischenfrequenz-Signales zu überwachen und mit einem Referenzsignal zu vergleichen, um zum einen den Ladezustand der Batterie 21 zu überwachen. Wenn nämlich im Laufe des Betriebes die Batteriespannung 21 nachläßt, so geht auch automatisch bei sonst gleichen Bedingungen der Amplitudenpegel und der Amplitudenhub des modulierten Trägersignales zurück, was in der Alarmschaltung 37 durch Vergleich mit voreingestellten oder zuvor gemessenen Werten festgestellt und angezeigt wird. Sobald dieser Alarm ergeht, muß die Batterie unverzüglich ausgewechselt werden.
Darüber hinaus dient die Alarmschaltung 37 dazu, die korrekte Funktion der aus Sender 10 sowie Empfänger 31 bestehenden Vorrichtung zu überprüfen. Zwar ist die in der Amplituden¬ modulation des Trägersignales enthaltene Information nicht so hinreichend genau, daß aus ihr exakte Rückschlüsse auf die Atemtätigkeit der überwachten Person geschlossen werden können, sie ermöglicht jedoch zumindest eine grobe Abschätzung. Damit kann aber die Alarmschaltung 37 dazu verwendet werden, beim Anlegen des den Sender 10 enthaltenden Gürtels an den Säugling den korrekten Sitz des Gürtels sowie die Funktion der Übertragung zu testen, ohne daß bereits genaue Auswertungen vorgenommen werden müssen. Hierzu kann die Alarmschaltung 37 mit einer weiteren Anzeige versehen sein.
Darüber hinaus kann die in der Alarmschaltung 37 gewonnene Information der Amplitudenmodulation als weitere Referenz für die in der Frequenzmodulation enthaltene Information verwendet werden. Mit anderen Worten, durch die zusätzliche Amplituden¬ modulation des Trägersignales ergibt sich einmal ein Signal, das für einen technischen Alarm ausgenutzt werden kann, zum anderen kann die Information aber auch verwendet werden, um die Auswertung der in der Frequenzmodulation enthaltenen Informationen zu unterstützen und ggf. zu überprüfen.
Darüber hinaus wird das Zwischenfrequenz-Signal in einer aus Verstärker 38 und Schmitt-Trigger 39 bestehenden Schaltung 40 in ein Rechtecksignal umgesetzt, das eine einfache Weiterver¬ arbeitung der in der Frequenzmodulation enthaltenen Information ermöglicht.
Zum einen kann dieses Signal über einen Optokoppler 42 an einen Rechner weitergegeben werden, der die erforderliche Auswertung vornimmt. Andererseits ist es aber auch möglich, das Signal zu einer Auwerteschaltung 43 zu leiten, die daraus auf Hardware- Ebene die erforderlichen Informationen über die Atemtätigkeit ableitet.
Die Auswerteschaltung 43 umfaßt zunächst einen Mittelwertbildner 44, der über eine bestimmte Zeitdauer von vorzugsweise 20 ms das Signal mittelt, so daß eine mittlere Periodendauer bestimmt wird. Diese mittlere Periodendauer wird als zeitliche Abfolge von zeitdiskreten Werten, deren Amplitude in Übereinstimmung mit der Atmungstätigkeit der überwachten Personen schwankt, an einen Detektor 45 weitergegeben, der die Minimal- und Maximalwerte der Periodendauern ermittelt. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Änderung der Periodendauern der in der Frequenzmodulation enthaltenen Information (Frequenzhub) und damit der Atemtätigkeit der überwachten Person entsprechen.
Der zeitliche Verlauf der gemittelten Periodendauern wird darüber hinaus in einem Speicher 46 abgelegt, wo sie für spätere Untersuchungen zur Verfügung stehen. Dieser Speicher kann ein externer Massenspeicher sein, der die Informationen fortlaufend ablegt, es ist aber auch möglich, eine Art zyklischen Speicher zu verwenden, der für jeden neu genommenen Meßwert den noch gespeicherten ältesten Meßwert löscht, so daß z. B. der Verlauf der Periodendauern immer für die letzten fünf oder zehn Minuten gespeichert ist, so wie dies bspw. auch von einem Flugschreiber bekannt ist. Sollte jetzt ein Alarm auftreten, so kann der Speicherinhalt festgeschrieben werden, damit er später im Rahmen der Diagnose/Heilbehandlung analysiert und ausgewertet werden kann.
Aus den in dem Detektor 45 bestimmten Minimal- und Maximalwerten der Periodendauern berechnen jetzt zwei Differenzbilder 47 und 48 zum einen die Atemfrequenz AF und zum anderen das relative Atemzugvolumen AZV, wobei AF sich aus der Differenz aufeinander¬ folgender Maximalwerte und AZV aus der Differenz aufeinander¬ folgender Maximal- und Minimalwerte ergibt.
In einem Multiplizierer 49 werden die Werte AF und AZV mitein¬ ander multipliziert, um so das relative Atemminutenvolumen AMV zu berechnen.
In Mittelwertbildnern 51, 52 und 53 werden die so berechneten Werte AF, AMV, AZF z. B. noch für 30 Sekunden gemittelt. Der Wert für AMV wird weiter in einem Rechenbaustein mit einem Eichwert verglichen, der bspw. in einem Speicher 55 abgelegt ist. Dieser Eichwert kann z. B. durch eine vorangegangene Messung über einen längeren Zeitraum für die jeweilige Person bestimmt worden sein.
An den Ausgängen 57, 58 und 59 des Empfängers 31 stehen damit Meßwerte zur Verfügung, die eine Aussage über die Atemfrequenz, das relative Atemzugvolumen sowie das relative Atemminutenvolumen ermöglichen.
Abschließend sei noch erwähnt, daß in der Regel die Modula¬ tion/der Frequenzhub im Bereich von 3 Hz bis maximal 50 Hz liegen, wobei aus der Häufigkeit der Modulationsänderung sich eine Atemfrequenz ergibt, die im physiologischen Bereich von 0,2 Hz bis 1 Hz liegt, also eine Atemfrequenz von 12 bis 60 pro Minute entspricht. Ferner ist aus dem Rechtecksigna1 auch noch die Herzfrequenz bestimmbar, die sich mit etwa dreifacher Frequenz dem der Atmung zuzuordnenden Signal überlagert.
Im Rahmen einer intelligenten Auswertung können die Alarm¬ kriterien, also die Atmungszustände, bei denen Gefahr für die überwachte Person besteht und Alarm gegeben wird, noch nach Art einer gleitenden Sollwertvorgabe an die aktuelle Schlaf¬ situation der Person angepaßt werden. So wird z. B. sicher¬ gestellt, daß zwar ein plötzliches Nachlassen der Atemtätigkeit zu einem Alarm führt, nicht jedoch das Flacherwerden der Atmung beim Übergang in den Tiefschlaf.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes, mit einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Träger¬ signal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkonden¬ sator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder¬ frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10) das hoch¬ frequente Signal entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude moduliert.
Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes, mit einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Träger¬ signal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkonden¬ sator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder¬ frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Signal in dem Empfänger (31) mit einem weiteren hochfrequenten Signal (34) gemischt wird, dessen Frequenz größer ist als die des Trägersignales des Senders (10) .
3. Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglings oder Kleinkindes, mit einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Träger¬ signal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkonden¬ sator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aussendet, und
einem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder¬ frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (27) eine Breitbandantenne (28) ohne abgestimmte Schwingkreise ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 1, 2 oder 4.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daßdie Empfangsantenne (27) zwei kammartig ineinandergreifende, flächigeDrahtgebilde (29, 30) umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Oszillator (11) einen in Kollektorschaltung angeordnetenTransistor (17) umfaßt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem frequenzbestimmenden Zweig (12) des Hochfrequenz-Oszillators (11) ein kapazitiver Spannungs¬ teiler (15) aus dem Sensorkondensator (13) und einem weiteren Kondensator (14) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daßder Sensorkondensator (13) gleichzeitig die Sendeantenne (16) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkondensator (13) als Elektro¬ den (22, 23) mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist, die sich voneinanderwegweisend vondem Sender (10) erstrecken und um die Person herumlegbar sind.
11. Vorrichtugn nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) eine Alarmschaltung (37) umfaßt, die den absoluten und/oder relativen Amplitudenhub des empfangenen Signales mit zumindest einem Vergleichswert vergleicht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) einen Mischer (33) zur Mischung des empfangenen Signales mit einem weiteren hochfrequentenSignalundErzeugungeines Zwischenfrequenz- Signales, Filter (35, 36) zur Begrenzung des nutzbaren Frequenzbereiches des Zwischenfrequenz-Signales sowie eine Schaltung (40) zur Umsetzung des gefilterten Zwischen¬ frequenz-Signales in ein Rechtecksignal umfaßt.
13. Vorrichtung nachAnspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) eine Auswerteschaltung (43) umfaßt, die das Rechtecksignal über eine bestimmte Zeitdauer mittelt und zeitdiskrete Mittelwerte der Periodendauer bestimmt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (43) aus dem zeitlichen Verlauf der Mittelwerte der Periodendauer die relative Lage und Amplitude der minimalen und maximalen Werte ermittelt.
15. Sensorkondensator für eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglinges oder Kleinkindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) der Sensorkondensator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aus¬ sendet, und
einem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder¬ frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkondensator als Elektroden (22, 23) mit Kupfer beschichtete Bänder aufweist.
16. Sensorkondensator nach Anspruch 15 für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
17. Empfangsantenne für eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglinges oder Kleinkindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkondensator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aus¬ sendet, und
einem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über die Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder- frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (27) eine Breitbandantenne (28) ohne abgestimmte Schwingkreise ist.
18. EmpfangsantennenachAnspruch 17 für eineVorrichtungnach einem der Ansprüche 1 bis 14.
19. Sender für eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit einer Person, vorzugsweise eines Säuglinges oder Klein¬ kindes, mit:
einem der Person zugeordneten Sender (10) , der einen ein Trägersignal erzeugenden Hochfrequenz-Oszillator (11) umfaßt, in dessen frequenzbestimmendem Zweig (12) ein Sensorkondensator (13) vorgesehen ist, der so am Körper der Person anzuordnen ist, daß sein Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von der Atemtätigkeit ändert und der Sender (10) ein entsprechend der Atemtätigkeit in der Frequenz moduliertes Trägersignal als hochfrequentes Signal aus¬ sendet, und
dem Empfänger (31) , der das modulierte Signal über eine Empfangsantenne (24) empfängtundderartweiterverarbeitet, daß er an seinem Ausgang (41) ein vorzugsweise nieder¬ frequentes Signal erzeugt, daß für die Atemtätigkeit der Person kennzeichnend ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sender das hochfrequente Signal entsprechend der Atemtätigkeit der Person auch in der Amplitude moduliert.
20. Sender nach Anspruch 19 für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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