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DE102005046518B3 - Fern-Übertragungssystem zur Erfassung biomedizinischer Parameter - Google Patents

Fern-Übertragungssystem zur Erfassung biomedizinischer Parameter Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät und Verfahren zur mobilen Erzeugung, Erfassung und Übertragung von Reaktion bei der Reflex-Pupillographie. Hierzu werden die Verfahren aktueller Video-Mobiltelefonie eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, biomedizinische Parameter mit Hilfe von Mobilfunk-Geräten zu erfassen und zu übertragen. Dazu wird ein Verfahren der Licht-Reflex-Pupillografie eingesetzt.
  • Zur Überwachung und Feststellung biomedizinischer Effekte, wie die zentralnervöse Aktivierung und darin resultierende medikamentöse Effekte, die Ermittlung neurologischer Erkrankungen, Schädel-Hirn-Traumata, Vergiftungserscheinungen und Umfeldbedingter Störungen, werden u.a. Verfahren der Pupillographie eingesetzt. Während in der Schlafforschung hierbei insbes. die Infrarot-Pupillographie benutzt wird, erfolgt die Mehrzahl der Messungen klinischer Effekte mit Hilfe der Reflexlicht-Pupillographie: hierbei wird die Kontraktion und Dilatation der Pupille als Reaktion auf spezifische Lichteffekte, vornehmlich Abfolgen von Lichtblitzen definierter Frequenz und Stärke, erfasst und analysiert. Die zugehörigen Verfahren und Geräte sind bisher stationär und auf Laboranwendungen beschränkt. Es sind zwar Methoden und Anwendungen bekannt, die Pupillographie zur Vigilanzüberwachung z.B. für Kraftfahrer einzusetzen. Hierfür wurden Brillen und Kopfhalterungen, sog. HEDs (Headmounted Eyetracking Devices [2]) sowie Kameras mit automatischer Nachführung und Fokussierung entwickelt. Erstere erfordern jedoch erhebliche Einschränkungen im Tragekomfort, letztere massiven Aufwand für die Steuerung und sind nur in Anbringungen wie z.B. in Fahrzeug-Cockpits einsetzbar. Zudem sind derartige Einrichtungen bislang nicht für die Anwendung der Reflex-Pupillographie ausgelegt. Die Ausführung solcher Geräte erfolgte bisher zudem als einzelne Entwicklung mit jeweils spezifischer Technologie und dem entsprechend hohem Kostenaufwand. Zur Untersuchung am Krankenbett wurde allerdings auch ein Hand-Pupillometer nach Alexandridis [1] bekannt, das jedoch auf Grund seiner Handhabung nur von Fachärzten bedient werden soll und in seinen Anzeigen unmittelbar interpretiert werden muss. Ferner ist aus US 6.820.979 B1 ein Hand-Pupillometer bekannt, das eine Vielzahl von Messungen erlaubt, aber sehr aufwendig ist, weil alle Messungen und Auswertungen im Gerät vorgenommen, gespeichert und ausgewertet werden. Zudem erscheinen einzelne Verfahren, wie z.B. die Mittelpunktbestimmung der Iris, als unnötig aufwendig. Anderseits besteht Bedarf an einer schnellen und möglichst mobilen Überprüfung biomedizinischer Parameter mit Hilfe der Reflex-Pupillographie z.B. zur Erfassung der Wirkmechanismen von Medikamenten unter gegebenen Umwelt- und Lebensbedingungen, Bestimmung von Reaktionsstörungen in situ bei der Flug- und Raumfahrt-Medizin, zur Vor-Ort-Untersuchung von Unfallopfern, Vergiftungserscheinungen, Drogenmissbrauch, bei epileptischen Anfällen etc, insbesondere durch Helfer und medizinische Laien.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System der mobilen Erfassung, Registrierung und Übertragung der Ergebnisse der Reflex-Pupillographie zu schaffen, das einfach handhabbar und durch Datenübertragung unabhängig von der Erfassung auswertbar ist, eine sichere Zuordnung der Ergebnisse zu einzelnen Probanden zu Auswertungs- und Nachweiszwecken erlaubt und sich auf durch weite Verbreitung und großindustrielle Herstellung kostengünstige und leicht zu übertragende Technologien bezieht.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch die Anwendung einer Technologie erzielt, die als Video-Mobiltelefonie und in sog. Fotohandys zunehmend verbreitet ist: Hierzu wird die in derartigen Handys integrierte, auf das Gesicht des Anwenders gerichtete zweite Videokamera und die in Fotohandys derzeit verbreiteten Blitz-Leuchtdioden, zusammen mit einer spezifischen Fokussiertechnik und die gängige Speicherung im Gerät oder zusätzlichen Speicherkarten, sowie Mobilfunk-Übertragung eingesetzt.
  • Zur Fokussierung wird das Objektiv der im Handy integrierten Videokameras – ggf. umschaltbar – mit langer Brennweite und Makro-Voreinstellung ausgeführt. In einfacher Form ist dies durch den Einsatz von Vorsatzlinsen möglich. Die Fokussierung erfolgt, indem ein im Display eingearbeiteter Ring (in einfacher Form eine bedruckte Folienauflage für das Display) mit dem Außenkreis der anvisierten Augen-Iris zur Deckung gebracht wird. Dabei erfolgt die Ausrichtung, wie bei Video-Handys üblich, allein durch die entsprechende Bewegung bzw. Haltung des Geräts. Erfolgt die Fokussierung durch einen Helfer, ist hierfür der Einsatz von Geräten mit doppelten Display oder zwei Objektiven und Beleuchtungdsdioden – wie von einigen Mobilfunkgeräte-Herstellern bereits serienmäßig ausgeführt – vorteilhaft.
  • Zur Messung wird eine Blitzdiode eingesetzt, wie sie neuere Foto-Handys aufweisen, oder die in Video-Handys integrierte Beleuchtungs-LED zur Emission geeigneter Lichtsignale umfunktioniert. Bei der üblichen Anordnung des Aufnahmeobjektivs für die Videotelefonie neben dem Handy-Display und einem daraus resultierenden Aufnahmeabstand in gewohnter Entfernung zum Ablesen des Displays (30 bis 40 cm), ergibt sich eine ausreichende Blitzwirkung bei normalem Umgebungslicht. Vorzugsweise sollte die Blitzhelligkeit jedoch dem Umgebungslicht entsprechend geregelt werden. Für Präzisionsmessungen ist das Aufsuchen entsprechend abgedunkelter Räume erforderlich, Sonnen- und Scheinwerfer- oder andere blitzende Einstrahlung sind jedoch in jedem Falle zu vermeiden. Um den Einfluss des Umgebungslichtes ferner zu extrapolieren, wird das Steuersignal für die Belichtungs-Steuerung der Kamera unmittelbar vor Emission eines Blitzes abgefragt und neben seiner Funktion der Steuerung der Blitz-Helligkeit als Korrekturfaktor für Umgebungshelligkeit in die Auswertung der Aufnahme (zur Bewertung von Umfang der Pupillen-Kontraktion bzw. -Dilatation) einbezogen.
  • Für eine sofortige Auswertung ist die Übertragung der ausgelösten Video-Sequenz auf ein Mobilfunk-Empfangsgerät beim behandelnden Arzt, in der Klinik oder dem medizinische Notfalldienst, sowie im Falle von Medikamenten-Studien bei der CRO (Contract Research Organisation) möglich. Ebenso denkbar ist die Speicherung der Sequenz im Gerät oder auf einem der in Video-Mobilfunkgeräten mittlerweile üblichen Wechselmedien, wie CIRR, SD-Card, Memory-Stick, etc. und spätere Auswertung. Die im Bild mit übertragene Iris kann dabei als Identifikationsmerkmal herangezogen werden, so wie dies bei zahlreichen Iris-Scan-Sicherheitssystemen Anwendung findet. Bei einer automatisierten Sofort-Übertragung als MMS ist ferner der Zeitpunkt der Übertragung nachweisbar. Für den Fall der Speicherung im Gerät oder auf Wechselmedien ist es jedoch auch möglich, die Zeit aus der im Mobilfunkgerät integrierten Uhr mit zu speichern. Ferner ist es in Zusammenarbeit mit dem entsprechenden Mobilfunk-Betreiber möglich, den Standort der Aufnahme aus der Funkzellen-Ortung zu ermitteln. Genauer kann dies durch die Abfrage eines GPS-Moduls im Handy erfolgen, so wie es auch möglich ist, die Speicherung bzw. Übertragung weiterer, durch zusätzlich integrierte Sensoren erfassbare Parameter, wie Umgebengshelligkeit (aus den Kamera-Meßdaten), Temperatur, ggf. Hautfeuchte/Widerstand beim Haltes des Handys, etc. auszuführen.
  • Verfahren:
  • In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Auswertung nach einer raschen Abfolge von Messungen eines Patienten oder Probanden Bei Frobanden medizinischer Studien wird eine Reihe von z.B. 10 Messungen zur Referenz im Vorfeld genommen. Hierauf folgt eine Mittelwertberechnung und die Bestimmung der Standardabweichung.
  • Zu Kontrollzwecken wird die gleiche Messung unter Einfluss einer dosierten Menge Alkohols oder relevanter pharmakologischer Wirkstoffe bzw. Drogen wiederholt. Erfasst wird damit die typische Verlangsamung oder Überreaktion der Pupillenkontraktion und -Dilitation. In gleicher Weise können intra-individuelle Reaktionsprofile bei Müdigkeit und unter spezifischen Belastungssituationen gemessen werden.
  • Die Nutzung der so gewonnenen Profile kann sowohl zur persönlichen Kontrolle (etwa des Wachzustandes und der Reaktionsfähigkeit, z.B. im Strassenverkehr) genutzt werden. Da eine Mobilfunk-gesteuerte Fernübertragung vorgesehen ist, ist damit aber auch die Überwachung zur Vermeidung erhöhter Unfallgefahren, z.B. bei Fahrern und Piloten möglich, aber auch die Beweisführung bei Drogenkontrollen, Dokumentation bei Unfallopfern, etc.
  • Aus dem Datenpool der Probanden, die vorzugsweise nach Alter und Geschlecht geschichtet ausgewählt sein sollten, kann ein Toleranzprofil für gesunde und unverletzte Personen einer demographischen Einheit ermittelt werden. Aus der medizinischen und pharmazeutischen Literatur sind ferner charakteristische Anomalien der Pupillenreaktionen bekannt, die mit Hilfe der statischen Reflex-Pupillographie ermittelt wurden und auf die Ergebnisse dieses Verfahrens umrechenbar sind. Daraus ist es möglich, bei der Erstversorgung von Unfallopfern und in komatösem Zustand aufgefundenen Personen per Ferndiagnose eines Arztes evtl. lebensrettende Anweisungen zu geben, ohne dass der Helfer oder Sanitäter über entsprechende Erfahrungen oder ein Einschätzungsvermögen der Pupillenreaktion verfügen muss.
    •
  • Die Erfindung wird an Hand anliegender Zeichnung 1 erläutert:
    Ein für Video-Telefonie und MMS geeignetes Mobiltelefon (1) ist mit einem Tele-Makro-Linsenvorsatz (2) vor dem Objektiv für die Video-Telefonie-Selbstaufnahme (3) ausgestattet. Das Display (4) enthält einen Zielkreis mit Fadenkreuz (5), in das sich die Iris (6) fokussieren lässt. Die LED-Blitzleuchte (7) wird mit der Aufnahme Aufdruck auf die Taste (8) aktiviert und sendet die jeweils einprogrammierte Blitz- und Leuchtfolge. Ein zweites Display (nicht dargestellt) auf der Rückseite des Handy-Oberteils (9) ermöglicht die Bedienung durch eine zweite Person.
    • [1] Alexandridis, E., Gräser, K.-H., Helmle, H.: Handpupillometer zur Prüfung der Pupillenlichtreflexe in der Praxis und am Krankenbett. Ophtalmologe 91: 191–193 (1994)
    • [2] Zülch, Fischer, Paas, Stowasser: SMI. Teltow 1996, S.2
    • [3] Kuhlmann, Jochen (Hrsg.): Pupillography – principles, methods and applications. München (u.a.) Zuckschwerdt, 1999. VII, S 66 ff.
    • [4] Myers et al.: Level Dependant Signal Flow in the Light Pupil Reflex. In: Biological Cybernetics, 68/1993, S. 229–234.
    • [5] Fairville Medical Options, Inc.: Pupilscan II, A Hand-Held, Cordless Pupillometer. Feb. 12, 1997.
    • [6] AMTech GmbH: Introducing CIP: Compact Integrated Pupillograph and Nystagmograph, 2006.

Claims (15)

  1. Verfahren zur mobilen Erzeugung, Erfassung und Übertragung von Reaktion bei der Reflex-Pupillographie, wobei hierzu die Verfahren der Video-Mobiltelefonie eingesetzt werden, wobei dazu eine Video-Kamera in einem Gerät integriert ist, die die kurzen Abfolgen der Pupillen-Reaktion aufzeichnet, und ein Display im Gerät integriert ist, das die Kamera-Aufnahme kontinuierlich abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Aufnahmekamera mit Hilfe eines im Display angezeigten Ringes erfolgt, mit dem das Gerät zum anvisierten Auge so ausgerichtet wird, dass der Ring sich mit dem Rand der Iris des zu untersuchenden Auges deckt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung durch Aussendung von Lichtblitzen aus dem Gerät und Übertragung und/oder Aufzeichnung der Reaktion erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung im Mobilfunk-Modus an eine entsprechend ausgerüstete Auswertungsinstanz erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung im Gerät mit Hilfe eines integrierten Speichers oder auf einer darin integrierbaren und entnehmbaren handelsüblichen Speicherkarte erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fokussierung des Kamera-Objektivs durch Positionierung und Haltung des Gerätes erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv der Video-Kamera mit langer Brennweite zur Fixfokus- oder Auto-Scharfstellung im Makro-Modus geeignet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass lange Brennweite und Makro-Scharfstellung durch – vorzugsweise auswechselbare – Vorsatzlinsen erzielt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass lange Brennweite und Makro-Scharfstellung durch Umschaltung des Objektivs (Zoom) realisiert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein (evtl. zusätzliches) Display auf der Rückseite eines Mobiltelefons das Zielen auf die Iris durch Helfer ermöglicht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein (evtl. zusätzliches) Objektiv und LED-Blitz auf der Rückseite des Mobiltelefons das Zielen auf die Iris mit umgedrehtem Mobiltelefon durch Helfer ermöglicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angezeigte Ring durch ein Folien-Overlay auf dem Display erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blitzdiode, wie sie neuere Foto-Mobiltelefone aufweisen, oder die zur Beleuchtung von Video-Aufnahmen vorgesehene LED so angesteuert wird, wie es ein Analyseprogramm erfordert, um die erforderlichen Lichtblitze und -Sequenzen zu emittieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitz- oder Leuchtdiode in ihrer Helligkeit so angepasst wird, dass sie in der Aufnahmeentfernung von 30 bis 40 cm das Umgebungslicht erheblich überstrahlt.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal für die Belichtungs-Steuerung der Kamera unmittelbar vor Emission eines Blitzes abgefragt und als Korrekturfaktor für Umgebungshelligkeit in die Auswertung der Aufnahme (Umfang der Pupillen-Kontraktion bzw. Dilatation) einbezogen wird.
  15. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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