WO2006105922A1 - Vorrichtung zur messung, aufzeichnung und übertragung von biologischen daten - Google Patents

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WO2006105922A1
WO2006105922A1 PCT/EP2006/003009 EP2006003009W WO2006105922A1 WO 2006105922 A1 WO2006105922 A1 WO 2006105922A1 EP 2006003009 W EP2006003009 W EP 2006003009W WO 2006105922 A1 WO2006105922 A1 WO 2006105922A1
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WO
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transmission
recording
data
biological data
data packets
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PCT/EP2006/003009
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Engel Klaus
Andreas Rösch
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Engel Klaus
Roesch Andreas
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Publication date
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    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
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    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
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    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/339—Displays specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the measurement, recording and transmission of biological data. Furthermore, the invention relates to the use of such a device designed for the measurement, recording and transmission of biological data in animals.
  • EMG electromyogram
  • EMG electrocardiogram
  • infrared interfaces have also been integrated in the most modern devices. However, these serve merely to check the function directly after the electrodes have been applied and to read out the data after completion of the examination. An error occurring during the examination remains unrecognized. In principle, these methods can also be used Be applied to animals. However, the different position of the limb approaches compared to the three-dimensional orientation of the Herzdipols in the body of the animal make a different placement of the electrodes required lent. Nevertheless, in cardiology, for example, meaningful voltage courses of the heart muscle can be recorded or recorded even under load conditions.
  • DE 10 2004 020 515 A1 discloses an apparatus and method in which the telemetric recording of electrical muscle activities could be miniaturized to such an extent that, for example, data collection on the animal is carried out without any impairment of the natural habitat or restriction of the movement possibilities can be. On the animal itself, only the sensitive amplification of the analogue voltage profiles and their digitization and data transmission to a remote evaluation and recording unit take place.
  • the metrological recording of the temporal course of muscle activities and the ECG derivations enable a highly accurate and specific statement about the state of training and stress both in humans and in animals, in particular at peak performance under competition conditions or their simulation before the actual competition.
  • miniaturized derivative amplifiers which store the collected data directly, as in the case of the Holter ECG, or, as in the telemetric method, transmit it to an external recording station.
  • the complex data transmission required for this purpose and the necessarily limited transmission power can not bridge arbitrarily large ranges. For example, if a long-distance runner or a racehorse in an arena outside the reception area, a measurement or even an approximate statement about the load condition is no longer possible.
  • Holter ECG devices record ECG data on local storage media.
  • Modern devices often use Flash-based removable media. These include Compact Flash Cards and SD Cards.
  • the cards are usually formatted with a computer readable PC readable file system.
  • a FAT file system is usually used here.
  • the File Allocation Table (FAT) file system is a file system for DOS that, for example, works in the FAT-l ⁇ version with 16-bit addressing and can manage a data volume of 2.048 GB.
  • a disadvantage of formatting a flash card is that its data contents are not usually deleted.
  • the formatting is limited to deleting the directory and the FAT. Therefore, when using a formatted, but already pre-used, SD card, it is not excluded that ECG fragments whose data packets per se satisfy certain integrity conditions already exist on the card are.
  • a strict checksum based integrity assurance would prevent the ECG fragments of an older record from being mixed with a new record.
  • such a rigorous examination would have the disadvantage that an ECG file would be unreadable, for example because of a single error. This would equate to data loss.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for the measurement, recording and transmission of biological data, which ensures a secure acquisition, storage and telemetric transmission of biological measurement data and the use of such a device in animals.
  • the device according to the invention is used for the measurement, recording and transmission of biological data.
  • it has the means that the recording of the biological data via at least one measuring channel on at least one device located in the storage medium, and at the same time a telemetric transmission of the measured biological data to a receiver is realized.
  • the device has the means for digitally measuring, recording and / or transmitting the biological data.
  • the digital recording and / or transmission of the biological data is preferably carried out in data packets.
  • a data packet is one of the data units which are sent via a transmission system, for example for the biological measurement data. Most of the data packets consist of the information to be sent. However, it also contains important addressing and management information.
  • the device also has the means which make it possible to provide the digital recording and / or transmission of the data packets at the beginning of each recording and / or transmission with at least one key which uniquely assigns the data packets to a defined measurement period ,
  • the device has means to the
  • the device is preferably also designed such that the physical random variables are determined at the beginning of each recording and / or transmission of biological data.
  • the physical random variables are preferably the time immediately after the beginning of the measurement period, the duration of the measurement period itself, the current battery voltage, the digitized biological data at the beginning of a measurement period and / or the processor chip temperature.
  • the device also has the means to code the physical random variables by means of a suitable mathematical method.
  • This mathematical method is, for example, a cyclic redundancy check method. Further, if appropriate, alternative methods are known to the person skilled in the art.
  • the cyclic redundancy check is an information technology method for determining a check value for data (eg data transmission in computer networks or a file) in order to be able to detect errors in the transmission or duplication of data.
  • a CRC value is calculated before the transmission or copy of a block of data is started.
  • the CRC value is recalculated. Subsequently, these two test values are compared.
  • CRC is designed so that errors in the transmission of data, such as those caused by noise on the line, are almost always detected.
  • the device also has the means to provide the data packets to be transmitted with a number, as a result of which the lack of data packets is unambiguously recognized.
  • the device also advantageously has the means that, in the case of a representation of the transmitted measurement data, missing and / or non-integer data packets can be identified by a suitable representation. Positioning agents are marked.
  • a suitable means may be the graphical highlighting of the corresponding part of the recording curve, for example by different colors and / or the representation of a particular marker.
  • a real-time representation of biological data such as an ECG signal may include an integrity indicator. This is saved when the signal is recorded and is available for later evaluations.
  • the biological data measured by the device are preferably data from an electromyogram (EMG), in particular an electrocardiogram (ECG).
  • EMG electromyogram
  • ECG electrocardiogram
  • the storage medium used in the device is a removable storage medium
  • Flash base such as a Compact Flash card and / or an SD card.
  • Compact Flash is an interface standard in IT technology, including for digital storage media. With digital storage media, the Compact Flash Card has been replaced in recent years by the Secure Digital Card (SD card).
  • SD card Secure Digital Card
  • the device is also equipped with means that ensures the use of a compact flash card and / or SD card that is formatted with a FAT file system.
  • the device is also designed in such a way that the telemetric transmission of the measured biological data takes place according to the Bluetooth standard.
  • the transmission of biological data is done digitally by radio.
  • a transmission protocol is used which uses the so-called Serial Port Profile of the Bluetooth standard.
  • the PAN profile Personal Area Networking Profile
  • the PAN profile can be used as a transmission protocol.
  • Bluetooth is a standard for in-house communication via radio.
  • the aim of the Bluetooth standard is to support the short-distance communication between terminals such as notebooks or the like.
  • the device also preferably has the means to transmit the measurement data to a receiver to which an evaluation unit is connected.
  • the device is preferably designed such that there is a return channel for a command transmission from the evaluation unit between the device and the receiver.
  • the device has at least one electrode plug with at least one associated measuring electrode.
  • An on / off switch can be integrated on or in the electrode connector.
  • each of the measuring electrodes can be assigned at least one measuring channel.
  • the data packets written on the SD card are provided with a key that is unique for a session, for example an ECG session.
  • a criterion is thus available which clearly assigns a data record to, for example, an ECG session.
  • a session-unique key is determined from physical random variables. In a meaningful embodiment, for example, the first few seconds of an ECG recording are used to determine a random key. Other physical quantities, such as the duration of the measurement period itself, the Nachkorranastellen the current battery voltage, the temperature of the processor chip, etc. are suitable for determining a random output.
  • the random physical values are mapped to a new number space. This ensures that input variables that differ only slightly in the imaging space are far apart.
  • the Cyclic Redundancy Check method is suitable for this purpose. All data packets are thus verifiable with regard to their affiliation to an ECG session. Mixing of older ECG fragments with newer ECG data can thereby be ruled out, although tolerating individual errors is provided for. Errors that disrupt the integrity of the data are treated as telemetric data integrity problems.
  • the invention also includes a method for measuring, recording and transmitting biological data.
  • the recording of biological data via at least one measuring channel on at least one device located in the storage medium is a telemetric Transmission of the measured biological data realized to a receiver.
  • the measurement, recording and / or transmission of the biological data is preferably carried out digitally in the method.
  • the digital recording and / or transmission of the biological data is preferably realized in data packets.
  • the digital recording and / or transmission of the data packets at the beginning of each recording and / or transmission is provided with at least one key which uniquely assigns the data packets to a defined measurement period.
  • the key can be determined from at least one, preferably several, physical random variables.
  • the physical random variables are determined at the beginning of each recording and / or transmission of biological data.
  • the physical random variables are the time immediately after the start of the measurement period, the duration of the measurement period itself, the current battery voltage, the digitized biological data at the beginning of a measurement period, and / or the processor chip temperature.
  • the physical random variables can be coded by means of a suitable mathematical method, the Cyclic Redundancy Check method being suitable for this purpose.
  • the data packets to be transmitted are provided with a number, whereby the lack of data packets is uniquely recognized.
  • missing data packets are preferably marked by a suitable means of presentation.
  • the biological measurement data are, for example, data from an electromyogram (EMG), in particular an electrocardiogram (ECG).
  • EMG electromyogram
  • ECG electrocardiogram
  • the storage medium used in the method is a flash-based removable storage medium, for example a compact flash card and / or an SD card, which is advantageously formatted with a FAT file system is.
  • the telemetric transmission of the measured biological data is advantageously carried out in the method according to the Bluetooth standard.
  • an evaluation unit can be connected to the receiver, wherein a return channel for a command transmission from the evaluation unit can exist between the device and the receiver.
  • the device used preferably has at least one electrode plug with at least one associated measuring electrode.
  • an on / off switch is integrated on or in the electrode plug.
  • each measuring electrode can be assigned at least one measuring channel.
  • a device according to the invention is preferably carried out for the measurement, recording and / or transmission of biological data of animalia (animals), preferably mammalia (mammals), in particular herbivores (herbivores).
  • animalia animals
  • mammalia mammalia
  • herbivores herbivores
  • the measurement results are not, as in the known long-term ECG devices, only recorded and made available later an evaluation, but subjected by the digital transmission to a receiving station at a sufficient distance from the sample an immediate, possibly even automated error assessment. All possible measurement and transmission errors as well as overload situations are detected immediately and can serve as a criterion for stopping the high-performance test without loss of time.
  • the measuring device can be miniaturized or made so comfortable. It is possible to make the electrode attachment so inconspicuously that a test person, for example an animal, is influenced as little or not at all in his natural movement and perception by the measuring apparatus. Thus, it is possible to record the temporal processes of the electrical muscle activity directly during natural behavior with physiological movements in the familiar environment or in a training situation of the animal meaningful and to assess at the same time diagnostically.
  • the invention makes it possible to carry out a direct, simultaneous, diagnostic analysis of overload situations which compulsorily prescribe an immediate intervention when certain ECG changes occur.
  • wireless medical measurement systems can be used on the basis of the invention inexpensive signal processors available, which have a small size and allow directly to the measurement object digital processing of the data directly at the site.
  • the further digital transmission of the data occurs with redundant storage of the data, with disturbances or even longer failures when leaving the range being completely bridged by the permanent storage of the data directly in the recording device, so that an extremely high detection reliability is achieved.
  • Direct control during measurement and recording would eliminate an inherent source of error in taking a Holter ECG. For example, the risk of losing an electrode only after the doctor has checked the device would be recognized immediately and the examination period would not have to pass unused. Intensive monitoring of a patient in his home environment would be much safer.
  • the method is advantageously suitable for secure performance monitoring and for optimizing peak performance in almost all sports of humans and animals in which ning or competition a regular return to the range of the telemetric transfer unit is ensured, such as lap running in the stadium or horse racing on a racetrack.
  • the measuring device is so far miniaturized or ergonomically designed that the animal thus examined remains almost unaffected in his perception, in his movement and in his natural environment.
  • the measurement signal can be evaluated immediately diagnostically and consequences for the further therapy or the course of the training can be derived from it without delay.
  • the recording of the measurement signal, its preparation, storage and transmission to a located at a safe distance from the animal evaluation done by digital means and storage on standard flash cards based on a FAT file system takes place so that the data correspond to a standard format of the PC technology.
  • the measuring unit can be upgraded with further measuring channels and memory options, so that their signals are stored simultaneously and at the remote location
  • Ausensecomputer these additional channels can be assessed in real time, as well as the backbone of the digital transmission the measuring device on the subject at any time placed in a standby mode or can be activated again, so that despite battery supply ergonomic monitoring over a long period possible are. Due to the codability of the telemetric transmission path, several subjects can be monitored simultaneously, eg in a training center or on an observation station.
  • the animal-mounted storage unit with telemetric transmission is advantageously so miniaturized and ergonomically designed that it can be integrated as inconspicuously into the natural living or training situation of the animal.
  • Traces are taken with commercially available flash memory, which are controlled to reduce the equipment cost of the miniaturized measuring device with a serial interface.
  • inexpensive digital signal processors can be used, for example, to miniaturize the measuring device (e.g., highly integrated) multilayer boards.
  • Fig. 1 is a representation of the outer view of the measuring device
  • Fig. 2 is a schematic representation of the measuring device.
  • FIG. 1 shows the measuring device 100.
  • the measuring electrodes 102 are brought together in the cable 104.
  • an electrode plug 106 is attached at the end of the cable 104 which is connected to the measuring device 100.
  • an on-off switch for the measuring device 100 is integrated.
  • the SD card 108 is provided for recording the measurement data.
  • the SD card 108 is inserted into the corresponding card slot 110 prior to recording.
  • the integrated in the electrode plug 106 on / off switch for the measuring device 100 inadvertent on or off the measuring device 100 is avoided in addition to the spray water protection achieved.
  • the measuring device 100 has a measuring amplifier 200 for each channel to be detected. From the measuring electrodes, the measuring signal reaches the input of a measuring amplifier 200. From the output of the measuring amplifier 200, the amplified signal to the multiplexer 202 is transmitted. There, the channels of all, according to the number of measuring channels, existing amplifiers 200 are multiplexed in a multiplex process and the analog-to-digital converter 204, the first analog signals are digitized and digitally processed in a signal processor 206 and already here with Help of suitable mathematical algorithms and digital signal filter noise and noise components excluded. The output signal of the signal processor 206 is stored on an SD card 108 located in the measuring device.
  • the digital signals processed in the signal processor 206 are already transmitted as a complete EMG or ECG curve 210 in digitized form to a Bluetooth module 212 (digital transceiver).
  • a Bluetooth module 212 digital transceiver
  • the wireless transmission 214 of the digitized biological measurement data via the antenna 216 integrated in the measuring device 100 to another Bluetooth module 218 (digital receiver) with an antenna 220 takes place.
  • the digital receiver 218 is connected to an evaluation unit 222 (computer).
  • the received data can be temporarily stored or, after appropriate preparation by a specially created computer program, displayed directly on the monitor or printed out as a hardcopy.
  • a return channel is provided between the evaluation unit 222 and the measuring device 100, which ensures a command data transmission 224 to the measuring device 100.
  • the command data is received by the Bluetooth module 212 of the measuring device 100 and converted into analog switching signals for the amplifiers 200 in the A / D converter 226. In this way it is possible, for example, to realize a changeover of the measuring device 100 from the active mode to a standby mode and vice versa. This will u.a. achieved that despite battery power supply of the measuring device 100 ergonomic monitoring over a long period are possible.
  • Computer of the evaluation cached and brought one after the other for display or via a special software be calculated and analyzed as not yet possible multi-dimensional representations.
  • the measuring device can be equipped or upgraded with any number of measuring amplifiers.
  • Preparing the data already in the measuring device is advantageous, as this makes data available for calibration purposes already in the measuring device.
  • IIR filters Infinite Impulse Response Filters
  • the memory required for this is lower compared to the use of finite impulse response filters and can be easily covered by single-chip microcontrollers.
  • the filter functions can be performed on the receiver side, for example in a notebook or PC. IIR filters and / or finite impulse filter (FIR) filters can be used.
  • the integration of the measuring device 100 in the already worn on the skin surface bands, saddle attachment, bridle, saddlecloth and the like offers. If necessary, the skin must be cut back on a small area at the corresponding skin areas and a suitable conductive gel applied.
  • the accommodation of the measuring device 100 must be such that, on the one hand, the cables 104 to the measuring electrodes 102 can be laid as short as possible and directly without the animal in prevent its natural movement and on the other hand, the measuring device itself is not changed when the horse, for example, playfully rolls in the sand. This can be accommodated in a breast pocket of the shoulder saver. At this special location directly below the neck, the measuring device 100 is exposed to only a few mechanical strains even in the most extreme movements of the animal.
  • Bluetooth module (digital transceiver)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten, wobei a) die Aufzeichnung von biologischen Daten über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung (100) befindliches Speichermedium (108) erfolgt, und b) gleichzeitig eine telemetrische Übertragung (214) der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger (218) realisiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten von Animalia, vorzugsweise Mammalia, insbesondere Herbivoren.

Description

Vorrichtung zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer derart ausgestalteten Vorrichtung zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten bei Tieren.
Stand der Technik
Die Aufzeichnung von Muskelaktivitäten in Form eines Elektromyogramms (EMG) stellt in der Medizin ein lange bekanntes sowie bewährtes Standardverfahren zur nichtinvasiven Diagnostik und Beurteilung von Muskelerkrankungen beim Menschen dar. Neben Erkrankungen können auch Aussagen über den Erregungs- und Stoffwechselzustand bestimmter Muskelgruppen gemacht werden, so dass sich entsprechende Messverfahren beispielsweise auch zur Beurteilung des Trainingszustandes und der Evaluation von Grenzbelastungen im Leistungssport etabliert haben.
Eine Sonderform des EMG ist die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Herzmuskels, welche als Elektrokardiogramm (EKG) bezeichnet wird. Die autonome Erregungsausbreitung über den gesamten Herzmuskel kann elektrisch als dreidimensionale Wanderung eines Dipols über eine im Rhythmus der Herzfrequenz perio- disch wiederkehrende Zeitachse betrachtet werden. Über empfindliche Messableitungen an den Extremitäten kann die Spannungsdifferenz des wandernden Dipols als zweidimensionale Projektion des Spannungsverlaufes über die Zeit aufgezeichnet werden. Zeichnet man mehrere Ableitungen zwischen verschiedenen Extre- mitäten und gegebenenfalls im Bezug zu einer Brustwandelektrode auf, lässt sich aus diesen zweidimensionalen Ableitungen unter verschiedenen Projektionsrichtungen der dreidimensionale Verlauf des wandernden Dipols rekonstruieren.
Seit Norman J. Holter (1961) sind auch Magnetaufzeichnungs-EKG- Geräte zur Langzeitüberwachung bekannt, die den Kurvenverlauf über mehrere Stunden bis Tage aufzeichnen und anschließend vom Arzt ausgewertet werden können. Bei dem nach ihm benannten HoI- ter-EKG wurden zunächst Magnetbänder als Speichermedium ge- nutzt, während sich heute digitale Flash-Speicher wie bei Digitalfotoapparaten durchgesetzt haben.
Neben der reinen Speicherung sind bei den modernsten Geräten inzwischen auch Infrarotschnittstellen integriert. Diese dienen aber lediglich der Funktionskontrolle direkt nach dem Anlegen der Elektroden und dem Auslesen der Daten nach Abschluss der Untersuchung. Ein auftretender Fehler während der Untersuchung bleibt unerkannt. Prinzipiell können diese Verfahren auch bei Tieren angewendet werden. Die im Vergleich zum Menschen abweichende Lage der Extremitätenansätze gegenüber der dreidimensionalen Orientierung des Herzdipols im Körper des Tieres machen jedoch eine abweichende Platzierung der Elektroden erforder- lieh. Dennoch lassen sich beispielsweise in der Kardiologie aussagekräftige Spannungsverlaufe des Herzmuskels selbst unter Belastungsbedingungen erheben bzw. aufzeichnen.
Aus der DE 10 2004 020 515 Al ist eine Vorrichtung nebst Ver- fahren bekannt, bei dem die telemetrische Aufzeichnung von e- lektrischen Muskelaktivitäten so weit miniaturisiert werden konnte, dass beispielsweise die Datenerhebung am Tier ohne jegliche Beeinträchtigung des natürlichen Lebensraumes oder Einschränkung der Bewegungsmöglichkeit durchgeführt werden kann. Am Tier selbst erfolgt nur die empfindliche Verstärkung der a- nalogen Spannungsverlaufe sowie deren Digitalisierung und Datenübertragung an eine entfernt stehende Auswertungs- und Aufzeichnungseinheit .
Die messtechnische Erfassung des zeitlichen Verlaufs von Muskelaktivitäten und der EKG-Ableitungen ermöglichen sowohl beim Menschen als auch beim Tier eine hochgenaue und spezifische Aussage über den Trainings- und Belastungszustand insbesondere bei Höchstleistungen unter Wettkämpfbedingungen bzw. deren Si- mulation vor dem eigentlichen Wettkampf.
CJm in die Bewegungsmöglichkeit nicht einzuschränken, ist man auf miniaturisierte Ableitungsverstärker angewiesen, welche die erhobenen Daten direkt speichern, wie beim Holter-EKG, oder, wie beim telemetrischen Verfahren, an eine externe Aufzeichnungsstation übertragen.
Nachteilig ist, dass telemetrische Verfahren insbesondere bei - A -
der hierzu erforderlichen komplexen Datenübertragung und der notwendigerweise limitierten Sendeleistung keine beliebig großen Reichweiten überbrücken können. Gerat beispielsweise ein Langstreckenläufer oder ein Rennpferd in einer Arena außerhalb des Empfangbereiches, ist eine Messung oder auch nur eine annähernde Aussage über den Belastungszustand nicht mehr möglich.
Es können daher bei Sportaktivitäten außerhalb der Reichweite eines telemetrischen Verfahrens letztlich nur Geräte mit integ- rierter Datenaufzeichnung im Ableitungsverstärker eingesetzt werden.
Diese haben den Nachteil, dass eine Auswertung der erhobenen Daten erst nach Abschluss der Trainingseinheit erfolgen kann. Insbesondere beim Training oder Wettkampf am Belastungslimit hat der Trainer keine Möglichkeit, gesundheitsschädliche Überlastungssituationen zeitnah zu erkennen und durch Leistungsverminderung schützend einzugreifen.
Zur Erfassung der myografischen Spannungsverlaufe müssen Elektroden an der Körperoberfläche angebracht werden. Gerade beim Erbringen von körperlichen Höchstleistungen können diese verrutschen oder sogar verloren gehen. Eine Aufzeichnung ist dann nicht mehr möglich.
Sollte dieses beispielsweise bei der Durchführung einer Höchstleistungsanalyse vorkommen, für die unter Umständen mehrere Wochen Trainingsvorbereitungen in Form von ausgeklügelter Abwechslung von Belastungs- und Entspannungssituationen erforder- lieh waren, und erst nach Beendigung der Höchstbelastung dieser Fehler detektiert werden, so erfüllt diese Methode nicht mehr die gestellten Anforderungen. Bei der Übertragung von EKG-Daten über einen telemetrischen Kanal kann es u.a. auch zu Störungen durch Interferenzen oder Reichweitenüberschreitungen kommen. Solche Störungen können zu Fehlinterpretationen der empfangenen EKG-Daten führen. Daten, die beispielsweise aufgrund einer temporären Reichweitenüberschreitung verloren gehen, können als Arrhythmie fehlinterpretiert werden. Fehlinterpretationen aufgrund von Verletzungen der Datenintegrität müssen daher vermieden werden. Da die bekannten telemetrischen EKG-Systeme in der Regel mit einer ana- logen Datenübertragung arbeiten, werden Integritätsverletzungen dem Benutzer nicht angezeigt, und Fehlinterpretationen der Messdaten sind nicht auszuschließen.
Die sogenannten Holter EKG-Geräte zeichnen EKG-Daten auf loka- len Speichermedien auf. Moderne Geräte verwenden dabei häufig Wechselspeichermedien auf Flash Basis. Hierzu gehören Compact Flash Karten und SD-Karten. Die Karten werden dabei in der Regel mit einem computerlesbaren PC-lesbaren Dateisystem formatiert. Üblicherweise wird im Falle von Compact Flash und SD- Karten hierbei ein FAT File System verwendet.
Das FAT-File-System (File Allocation Table) ) ist ein Dateisystem für DOS, das beispielsweise in der Version FAT-lβ mit einer 16-Bit-Adressierung arbeitet und eine Datenmenge von 2,048 GB verwalten kann.
Ein Nachteil beim Formatieren einer Flash Karte ist, dass deren Dateninhalte in der Regel nicht gelöscht werden. Die Formatierung beschränkt sich auf Löschung des Verzeichnisses und der FAT. Es ist daher bei der Benutzung einer formatierten, jedoch schon vorbenutzten, SD-Karte nicht ausgeschlossen, dass EKG- Fragmente, deren Datenpakete für sich genommen bestimmten Integritätsbedingungen genügen, schon auf der Karte vorhanden sind. Eine strenge Prüfsummen gestützte Integritätssicherung würde zwar verhindern, das EKG-Fragmente einer älteren Aufzeichnung mit einer neuen Aufzeichnung vermischt würden. Eine derart strenge Prüfung hätte jedoch den Nachteil, dass eine EKG-Datei beispielsweise wegen eines einzelnen Fehlers nicht mehr lesbar wäre. Dies wäre einem Datenverlust gleichzusetzen.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten anzugeben, die eine sichere Erfassung, Speicherung und telemetrische Übertragung von biologischen Messdaten gewähr- leistet sowie die Verwendung einer derartigen Vorrichtung bei Tieren.
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Messung, Aufzeich- nung und Übertragung von biologischen Daten. Dazu verfügt sie über die Mittel, dass die Aufzeichnung der biologischen Daten über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung befindliches Speichermedium erfolgt, und gleichzeitig eine telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger realisiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die Vorrichtung über die Mittel, damit die Messung, Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten digital erfolgt.
Die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten erfolgt vorzugsweise in Datenpaketen.
Ein Datenpaket ist eine der Dateneinheiten, die über ein Übertragungssystem, beispielsweise für die biologischen die Messdaten, verschickt werden. Der größte Teil der Datenpakete besteht aus den zu verschickenden Informationen. Außerdem enthält es jedoch auch wichtige Adressierungs- und Verwaltungsinformationen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung auch die Mittel, die es ermöglichen, die digitale Auf- Zeichnung und/oder Übertragung der Datenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel zu versehen, der die Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.
Vorteilhafterweise besitzt die Vorrichtung Mittel, um den
Schlüssel aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen zu ermitteln.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise auch derart ausgestaltet, dass die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt werden. Bei den physikalischen Zufallsgrößen handelt es sich vorzugsweise um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode selbst, die aktuelle Batteriespannung, die digitalisierten biologischen Daten zu Beginn ei- ner Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung auch die Mittel, die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens zu codieren. Bei diesem mathematischen Verfahren handelt es sich beispiels- weiseum ein Cyclic Redundancy Check Verfahren. Weitere ggf. alternative Verfahren sind dem Fachmann bekannt.
Die zyklische Redundanzprüfung (engl, cyclic redundancy check, CRC) ist ein Verfahren aus der Informationstechnik zur Bestimmung eines Prüfwerts für Daten (z. B. Datenübertragung in Rechnernetzen oder eine Datei) , um Fehler bei der Übertragung oder Duplizierung von Daten erkennen zu können. Vor Beginn der Übertragung bzw. Kopie eines Blocks der Daten wird ein CRC-Wert be- rechnet. Nach Abschluss der Transaktion wird der CRC-Wert erneut berechnet. Anschließend werden diese beiden Prüfwerte verglichen. CRC ist so ausgelegt, dass Fehler bei der Übertragung der Daten, wie sie beispielsweise durch Rauschen auf der Leitung verursacht werden könnten, fast immer entdeckt werden.
Die Vorrichtung weist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch die Mittel auf, die zu übertragenden Datenpakete mit einer Nummer zu versehen, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.
Auch besitzt die Vorrichtung vorteilhafterweise die Mittel, dass bei einer Darstellung der übertragenen Messdaten fehlende und/oder nicht integere Datenpakete durch ein geeignetes Dar- Stellungsmittel markiert werden. Ein geeignetes Mittel kann die graphische Hervorhebung des entsprechenden Teiles der Aufzeichnungskurve beispielsweise durch unterschiedliche Farbgebung und/oder der Darstellung eines besonderen Markierungszeichens sein. So kann bei Echtzeit Darstellung von biologischen Daten wie z.B. eines EKG Signals ein Integritätsindikator enthalten sein. Dieser wird bei Aufzeichnung des Signals mit abgespeichert und steht bei späteren Auswertungen zur Verfügung.
Bei den biologischen Daten, die durch die Vorrichtung gemessen werden, handelt es sich vorzugsweise um Daten eines Elektromyogramm (EMG) , insbesondere ein Elektrokardiogramm (EKG) .
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem in der Vorrichtung verwendeten Speichermedium um ein Wechselspeichermedium auf
Flash-Basis, wie eine Compact-Flash-Card und/oder eine SD-Card.
Compact Flash (CF) ist ein Schnittstellenstandard in der IT- Technik, unter anderem für digitale Speichermedien. Bei digita- len Speichermedien wurde in den letzten Jahren die Compact- Flash-Card durch die Secure Digital Card (SD-Card) abgelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung auch mit Mitteln ausgestattet, die die Anwendung einer Compact- Flash-Card und/oder SD-Card gewährleistet, die mit einem FAT- File-System formatiert ist.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung auch derart gestaltet, dass die telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten nach dem Bluetooth-Standard erfolgt. Hierbei erfolgt die Übertragung der biologischen Daten digital per Funk. Dazu wird ein Übertragungsprotokoll verwendet, welches das sogenannte Serial Port Profile des Bluetooth-Standards nutzt. Alternativ (oder ergänzend) dazu kann auch das PAN Profil (Personal Area Networking Profile) als Übertragungsprotokoll genutzt werden.
Bluetooth ist ein Standard für die In-House-Kommunikation mit- tels Funk. Der Bluetooth-Standard hat das Ziel, die Kurzstrecken-Kommunikation zwischen Endgeräten, wie beispielsweise Notebooks o. ä., zu unterstützen.
Die Vorrichtung besitzt auch vorzugsweise die Mittel, die Mess- daten an einen Empfänger zu übertragen, an dem eine Auswerteeinheit angeschlossen ist.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass zwischen der Vorrichtung und dem Empfänger ein Rückkanal für eine Be- fehlsübertragung von der Auswerteeinheit besteht.
In einer • weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Elektrodenstecker mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode auf.
An oder in dem Elektrodenstecker kann dabei ein Ein- /Ausschalter integriert sein.
Hierbei kann jeder der Messelektroden mindestens ein Messkanal zugewiesen werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die auf die SD-Karte geschriebenen Datenpakete mit einem Schlüssel versehen, der für eine Sitzung, beispielsweise einer EKG-Sitzung, eindeutig ist. Neben den Prüfsummenverfahren und der Nummerie- rung der Datenpakete steht somit ein Kriterium zur Verfügung, welches einen Datensatz eindeutig einer z.B. EKG-Sitzung zuordnet . Ein sitzungseindeutiger Schlüssel wird hierzu aus physikalischen Zufallsgrößen ermittelt. In einer sinnvollen Ausgestaltung werden beispielsweise die ersten Sekunden einer EKG Auf- Zeichnung zur Ermittlung eines zufälligen Schlüssels verwendet. Weitere physikalische Größen, wie die Dauer der Messungsperiode selbst, die Nachkorranastellen der aktuellen Batteriespannung, der Temperatur des Prozessorchips etc. eignen sich zur Ermittlung einer zufälligen Ausgangsgröße.
Mit einem geeigneten mathematischen Verfahren werden die zufälligen physikalischen Werte auf einen neuen Zahlenraum abgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass Eingansgrößen, die sich nur gering unterscheiden, im Abbildungsraum weit auseinander lie- gen. Das Cyclic Redundancy Check Verfahren ist hierzu geeignet. Alle Datenpakete sind somit bezüglich ihrer Zugehörigkeit zu einer EKG Sitzung überprüfbar. Eine Vermischung älterer EKG Fragmente mit neueren EKG-Daten kann hierdurch ausgeschlossen werden, obwohl die Tolerierung einzelner Fehler vorgesehen ist. Fehler, die die Integrität der Daten stören, werden behandelt wie Integritätsstörungen der telemetrischen Daten.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten.
Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.
Die Aufzeichnung von biologischen Daten erfolgt über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung befindliches Speichermedium. Gleichzeitig wird dabei eine telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger realisiert.
Die Messung, Aufzeichnung und/ oder Übertragung der biologi- sehen Daten erfolgt bei dem Verfahren vorzugsweise digital. Dabei wird die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten vorzugsweise in Datenpaketen realisiert.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die digi- tale Aufzeichnung und/oder Übertragung der Datenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel versehen, der die Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.
Der Schlüssel kann aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen ermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt. Dabei handelt es sich bei den physikalischen Zufallsgrößen vorzugsweise um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode selbst, die aktuelle Batteriespannung, die digitalisierten biologischen Daten zu Beginn einer Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur.
In einem weiteren Schritt können die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens codiert werden, wobei sich hierfür das Cyclic Redundancy Check Verfahren anbietet. Vorteilhafterweise werden in einem weiteren Schritt die zu ü- bertragenden Datenpakete mit einer Nummer versehen werden, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.
Bei der Darstellung der übertragenen Messdaten werden fehlende Datenpakete vorzugsweise durch ein geeignetes Darstellungsmittel markiert.
Bei den biologischen Messdaten handelt es sich beispielsweise um Daten eines Elektromyogramms (EMG) , insbesondere ein Elektrokardiogramms (EKG) .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem im Verfahren verwendeten Speichermedium um ein Wechsel- speichermedium auf Flash-Basis, beispielsweise um eine Compact- Flash-Card und/oder eine SD-Card, die vorteilhafterweise mit einem FAT-File-System formatiert ist.
Die telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten erfolgt vorteilhafterweise in dem Verfahren nach dem Bluetooth- Standard.
Zur Durchführung des Verfahrens kann dabei an dem Empfänger eine Auswerteeinheit angeschlossen werden, wobei zwischen der Vorrichtung und dem Empfänger ein Rückkanal für eine Befehlsübertragung von der Auswerteeinheit bestehen kann.
Bei dem Verfahren weist die verwendete Vorrichtung vorzugsweise mindestens einen Elektrodenstecker mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode auf. Vorteilhafterweise ist dabei an o- der in dem Elektrodenstecker ein Ein-/Ausschalter integriert. Verfahrensgemäß kann jeder Messelektrode mindestens ein Messkanal zugewiesen werden.
Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt be- vorzugt zur Messung, Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten von Animalia (Tieren) , vorzugsweise Mammalia (Säugetieren) , insbesondere Herbivoren (Pflanzenfresser) . Bei der Erfindung ist es von Vorteil, dass die Validität in der am Individuum befestigten Vorrichtung integrierten Aufzeichnung elektrischer Muskelaktivitäten telemetrisch in Echtzeit überwacht werden kann. Auf Erfassungsfehler oder Überlastungssituationen kann sofort reagiert werden. Es ist damit sichergestellt, dass die Höchstleistung tatsächlich nur bei lückenloser Datenaufzeichnung abgerufen wird.
Die Messergebnisse werden nicht, wie bei den bekannten Langzeit-EKG-Geräten, nur aufgezeichnet und erst später einer Auswertung zugänglich gemacht, sondern durch die digitale Übertragung an eine im ausreichenden Abstand vom Probanten befindliche Empfangsstation einer sofortigen, evtl. sogar automatisierten Fehlerbeurteilung, unterzogen. Alle möglichen Mess- und Übertragungsfehler sowie Überlastungssituationen werden sofort erkannt und können ohne Zeitverlust als Kriterium für den Abbruch des Höchstleistungsversuches dienen.
Auch ist vorteilhaft, dass die Messvorrichtung trotz integrierter Aufzeichnung und telemetrischer Datenübermittlung so weit miniaturisiert bzw. so komfortabel gestaltet werden kann. Dabei ist es möglich, die Elektrodenanbringung so unauffällig vorzu- nehmen, dass ein Proband, beispielsweise ein Tier, in seiner natürlichen Bewegung und Wahrnehmung durch die Messapparatur möglichst wenig oder überhaupt nicht beeinflusst wird. So ist es möglich, die zeitlichen Abläufe der elektrischen Muskelaktivität direkt während des natürlichen Verhaltens mit physiologischen Bewegungsabläufen in der gewohnten Umgebung oder in einer Trainingssituation des Tieres aussagekräftig auf- zuzeichnen und zeitgleich diagnostisch zu beurteilen.
Alle erhobenen Leistungsparameter werden sicher erfasst und können im weiteren Trainingsprogramm sofort Berücksichtigung finden, ohne wie bei fehlgeschlagener Datenerhebung den Hoch- leistungstest nach erneuter wochenlanger Vorbereitungszeit wiederholen zu müssen. Bei der Erfindung lässt sich neben der Aufzeichnung eine direkte zeitgleiche diagnostische Analyse von Überlastungssituationen vornehmen, die ein unverzügliches Eingreifen beim Auftreten bestimmter EKG-Veränderungen zwingend vorschreiben.
Gegenüber bisher bekannten sowohl technisch als auch finanziell mit erheblichem Aufwand verbundenen drahtlosen medizinischen Messsystemen können auf der Grundlage der Erfindung preiswert erhältliche Signalprozessoren eingesetzt werden, die eine geringe Größe haben und unmittelbar am Messobjekt eine digitale Aufbereitung der Daten direkt am Messort zulassen.
Die weitere digitale Übertragung der Daten geschieht mit redun- danter Speicherung der Daten, wobei Störungen oder auch längere Ausfälle beim Verlassen der Reichweite durch die permanente Speicherung der Daten direkt im Erfassungsgerät vollständig ü- berbrückt werden, so dass eine extrem hohe Erfassungssicherheit erreicht wird.
Weiterhin lassen sich mit dafür speziell zu erstellenden Computer-Algorithmen entsprechende Störungen oder Überlagerungen anderer Muskelaktivitäten herausrechnen, so dass erstmals eine fehlerfreie Darstellung bisher am lebenden Tier nicht zu erhebender Befunde möglich ist und bereits geringste Überlastungsanzeichen frühzeitig detektiert werden können. Es lassen sich dabei mehrere der im einzelnen nur zweidimensional erfassten elektrischen Ableitungspotentiale auf digitalem Wege zu einer dreidimensionalen oder unter Berücksichtigung der Zeitachse sogar zu einer vierdimensionalen Darstellung der Messergebnisse aufbereiten, die beim derzeitigen Kenntnis'stand der Medizin bisher nicht mögliche diagnostische Aussagen zulassen könnten. Auch die Anwendung vorteilhafter Ausführungen der Erfindung in der Humanmedizin kann ein Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik sein.
Durch die direkte Kontrollmöglichkeit während der Messung und Aufzeichnung ließe sich eine immanente Fehlerquelle bei Abnahme eines Holter-EKGs eliminieren. Das Risiko, erst nach der Anlegekontrolle durch den Arzt beispielsweise eine Elektrode zu verlieren, würde sofort erkannt und der Untersuchungszeitraum müsste nicht ungenutzt verstreichen. Die Intensivüberwachung eines Patienten in seinem häuslichen Umfeld wäre sehr viel sicherer .
Durch Anwendung kostengünstiger digitaler Signalprozessoren schon während der Messwerterfassung ergibt sich neben der Über- tragungssicherheit eine wesentliche technische Vereinfachung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, die sich in einem deutlich geringeren Preis im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren zur drahtlosen EMG-Analyse und -Aufzeichnung auswirkt .
Das Verfahren eignet sich vorteilhafterweise zur sicheren Leistungsüberwachung und zur Optimierung von Höchstleistungen bei nahezu allen Sportarten von Mensch und Tier bei denen im Trai- ning oder Wettkampf eine regelmäßige Wiederkehr in die Reichweite der telemetrischen Überragungseinheit sichergestellt ist, wie Rundenlauf im Stadion oder dem Pferderennsport auf einer Rennbahn.
Vorteilhaft ist, dass bei der Erfindung trotz zusätzlicher te- lemetrischer Kontrolle die Messvorrichtung so weit miniaturisiert bzw. ergonomisch gestaltet wird, dass das damit untersuchte Tier in seiner Wahrnehmung, in seinem Bewegungsablauf und in seinem natürlichen Umfeld nahezu unbeeinflusst bleibt.
Vorteilhafterweise kann dass das Messsignal sofort diagnostisch ausgewertet werden und es können daraus verzögerungsfrei Konsequenzen für die weitere Therapie bzw. den Trainingsverlauf ab- geleitet werden. Bei der Erfindung ist es auch von Vorteil, dass die Aufnahme des Messsignals, dessen Aufbereitung, Speicherung und Übertragung an eine im sicheren Abstand vom Tier befindliche Auswerteeinrichtung auf digitalem Wege erfolgt und die Speicherung auf handelsüblichen Flash-Karten basierend auf einem FAT-File-System erfolgt, so dass die Daten einem Standardformat der PC-Technologie entsprechen.
Auch ist es vorteilhaft , dass die Messeinheit mit weiteren Messkanälen und Speichermöglichkeiten aufrüstbar ist, so dass deren Signale simultan gespeichert und am entfernt stehenden
Auswertecomputer auch diese zusätzlichen Kanäle in Echtzeit beurteilt werden können, sowie über einen Rückkanal des digitalen Übertragungsweges die Messvorrichtung am Probanden jederzeit in einen Standby-Modus versetzt bzw. daraus wieder aktiviert wer- den kann, so dass trotz Batterieversorgung ergonomische Überwachungen über einen langen Zeitraum möglich sind. Aufgrund der Kodierbarkeit des telemetrischen Übertragungsweges können mehrere Probanden z.B. in einem Trainingszentrum oder auf eine Beobachtungsstation gleichzeitig überwacht werden. Die am Tier angebrachte Speichereinheit mit telemetrischer Ü- bertragung ist vorteilhafterweise so miniaturisiert und ergonomisch gestaltet, dass diese möglichst unauffällig in die natürliche Lebens- bzw. Trainingssituation des Tieres integriert werden kann.
Ein wichtiger Vorteil ist, dass die digitale Speicherung der
Messkurven mit handelsüblichen Flash-Speichern erfolgt, die zur Verminderung des apparativen Aufwandes der miniaturisierten Messvorrichtung mit einer seriellen Schnittstelle angesteuert werden.
Vorteilhaft ist auch, dass die Anzahl der Mess- und Speicherkanäle aufgerüstet werden kann.
Zur Miniaturisierung und Begrenzung des finanziellen Aufwandes bei der Erfindung können kostengünstige digitale Signalprozessoren eingesetzt werden, wobei beispielsweise zur Miniaturisierung der Messvorrichtung (z.B. hochintegrierte) Multilay- erplatinen verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweili- gen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung der äußeren Ansicht der Messvorrichtung, und Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung.
Fig. 1 zeigt die Messvorrichtung 100. Die Messelektroden 102 werden im Kabel 104 zusammengeführt. An dem Ende des Kabels 104, welches mit der Messvorrichtung 100 verbunden wird, ist ein Elektrodenstecker 106 angebracht. In dem Elektrodenstecker 106 ist ein Ein-Aus-Schalter für die Messvorrichtung 100 integ- riert . Für die Aufzeichnung der Messdaten ist die SD-Card 108 vorgesehen. Die SD-Card 108 wird vor der Aufzeichnung in den entsprechenden Karten-Slot 110 eingesetzt. Durch den im Elektrodenstecker 106 integrierten Ein-/Aus-Schalter für die Messvorrichtung 100 wird neben dem erzielten Spritzwasserschutz ein unbeabsichtigtes Ein- oder auch Ausschalten der Messvorrichtung 100 vermieden.
In Figur 2 wird beispielhaft eine Ausführung der Messvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die Messvorrichtung 100 weist j e zu erfassendem Kanal einen Messverstärker 200 auf. Von den Messelektroden gelangt das Mess-Signal an den Eingang eines Messverstärkers 200. Vom Ausgang des Messverstärkers 200 wird das verstärkte Signal zum Multiplexer 202 übertragen. Dort werden die Kanäle von allen, entsprechend der Anzahl der Messkanä- len, vorhandenen Verstärkern 200 in einem Multiplexverfahren gebündelt und durch den Analog-Digital-Wandler 204 werden die zunächst analogen Signale digitalisiert und in einem Signalprozessor 206 digital verarbeitet und bereits hier werden mit Hilfe geeigneter mathematischer Algorithmen und digitaler Signalfilter Störungen und Rauschanteile herausgerechnet. Das Ausgangssignal des Signalprozessors 206 wird auf einer in der Messvorrichtung befindlichen SD-Card 108 gespeichert. Gleich- zeitig werden- die im Signalprozessor 206 aufbereiteten digitalen Signale bereits als vollwertige EMG- bzw. EKG-Kurve 210 in digitalisierter Form zu einem Bluetooth-Modul 212 (digitaler Transceiver) übermittelt. Von dort erfolgt die drahtlose Übertragung 214 der digitalisierten biologischen Messdaten über die in der Messvorrichtung 100 integrierte Antenne 216 zu einem weiteren Bluetooth-Modul 218 (digitaler Empfänger) mit einer Antenne 220. Der digitale Empfänger 218 ist mit einer Auswerteeinheit 222 (Computer) verbunden. Hier können die empfangenen Daten zwischengespeichert oder nach entsprechender Aufbereitung durch ein speziell dafür erstelltes Computerprogramm direkt auf dem Monitor dargestellt bzw. als Hardcopy ausgedruckt werden.
Weiterhin ist zwischen der Auswerteeinheit 222 und der Messvorrichtung 100 ein Rückkanal vorgesehen, der eine Befehlsdaten- Übertragung 224 zur Messvorrichtung 100 gewährleistet. Die Befehlsdaten werden vom Bluetooth-Modul 212 der Messvorrichtung 100 empfangen und im Analog-Digital-Wandler 226 in analoge Schaltsignale für die Verstärker 200 umgewandelt werden. Auf diese Weise ist beispielsweise möglich, eine Umschaltung der Messvorrichtung 100 vom aktiven Modus in einen Standby-Modus und umgekehrt zu realisieren. Dadurch wird u.a. erreicht, dass trotz Batterie-Stromversorgung der Messvorrichtung 100 ergonomische Überwachungen über einen langen Zeitraum möglich sind.
Bei simultaner Erfassung mehrerer Ableitungen können diese im
Computer der Auswerteeinheit zwischengespeichert und nacheinander zur Darstellung gebracht oder über eine spezielle Software miteinander verrechnet und als bisher noch nicht mögliche mehrdimensionale Darstellungen analysiert werden.
In vielen Anwendungsfällen kann eine einkanalige Aufzeichnung bereits ausreichend sein. Prinzipiell lässt sich jedoch die Messvorrichtung mit beliebig vielen Messverstärkern aus- bzw. aufrüsten.
Eine Aufbereitung der Daten bereits in der Messvorrichtung vor- zunehmen ist vorteilhaft, da hierdurch Daten für Kalibrati- onszwecke schon in der Messvorrichtung zur Verfügung stehen.
Vorteilhafterweise werden im Signalprozessor 206 der Messvorrichtung 100 Infinite Impuls Response Filter (IIR-Filter) ver- wendet. Der hierfür benötigte Speicherbedarf ist im Vergleich zur Verwendung von Finite Impulse Response Filtern geringer und kann mit geringem Aufwand von Single-Chip-Microcontrollern abgedeckt werden. Alternativ (oder ergänzend) dazu können die Filterfunktionen empfängerseitig ausgeführt werden, beispiels- weise in einem Notebook oder PC. Es können IIR-Filter und/oder FIR-Filter (Finite Impulse Filter) zur Anwendung kommen.
Für eine sichere Fixierung der Elektroden 102, beispielsweise beim Pferd, bietet sich die Integration der Messvorrichtung 100 in die ohnehin auf der Hautoberfläche getragen Bänder, Sattelbefestigung, Zaumzeug, Satteldecke und dergleichen an. Gegebenenfalls muss an den korrespondierenden Hautarealen kleinflächig das Fell zurückgeschnitten werden und ein geeignetes Leitgel aufgetragen werden.
Die Unterbringung der Messvorrichtung 100 muss so erfolgen, dass einerseits die Kabel 104 zu den Messelektroden 102 möglichst kurz und direkt verlegt werden können ohne das Tier in seinem natürlichen Bewegungsablauf zu hindern und andererseits die Messvorrichtung selbst nicht alteriert wird, wenn sich das Pferd beispielsweise spielerisch im Sand wälzt. Hierfür bietet sich die Unterbringung in einer Brusttasche des Schulterschoners an. An diesem speziellen Ort direkt unterhalb des Halses ist die Messvorrichtung 100 auch bei extremsten Bewegungen des Tieres nur wenigen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Bezugszeichen
100 Messvorrichtung
102 Messelektroden
104 Kabel 106 Elektrodenstecker
108 SD-Card
110 Karten-Slot
200 Verstärker
202 Multiplexer 204 Analog-Digital-Wandler
206 Signalprozessor
210 EMG- oder EKG-Kurve (Symbolische Darstellung)
212 Bluetooth-Modul (digitaler Transceiver)
214 Messdatenübertragung 216 Antenne
218 Bluetooth-Modul (digitaler Empfänger)
220 Antenne
222 Auswerteeinheit
224 Befehlsdatenübertragung 226 Analog-Digital-Wandler

Claims

Patentansprüche
1.Vorrichtung (100) zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Aufzeichnung von biologischen Daten über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung befindliches Speichermedium (108) erfolgt, und b) gleichzeitig eine telemetrische Übertragung (214) der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger (218) realisiert wird.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung, Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten digital erfolgt.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten in Datenpaketen erfolgt.
4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der Datenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel versehen wird, der die Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.
5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüssel aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen ermittelt wird.
6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt werden.
7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den physikalischen Zufallsgrößen um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode, die aktuelle Batteriespannung, die digitali- sierten biologischen Daten zu Beginn einer Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur handelt.
8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens codiert werden.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mathematischen Verfahren um ein Cyclic Redundancy Check Verfahren handelt.
10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Datenpakete mit einer Nummer versehen werden, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.
11. Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Darstellung der übertragenen Messdaten fehlende Datenpakete durch ein geeignetes Darstellungsmittel mar- kiert werden.
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den biologischen Daten um Daten eines E- lektromyogramm (EMG) , insbesondere ein Elektrokardiogramm (EKG) handelt.
13. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Speichermedium (108) um ein Wechselspeichermedium auf Flash-Basis handelt.
14. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Wechselspeichermedium auf Flash-Basis um eine Compact-Flash-Card und/oder eine SD-Card (108) handelt.
15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Compact-Flash-Card und/oder SD-Card (108) mit einem FAT-File-System formatiert ist.
16. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die telemetrische Übertragung (214) der gemessenen biologischen Daten nach dem Bluetooth-Standard erfolgt.
17. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Empfänger (218) eine Auswerteeinheit (222) angeschlossen ist.
18. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung (100) und dem Empfänger (218) ein Rückkanal für eine Befehlsübertragung (224) von der Auswer- teeinheit (222) besteht.
19. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens einen Elektrodenstecker (106) mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode (102) aufweist.
20. Vorrichtung (100) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ein-/Ausschalter an oder in dem Elektrodenstecker (106) integriert ist.
21. Vorrichtung (100) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messelektrode (102) mindestens ein Messkanal zugewiesen wird.
22. Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Aufzeichnung von biologischen Daten über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung (100) befindliches Speichermedium (108) erfolgt, und b) gleichzeitig eine telemetrische Übertragung (214) der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger (218) realisiert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung, Aufzeichnung und/ oder Übertragung der biologischen Daten digital erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der bio- logischen Daten in Datenpaketen erfolgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der Da- tenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel versehen wird, der die" Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüssel aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen ermittelt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den physikalischen Zufallsgrößen um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode, die aktuelle Batteriespannung, die digitalisierten biologischen Daten zu Beginn einer Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur handelt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens codiert werden.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mathematischen Verfahren um ein Cyclic Redundancy Check Verfahren handelt .
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Datenpakete mit einer Nummer versehen werden, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Darstellung der übertragenen Messdaten fehlende Datenpakete durch ein geeignetes Darstellungsmittel markiert werden.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Daten um Daten eines Elektromyogramms (EMG), insbesondere ein Elektrokardiogramms (EKG) handelt .
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Speichermedium (108) um ein Wechselspeichermedium auf Flash-Basis handelt.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Wechselspeichermedium auf Flash-Basis um eine Compact-Flash-Card und/oder eine SD-Card (108) handelt.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Compact-Flash-Card und/oder SD-Card (108) mit einem FAT-File-System formatiert ist.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die telemetrische Übertragung (214) der gemessenen biologischen Daten nach dem Bluetooth-Standard erfolgt.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Empfänger (218) eine Auswerteeinheit (222) angeschlossen ist.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung (100) und dem Empfänger (218) ein Rückkanal für eine Befehlsübertragung (224) von der Auswerteeinheit besteht.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens einen Elektrodenstecker (106) mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode (102) aufweist.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ein-/Ausschalter an oder in dem Elektrodenstecker (106) integriert ist.
42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messelektrode (102) mindestens ein Messkanal zugewiesen wird.
43. Verwendung einer Vorrichtung (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 21 zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten von Animalia, vorzugsweise Mammalia, insbesondere Herbivoren.
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