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WO2010066369A1 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung elektrischer potentiale am menschlichen oder tierischen körper - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erfassung elektrischer potentiale am menschlichen oder tierischen körper Download PDF

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Publication number
WO2010066369A1
WO2010066369A1 PCT/EP2009/008595 EP2009008595W WO2010066369A1 WO 2010066369 A1 WO2010066369 A1 WO 2010066369A1 EP 2009008595 W EP2009008595 W EP 2009008595W WO 2010066369 A1 WO2010066369 A1 WO 2010066369A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
unit
management unit
human
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/008595
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin MÜCKE
Matthias FÄHLE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UP MANAGEMENT GmbH
Original Assignee
UP MANAGEMENT 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by UP MANAGEMENT GmbH filed Critical UP MANAGEMENT GmbH
Priority to CN2009801496181A priority Critical patent/CN102245090A/zh
Priority to US13/133,469 priority patent/US20110301490A1/en
Priority to JP2011539932A priority patent/JP2012511342A/ja
Priority to EP09763876A priority patent/EP2355697A1/de
Publication of WO2010066369A1 publication Critical patent/WO2010066369A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]
    • A61B5/282—Holders for multiple electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6804—Garments; Clothes
    • 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 invention relates to a device for detecting electrical potentials on the human or animal body, with a body-side arrangement of electrodes and a body-side administrative unit.
  • the invention further relates to a device for detecting electrical potentials on the human or animal body, with a body-side arrangement of electrodes and a preferably body-side management unit and / or a preferably remote evaluation unit, which communicate with each other, as well as on a clothing-like support device and method for detection electrical potentials on the human or animal body.
  • a telemetric transmitter is disclosed, the transmitter electronics arranged between plastic layers is designed as a unit with the electrodes and communicates with them via a conductive plastic layer.
  • the components are embedded waterproof including a battery in a belt that can be worn around the chest.
  • the data collected by the electrode such as the ECG or heartbeat of the wearer of the electrode, are transmitted wirelessly using a near-field magnetic field to the receiver, which may, for example, be worn on a bracelet.
  • the device has a number of electrodes contacting the breast, which are wirelessly connected to a body-side management unit.
  • the electrodes are equipped with Bluetooth transmitters and power supply units which enable the transmission of the derived electrical signals to the management unit.
  • the management unit in turn has a signal processing device, in particular an A / D converter, and a memory device. It is also equipped with an evaluation software for the detection of critical heart functions.
  • the data acquired in the storage device can be transferred to another medium via a USB or Bluetooth interface.
  • the data transmission between electrodes and management unit via electrical conductors which are arranged in a garment.
  • This garment is worn by the patient during measurement instead of conventional clothing.
  • the burden of additional weight is quite low.
  • a miniaturized measured value acquisition in the form of a small, battery-operated device is attached to the patient, in particular an animal, which records the analog signals of the electrodes provided with the shortest possible cables and carries out their digitization, error correction and measured value processing.
  • all interferences and noise components are eliminated by means of suitable algorithms and digital signal filters so that the transmitter already has a full-fledged EMG or ECG curve.
  • Via a digital, wireless connection range, preferably using Bluetooth technology this data is transmitted to the receiver, which is placed at a sufficient distance from the patient and connected to a computer. This is where the gathering and visualization of patient data takes place.
  • the Bluetooth standard transmission has the disadvantage of high power consumption and a relatively long time required to establish the wireless connection between the electrodes and the management unit.
  • European Patent Specification EP 1 331 878 B1 also describes a pacemaker which is equipped with a device for deriving electrical potentials and their wireless transmission to a remote monitoring station.
  • the spirally formed electrodes are placed subcutaneously and are isolated from direct contact with body tissue and moving body fluids.
  • the electrodes communicate via cables with a body-side management unit, which is arranged in a hermetically sealed housing and has a device for signal processing.
  • the wireless connection between the monitoring station and the administrative unit allows bi-directional communication between the body-side and remote-body components of the device.
  • the object of the invention is to further develop generic devices and methods such that, with high application and wearing comfort and low energy consumption, reliable and responsive data exchange between the electrodes, the administrative unit and / or the evaluation unit is made possible.
  • the pathways between electrodes and management unit comprise at least partially electrically conductive liquids.
  • the communication is not about a uncomfortable to handle and problematic in terms of wearing cabling, but can be made on any liquid deposits that are only in accordance with the number of required paths electrically isolated from each other.
  • the device according to the invention can serve, for example, for the derivation of an electrocardiogram (ECG), but in principle can also be used for the detection of brain waves (EEG) or other electrical potentials (eg electromyography EMG).
  • ECG electrocardiogram
  • EMG brain waves
  • EMG electromyography
  • the administrative unit advantageously comprises a transmitter (transmitter), which communicates wirelessly with the receiver (receiver) of an evaluation unit.
  • a transmitter transmitter
  • receiver receiver
  • At least one, preferably a plurality of electrodes are arranged with the management unit in a body-side structural unit.
  • This unit is applied to the patient as a whole, so that a complex component-wise arrangement with the associated error possibilities deleted.
  • the assembly of electrodes and management unit in the form of a preferably flat pad is formed.
  • a pillow made of soft cushion cover and pillow filling has a great adaptability to the body surface of the patient and a high level of comfort.
  • the assembly is advantageously angular, more preferably also curved or with rounded angles, wherein an electrode is arranged at each end of the limb and preferably also in the transition region between the limbs.
  • the handling of the assembly is further preferably facilitated by the fact that the assembly is provided with an adhesive outer surface by means of which it is to be fastened on the body surface. Before using the assembly, the adhesive surface can be protected from accidental contact by a silicone-coated paper or the like.
  • the conduit paths are formed as liquid-filled cushion segments, which form at least part of the cushion filling.
  • the cushion segments can be formed, for example honeycomb-like, but also with a substantially elongated extension.
  • the sheath of the pad is preferably made of an electrical insulator, in particular a thermoplastic material.
  • the electrical separation between the fluid paths forming the conduit paths is thus effected without further action by the cushion cover (possibly including dividers provided therein).
  • the liquid used for signal transmission advantageously consists of a water-containing electrolyte, which is cost-effective. can be produced cheaply and has sufficient conductivity.
  • the fluid also preferably has a gel-like consistency, which improves the wearing comfort in terms of haptics and noise development.
  • a particularly suitable liquid for carrying out the invention contains 0.65 to 0.75 wt.%, Preferably about 0.71 wt.% Demineralized or distilled water, 0.10 to 0.20 wt.%, Preferably about 0, 14% by weight of sodium chloride, 0.03 to 0.07% by weight, preferably about 0.05% by weight of hydroxyethylcellulose and 0.07 to 0.13% by weight, preferably about 0.10% by weight propylene glycol.
  • a dye can be added to the gel-like liquid thus obtained.
  • the gel is preferably prepared by mixing powdered sodium chloride with likewise powdered hydroxyethylene cellulose, subsequent addition of the liquid propylene glycol and filling of the mixture with water while stirring.
  • the object underlying the invention is further achieved in that the communication takes place wirelessly using means for radio transmission with transmitter (transmitter) and receiver (receiver).
  • means for radio transmission with transmitter (transmitter) and receiver (receiver).
  • standards such as W-LAN or Bluetooth can be used.
  • the means for radio transmission of the patient data comprise transmitters and receivers according to the ZigBee radio network standard.
  • ZigBee is a wireless network standard that is based on the IEEE 802.15.4 standard and is particularly suitable for data transmission over short distances between 10 and 100 meters.
  • the ZigBee wireless network standard operating in the frequency bands 863.3 MHz / 2, 46 GHz (Europe) and 915 MHz / 2, 46 GHz (USA) is characterized by a very low power consumption of the terminals and a stable and secure radio connection with a transmission rate of 20-250 kbit / s.
  • the reaction times are so low that Real-time applications are possible.
  • the ZigBee radio transmission can take place both from the electrodes to the administrative unit and, with particular preference, between the body-side administrative unit and the evaluation unit, which is generally remote from the body.
  • the standard IEE802.15.4 provides for two device classes of different complexity with the very simple and inexpensive RFD (Reduced Function Devices) and the FFD (Füll Function Devices).
  • An FFD can communicate with both other FFDs and with RFDs, while an RFD can only be operatively connected to one FFD.
  • Software implementation is possible with an 8-bit microcontroller.
  • different network topologies can be set up, for example a star topology, in which RFDs or FFDs are connected to an FFD assuming the role of a PAN coordinator.
  • a peer-to-peer topology is conceivable in which a point-to-point communication between the radio-range devices is provided.
  • the sensor nodes which receive the measured values and forward them to a central node and on the other hand distinguish the actuator nodes which are addressed by a central node.
  • the electrodes are preferably in operative connection with a body-side transducer (A / D converter), which in turn communicates with the body-side transmitter.
  • a / D converter body-side transducer
  • Transmitters and / or transducers are preferably designed as a single-use chipset.
  • the administrative unit may in principle be intended for single or multiple use.
  • it is waltungsisme set up by means of a plug connection to the cushion cover and thus to electrically connect with the conductive liquid.
  • the reception of the transmitted data can for example be done by a receiver with a PCMCIA card or a viewer, in which in addition to the ZigBee receive chip and an RFID or barcode reader are integrated, which enable pairing.
  • Wibree standard or the Upper Layer Protocol (ULP) is also possible.
  • the Wibree standard is a competitor to the industry standard Bluetooth and sends like this in the range of 2.4 GHz, but with significantly reduced power consumption and range.
  • the transmission rate is 1 Mbit / s.
  • ULP is an application of the Socket Direct Protocol (SDP).
  • the object is achieved in that the carrying device is provided with means for adaptation to the body size.
  • the term "height" encompasses all dimensions of the human or animal body, including, for example, the abdominal, arm or neck circumference, the shoulder width and the height of the upper body.Thus, the support devices of patients of very different body size can be worn without the quality
  • the carrying device is formed west-like and variable over adjusting means in terms of their width, length, neck width, arm width and / or shoulder width executed.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a device according to the invention using the example of an electrocardiogram
  • Fig. 2 is a plan view of such a device
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the device according to Fig. 2.
  • Fig. 5 is a liquid-filled pathway according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 6 electrodes communicating via radio connection with the supply unit
  • FIG. 7 shows a carrying device for an electrode arrangement.
  • the patient 1 in the thorax area wears a cushion-like unit 2 which accommodates a number of electrodes 3 resting on the body surface and a management unit 4 operatively connected thereto.
  • the management unit 4 comprises a transducer (A / D converter) 5, a power supply unit 6 and a transmitter 7, which operates according to the ZigBee radio network standard.
  • the body-side structural unit 2 communicates by means of radio transmission 8 with the receiver 9 of the remote evaluation unit 10, which also has a data memory 11 and a display 12 for the graphic representation of the measurement curve.
  • the evaluation unit 10 is equipped with a printing device 13 for printing the measurement curve.
  • the flat, pillow-shaped unit 2 consists of an electrically insulating cushion cover 14, which surrounds the unit 2 on the one hand in its entirety and on the other hand
  • Cushion cover 14 and webs 15 can be cut from a film of a flexible, thermoplastic plastic, in particular polyethylene or a polyethylene / polypropylene copolymer, and then welded together.
  • the cushion segments 16 are subsequently each filled with an electrically conductive, gel-like liquid 17.
  • the assembly 2, including electrodes 3 and the complete management unit 4, is provided as a disposable item, ie it is disposed of after a single use.
  • Both the electrodes 3 and the management unit 4 are equipped with electrical contacts 18 which project into the liquid 17.
  • an electrical contact 18 of an electrode 3 via a filled with liquid 17 cushion segment 16 with an associated electrical contact 18 of the management unit 4 is electrically connected.
  • the contact 18.1 of the electrode 3.1 communicates with the contact 18.1 'of the management unit 4 via the path 19.1 formed by the cushion segment 16.1.
  • the electrodes 3 break through the cushion cover 14 locally and are provided in these areas 20 for direct abutment with the body surface of the patient 1. It is understood that the breakthroughs are sealed so that a occurs in the cushion segments 16 located liquid 17 is excluded.
  • the adjacent outer surfaces 21 of the cushion cover 14 are self-adhesive and serve to arrange the assembly 2 on the body of the patient. 1
  • the assembly 4 is designed to be angular in accordance with the desired electrode arrangement, wherein an electrode 3 is arranged at each leg end 22 and at an angle of the electrode arrangement.
  • the central electrode 3 is located below the administrative unit 4.
  • the electrical connection between the electrodes 3 and the management unit 4 via the liquid 17 takes place.
  • the contact 18.1 of the electrode 3.1 is connected to the contact 18.1 'of the management unit 4 via the cushion segment 16.1 which forms the electrical line 19.1 and filled with liquid 17.
  • the remaining contacts 18 communicate analogously.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention, in which the electrode 3 and the management unit 4 do not form a structural unit, but instead communicate electrically with one another as separate components via a hose line 23 filled with conductive liquid 17.
  • the electrode 3 and the management unit 4 do not form a structural unit, but instead communicate electrically with one another as separate components via a hose line 23 filled with conductive liquid 17.
  • any number of electrodes 3 can be connected to the management unit 4 via associated hose lines 23 to determine the potential differences.
  • the present invention also includes the wireless communication of electrode clusters 3.3, 3.4 from at least two electrodes 3 and a transmitter 7.1 with the receiver 9.1 of the management unit 4, in particular by radio transmission 8 according to the ZigBee radio network -Default.
  • each electrode 3 is equipped with a power supply unit 6 in the form of a button battery.
  • the outer surfaces 24 of the electrode clusters 3.3, 3.4 also have RFID tags, which are used to set up the network make a binding for the individual electrode clusters 3.3, 3.4.
  • the carrying device 25 illustrated in FIG. 7 consists of a vest-like garment 26, which is equipped in the region of the breast appendage with a structural unit 2 corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 4.
  • the garment 26 is equipped with adjusting means 27 for adaptation to the body size of the patient, for example in the shoulder area with a tab 28 engaging from behind over the shoulder, which can be fixed in various positions on the front side of the garment 26 via hook-and-loop fasteners 29.
  • Similar adjustment means 27 ' are provided for adjusting the length, width and the neck and arm width.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer körperseitigen Anordnung von Elektroden (3) und einer körperseitigen Verwaltungseinheit (4). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leitungsbahnen (19) zwischen Elektroden (3) und Verwaltungseinheit (4) zumindest bereichsweise elektrisch leitende Flüssigkeiten (17) umfassen. Die Leitungsbahnen (19) sind dabei bevorzugt als flüssigkeitsgefüllte Kissensegmente (16) ausgebildet. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art mit einer körperseitigen Anordnung von Elektroden (3) sowie einer vorzugsweise körperseitigen Verwaltungseinheit (4) und/oder einer vorzugsweise körperfernen Auswerteeinheit (10), die unter Verwendung mindestens eines Senders (7) und mindestens eines Empfängers (9) mittels Funkübertragung (8) miteinander kommunizieren. Dabei ist angedacht, dass die Mittel zur Funkübertragung (8) vorzugsweise Sender (7) und Empfänger (9) nach dem ZigBee-, Wibree-, Bluetooth- oder ULP-Standard umfassen. Die Erfindung betrifft ferner eine kleidungsartige Trageeinrichtung für eine derartige Vorrichtung.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer körperseitigen Anordnung von Elektroden und einer körperseitigen Verwaltungseinheit. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer körperseitigen Anordnung von Elektroden sowie einer vorzugsweise körperseitigen Verwaltungseinheit und/oder einer vorzugsweise körperfernen Auswerteeinheit, die miteinander kommunizieren, sowie auf eine kleidungsartige Trageeinrichtung und Verfahren zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper.
Stand der Technik
Vorrichtung und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der Offenlegungsschrift DE 42 15 549 Al bekannt. In diesem Dokument wird ein telemetrischer Sender offenbart, dessen zwischen Kunststoffschichten angeordnete Sendeelektronik als Baueinheit mit den Elektroden ausgebildet ist und mit diesen über eine leitfähige KunststoffSchicht kommuniziert. Die Bauteile sind einschließlich einer Batterie wasserdicht in einen Gürtel eingelassen, welcher um die Brust getragen werden kann. Die von der Elektrode erfassten Daten, beispielsweise EKG- oder Herzschlag des Trägers der Elektrode, werden drahtlos unter Verwendung eines magnetischen Nahfeldes zum Empfänger übermittelt, der beispielsweise an einem Armband getragen werden kann.
Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung zur mobilen Überwachung der Herzfunktionen wird in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 060 985 Al beschrieben. Die Einrichtung weist eine Anzahl von die Brust kontaktierenden Elektroden auf, welche drahtlos mit einer körperseitig angeordneten Verwaltungseinheit verbunden sind. Die Elektroden sind mit Bluetooth- Sendevorrichtungen und Energieversorgungseinheiten ausgestattet, welche die Übertragung der abgeleiteten elektrischen Signale in die Verwaltungseinheit ermöglichen.
Die Verwaltungseinheit weist ihrerseits eine Signalverarbei- tungsVorrichtung, insbesondere einen A/D-Wandler, und eine Speichervorrichtung auf. Sie ist ferner mit einer Auswertesoftware zur Erkennung kritischer Herzfunktionen ausgestattet. Über eine USB- oder Bluetooth-Schnittstelle können die in der Speichervorrichtung erfassten Daten darüber hinaus auf ein anderes Medium übertragen werden.
Nach einem anderen in dieser Druckschrift offenbarten Ausführungsbeispiel erfolgt die Datenübertragung zwischen Elektroden und Verwaltungseinheit über elektrische Leiter, welche in einem Kleidungsstück angeordnet sind. Dieses Kleidungsstück wird vom Patienten während der Messung anstelle der herkömmlichen Kleidung getragen. Hierdurch wird die Bewegungsfreiheit des Patienten nicht eingeschränkt. Auch die Belastung durch zusätzliches Gewicht ist recht gering.
Eine weitere Vorrichtung zur drahtlosen Aufzeichnung und Fernüberwachung elektrischer Potentiale wird in der Offenle- gungsschrift DE 10 2004 020 515 Al offenbart. Am Patienten, insbesondere einem Tier, wird eine miniaturisierte Messwert- erfassung in Form eines kleinen, batteriebetriebenen Geräts angebracht, welches die analogen Signale der mit möglichst kurzen Kabeln versehenen Elektroden erfasst und deren Digitalisierung, Fehlerkorrektur und Messwertverarbeitung durchführt. Hierzu werden über geeignete Algorithmen und digitale Signalfilter alle Störungen und Rauschanteile herausgerechnet, so dass im Transmitter bereits eine vollwertige EMG- o- der EKG-Kurve vorliegt. Über eine digitale, drahtlose Verbin- dungsstrecke, vorzugsweise unter Verwendung der Bluetooth- Technologie, werden diese Daten an den Empfänger übermittelt, welcher in ausreichendem Abstand vom Patienten platziert und mit einem Computer verbunden ist. Dort findet dann das Zusam- menführen und die Visualisierung der Patientendaten statt.
Die Übertragung nach dem Bluetooth-Standard weist den Nachteil eines hohen Energieverbrauchs sowie einer relativ langen Zeitdauer auf, die zur Herstellung der drahtlosen Verbindung zwischen Elektroden und Verwaltungseinheit erforderlich ist.
In der europäischen Patentschrift EP 1 331 878 Bl wird ferner ein Herzschrittmacher beschrieben, welcher mit einer Einrichtung zur Ableitung elektrischer Potentiale und deren drahtlo- ser Übermittlung an eine körperferne Überwachungsstation ausgestattet ist. Die spiralförmig ausgebildeten Elektroden werden subkutan angeordnet und sind gegen einen direkten Kontakt mit Körpergewebe und sich bewegende Körperfluide isoliert. Die Elektroden kommunizieren über Kabel mit einer körpersei- tigen Verwaltungseinheit, welche in einem hermetisch gedichteten Gehäuse angeordnet ist und eine Einrichtung zur Signalverarbeitung aufweist. Die über Funk vorgenommene Verbindung zwischen Überwachungsstation und Verwaltungseinheit ermöglicht eine bi-direktionale Kommunikation zwischen den körper- seitigen und den körperfernen Komponenten der Vorrichtung.
Auch hier ist eine komplexe Verkabelung zwischen den Elektroden und der Verwaltungseinheit vorzusehen.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren so weiterzuentwickeln, dass bei hohem Applikations- und Tragekomfort sowie geringem Energie- verbrauch ein zuverlässiger und reaktionsschneller Datenaustausch zwischen den Elektroden, der Verwaltungseinheit und/oder der Auswerteeinheit ermöglicht wird. Lösung
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann- ten Art nach einer ersten Ausbildung der Erfindung dadurch gelöst, dass die Leitungsbahnen zwischen Elektroden und Verwaltungseinheit zumindest bereichsweise elektrisch leitende Flüssigkeiten umfassen. In Abkehr vom Stand der Technik erfolgt die Kommunikation dabei nicht über eine unkomfortabel handzuhabende und hinsichtlich des Tragekomforts problematische Verkabelung, sondern kann über beliebige Flüssigkeitsdepots vorgenommen werden, die nur entsprechend der Zahl der erforderlichen Leitungsbahnen elektrisch von einander zu isolieren sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zur Ableitung eines Elektrokardiogramms (EKG) dienen, grundsätzlich aber auch bei der Erfassung von Hirnströmen (EEG) oder anderen elektrischen Potentialen (z. B. Elektromyographie EMG) Verwendung finden.
Die Verwaltungseinheit umfasst dabei mit Vorteil einen Senders (Transmitter) , der drahtlos mit dem Empfänger (Receiver) einer Auswerteeinheit kommuniziert. Hierdurch wird es mög- lieh, die relativ groß bauende Auswerteinheit, die üblicherweise Datenspeicher, Displays und Druckeinrichtungen aufweist, körperfern anzuordnen und dem Patienten damit weitgehende Bewegungsfreiheit zu ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung der Erfindung, bei welcher mindestens eine, vorzugsweise mehrere Elektroden mit der Verwaltungseinheit in einer körperseitigen Baueinheit angeordnet sind. Diese Baueinheit wird dem Patienten als Ganzes angelegt, so dass eine aufwendige komponentenweise Anordnung mit den damit verbundenen Fehlermöglichkeiten entfällt. Vorzugsweise ist die Baueinheit aus Elektroden und Verwaltungseinheit in Form eines vorzugsweise flachen Kissens ausgebildet. Ein aus weicher Kissenhülle und Kissenfüllung bestehendes Kissen weist eine große Anpassungsfähigkeit an die Körperoberfläche des Patienten sowie einen hohen Tragekomfort auf.
Hinsichtlich einer einfachen Applikation ist die Baueinheit mit Vorteil winkelförmig, besonders bevorzugt auch kurvenför- mig bzw. mit abgerundeten Winkeln ausgeführt, wobei an jedem Schenkelende und vorzugsweise auch im Übergangsbereich zwischen den Schenkeln je eine Elektrode angeordnet ist.
Die Handhabung der Baueinheit wird ferner bevorzugt dadurch erleichtert, dass die Baueinheit mit einer klebfähigen Außenfläche ausgestattet ist, mittels derer sie auf der Körperoberfläche zu befestigen ist. Vor dem Einsatz der Baueinheit kann die klebfähige Oberfläche durch ein silikonbeschichtetes Papier oder dergleichen vor ungewolltem Kontakt geschützt werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Leitungsbahnen als flüssigkeitsgefüllte Kissensegmente ausgebildet, welche zumindest einen Teil der Kissen- füllung bilden. Die Kissensegmente können dabei beispielsweise wabenartig, aber auch mit einer im Wesentlichen länglichen Erstreckung ausgebildet werden.
Die Hülle des Kissens ist bevorzugt aus einem elektrischen Isolator, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, gefertigt. Die elektrische Trennung zwischen den die Leitungsbahnen bildenden Flüssigkeitsdepots wird somit ohne weiteres Zutun von der Kissenhülle (gegebenenfalls einschließlich in dieser vorgesehener Trennstege) bewirkt.
Die zur Signalübermittlung genutzte Flüssigkeit besteht mit Vorteil aus einem wasserhaltigen Elektrolyt, welches kosten- günstig hergestellt werden kann und eine ausreichende Leitfähigkeit besitzt.
Die Flüssigkeit weist ferner vorzugsweise eine gelartige Kon- sistenz auf, durch welche der Tragekomfort hinsichtlich Hap- tik und Geräuschentwicklung verbessert wird.
Eine zur Ausführung der Erfindung besonders geeignete Flüssigkeit enthält 0,65 bis 0,75 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,71 Gew-% demineralisiertes oder destilliertes Wasser, 0,10 bis 0,20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,14 Gew-% Natriumchlorid, 0,03 bis 0,07 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,05 Gew-% Hydroxy- ethylcellulose und 0,07 bis 0,13 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,10 Gew-% Propylenglycol. Der so gewonnenen gelartigen Flüs- sigkeit kann zusätzlich ein Farbstoff zugegeben werden. Die Herstellung des Gels erfolgt vorzugsweise durch Mischen pul- verförmigem Natriumchlorids mit gleichfalls pulverförmiger Hydroxyethylencellulose, nachfolgender Zugabe des flüssigen Propylenglykols und Auffüllen des Gemisches mit Wasser unter Rühren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass die Kommunikation drahtlos unter Verwendung von Mitteln zur Funkübertragung mit Sender (Transmitter ) und Empfänger (Receiver) erfolgt. Zur Funkübertragung können dabei Standards wie W-LAN oder Bluetooth eingesetzt werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Mittel zur Funkübertragung der Patientendaten Sender und Empfänger nach dem ZigBee- Funknetz-Standard umfassen. ZigBee ist ein Funknetz-Standard, welcher auf der Norm IEEE 802.15.4 basiert und insbesondere zur Datenübertragung auf Kurzstrecken zwischen 10 und 100 Metern geeignet ist. Der in den Frequenzbereichen 863,3 MHz/2, 46 GHz (Europa) und 915 MHz/2, 46 GHz (USA) arbeitende ZigBee-Funknetz-Standard zeichnet sich durch einen sehr nied- rigen Energieverbrauch der Endgeräte und eine stabile und sichere Funkverbindung mit einer Übertragungsrate von 20-250 kbit/s aus. Die Reaktionszeiten sind derart gering, dass Echtzeitanwendungen möglich sind. Die ZigBee-Funkübertragung kann dabei sowohl von den Elektroden zur Verwaltungseinheit als auch besonders bevorzugt zwischen der körperseitigen Verwaltungseinheit und der in der Regel körperfernen Auswerte- einheit erfolgen.
Die Norm IEE802.15.4 sieht mit den sehr einfachen und kostengünstigen RFD (Reduced Function Devices) und den FFD (Füll Function Devices) zwei Geräteklassen unterschiedlicher Kom- plexität vor. Ein FFD kann sowohl mit anderen FFDs als auch mit RFDs kommunizieren, während ein RFD nur mit einem FFD wirkverbunden werden kann. Die Software-Realisierung ist mit einem 8-Bit-Microcontroller möglich. Mit den beiden ZigBee- Geräteklassen können unterschiedliche Netzwerktopologien auf- gebaut werden, beispielsweise eine Sterntopologie, bei welcher RFDs oder FFDs an einen die Aufgabe eines PAN- Koordinators übernehmenden FFD angebunden werden. Alternativ ist eine Peer-to-Peer-Topologie denkbar, bei welcher eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen den in Funkreichweite befindlichen Geräten vorgesehen ist.
Beim Aufbau von Funknetzwerken in Vorrichtungen zur Ableitung elektrischer Potentiale zu medizinischen Zwecken sind einerseits die Sensorknoten, welche die Messwerte aufnehmen und an einen zentralen Knoten weiterleiten, und andererseits die Aktorknoten zu unterscheiden, die von einem zentralen Knoten angesprochen werden.
Die Elektroden stehen vorzugsweise mit einem körperseitigen Messwandler (A/D-Wandler) in Wirkverbindung, der seinerseits mit dem körperseitigen Sender kommuniziert. Dabei sind Sender und/oder Messwandler bevorzugt als zum einmaligen Gebrauch vorgesehener Chipsatz ausgebildet.
Die Verwaltungseinheit kann jedoch grundsätzlich sowohl zum einmaligen als auch zum mehrfachen Gebrauch vorgesehen sein. Im letztgenannten Fall ist vorzugsweise vorgesehen, die Ver- waltungseinheit mittels einer Steckverbindung auf die Kissenhülle aufzusetzen und damit elektrisch mit der leitenden Flüssigkeit zu verbinden.
Der Empfang der übermittelten Daten kann beispielsweise durch einen Receiver mit einer PCMCIA-Karte oder einen Viewer erfolgen, in welche neben dem ZigBee-Empfangs-Chip auch ein RFID- oder Barcode-Reader integriert sind, die das Pairing ermöglichen.
Ferner ist auch die Übertragung nach dem Wibree-Standard oder dem Upper Layer Protocol (ULP) möglich. Der Wibree-Standard stellt eine Konkurrenz zu dem Industriestandard Bluetooth dar und sendet wie dieser im Bereich von 2,4 GHz, allerdings mit deutlich verringerter Stromaufnahme und Reichweite. Die Übertragungsrate beträgt 1 Mbit/s. ULP ist eine Anwendung des Socket Direct Protocol (SDP).
Hinsichtlich einer kleidungsartigen Trageeinrichtung für eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere nach einer der zuvor beschriebenen Ausbildungen, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Trageeinrichtung mit Mitteln zur Anpassung an die Körpergröße versehen ist. Der Begriff „Körpergröße" umfasst dabei alle Dimensionen des menschlichen oder tierischen Körpers, also beispielsweise auch den Bauch-, Arm- oder Halsumfang, die Schulterbreite sowie Höhe des Oberkörpers. Hierdurch kann die Trageeinrichtungen von Patienten sehr unterschiedlicher Körpergröße getragen werden, ohne dass die Qualität der Messung oder der Tragekomfort leiden. Besonders bevorzugt ist die Trageeinrichtung westenartig ausgebildet und über Verstellmittel variabel hinsichtlich ihrer Breite, Länge, Halsweite, Armweite und/oder Schulterbreite ausgeführt.
Zur Lösung der Ausgabe sind ferner die in den Verfahrensansprüchen genannten Maßnahmen geeignet. Figuren
Die Figuren stellen beispielhaft und schematisch verschiedene Ausführungen der Erfindung dar.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel eines Elektrokardiogramms
(EKG);
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine derartige Vorrichtung;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2;
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 5 eine flüssigkeitsgefüllte Leitungsbahn nach einer anderen Ausbildung der Erfindung;
Fig. 6 über Funkverbindung mit der Versorgungseinheit kommunizierende Elektroden;
Fig. 7 eine Trageeinrichtung für eine Elektrodenanordnung.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, trägt der Patient 1 im Brustbe- reich eine kissenartige Baueinheit 2, welche eine Anzahl an der Körperoberfläche aufliegender Elektroden 3 sowie eine mit diesen wirkverbundene Verwaltungseinheit 4 aufnimmt. Die Verwaltungseinheit 4 umfasst einen Messwandler (A/D-Wandler) 5, eine Energieversorgungseinheit 6 sowie einen Sender 7, der nach ZigBee-Funknetz-Standard arbeitet. Die körperseitige Baueinheit 2 kommuniziert mittels Funkübertragung 8 mit dem Empfänger 9 der körperfern angeordneten Auswerteinheit 10, welche auch einen Datenspeicher 11 und ein Display 12 zur graphischen Darstellung der Messkurve auf- weist. Ferner ist die Auswerteeinheit 10 mit einer Druckeinrichtung 13 zum Ausdruck der Messkurve ausgestattet.
Die flache, kissenförmige Baueinheit 2 besteht aus einer e- lektrisch isolierenden Kissenhülle 14, welche die Baueinheit 2 einerseits vollumfänglich umgibt und andererseits durch
Stege 15 in eine Vielzahl von elektrisch voneinander getrennten Kissensegmenten 16 gliedert. Kissenhülle 14 und Stege 15 können aus einer Folie aus einem flexiblen, thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen oder einem Polyethy- len/Polypropylen-Copolymer, zugeschnitten und dann miteinander verschweißt werden. Die Kissensegmente 16 werden nachfolgend jeweils mit einer elektrisch leitenden, gelartigen Flüssigkeit 17 gefüllt. Die Baueinheit 2 ist einschließlich E- lektroden 3 und der kompletten Verwaltungseinheit 4 als Ein- wegartikel vorgesehen, wird also nach einmaligem Gebrauch entsorgt.
Sowohl die Elektroden 3 als auch die Verwaltungseinheit 4 sind mit elektrischen Kontakten 18 ausgestattet, welche in die Flüssigkeit 17 ragen. Dabei ist jeweils ein elektrischer Kontakt 18 einer Elektrode 3 über ein mit Flüssigkeit 17 gefülltes Kissensegment 16 mit einem zugeordneten elektrischen Kontakt 18 der Verwaltungseinheit 4 elektrisch leitend verbunden. So kommuniziert beispielsweise der Kontakt 18.1 der Elektrode 3.1 über die vom Kissensegment 16.1 ausgebildete Leitungsbahn 19.1 mit dem Kontakt 18.1' der Verwaltungseinheit 4.
Die Elektroden 3 durchbrechen die Kissenhülle 14 örtlich und sind in diesen Bereichen 20 zur unmittelbaren Anlage an der Körperoberfläche des Patienten 1 vorgesehen. Es versteht sich, dass die Durchbrüche so gedichtet werden, dass ein Aus- tritt der in den Kissensegmenten 16 befindlichen Flüssigkeit 17 ausgeschlossen ist. Die benachbarten Außenflächen 21 der Kissenhülle 14 sind selbstklebend ausgerüstet und dienen der Anordnung der Baueinheit 2 am Körper des Patienten 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Baueinheit 4 entsprechend der gewünschten Elektrodenanordnung winkelförmig ausgebildet, wobei an jedem Schenkelende 22 sowie im Winkel der Elektrodenanordnung jeweils eine Elektrode 3 angeordnet ist. Die mittlere Elektrode 3 befindet sich dabei unterhalb der Verwaltungseinheit 4. Auch hier findet die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 3 und der Verwaltungseinheit 4 über die Flüssigkeit 17 statt. So ist wiederum der Kontakt 18.1 der Elektrode 3.1 über das die elektrische Lei- tungsbahn 19.1 bildende, mit Flüssigkeit 17 gefüllte Kissensegment 16.1 mit dem Kontakt 18.1' der Verwaltungseinheit 4 verbunden. Die übrigen Kontakte 18 kommunizieren sinngemäß.
Fig. 5 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, bei wel- eher die Elektrode 3 und die Verwaltungseinheit 4 keine Baueinheit bilden, sondern als gesonderte Komponenten über eine mit leitfähiger Flüssigkeit 17 gefüllte Schlauchleitung 23 elektrisch miteinander kommunizieren. Dabei kann zur Ermittlung der Potentialdifferenzen eine beliebige Anzahl von E- lektroden 3 über zugeordnete Schlauchleitungen 23 an die Verwaltungseinheit 4 angeschlossen werden.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, schließt die vorliegende Erfindung auch die drahtlose Kommunikation von Elektrodenclustern 3.3, 3,4 aus jeweils mindestens zwei Elektroden 3 und einem Sender 7.1 mit dem Empfänger 9.1 der Verwaltungseinheit 4 ein, insbesondere durch Funkübertragung 8 nach dem ZigBee- Funknetz-Standard. Dabei ist jede Elektrode 3 mit einer Energieversorgungseinheit 6 in Form einer Knopfbatterie ausges- tattet. Die Außenflächen 24 der Elektrodencluster 3.3, 3.4 weisen ferner RFID-Tags auf, welche zum Aufbau des Netzwerks ein Binding für die einzelnen Elektrodencluster 3.3, 3.4 vornehmen .
Die in Fig. 7 dargestellte Trageeinrichtung 25 besteht aus einem westenartigen Kleidungsstück 26, das im Bereich der Brustanlage mit einer dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 entsprechenden Baueinheit 2 ausgestattet ist. Das Kleidungsstück 26 ist zur Anpassung an die Körpergröße des Patienten mit Verstellmitteln 27 ausgestattet, beispielsweise im Schul- terbereich mit einer von hinten über die Schulter greifenden Lasche 28, welche über Klettverschlüsse 29 in verschiedenen Stellungen auf der Vorderseite des Kleidungsstücks 26 fixierbar ist. Ähnliche Verstellmittel 27' sind zur Anpassung der Länge, Breite sowie der Hals- und Armweite vorgesehen.
Bezugszeichenliste
1 Patient
2 Baueinheit
3, 3 .1, 3.2 Elektrode
3. 3, 3.4 Elektrodencluster
4 Verwaltungseinheit
5 Messwandler
6 Energieversorgungseinheit
7 , 7 .1 Sender
8 Funkübertragung
9, 9 .1 Empfänger
10 Auswerteeinheit
11 Datenspeicher
12 Display
13 Druckeinrichtung
14 Kissenhülle
15 Steg
16 I 16.1 Kissensegment
17 Flüssigkeit
18 I 18.1, 18.1' Kontakt
19 I 19.1 Leitungsbahn
20 Bereich (zur unmittelbaren Anlage)
21 Außenfläche (der Kissenhülle, selbstklebend)
22 Schenkelende
23 Schlauchleitung
24 Außenfläche (der Elektrode)
25 Trageeinrichtung
26 Kleidungsstück
27 I 27' Verstellmittel
28 Lasche
29 KlettverSchluss

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer körpersei- tigen Anordnung von Elektroden (3) und einer körperseiti- gen Verwaltungseinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbahnen (19) zwischen Elektroden (3) und Verwaltungseinheit (4) zumindest bereichsweise elektrisch leitende Flüssigkeiten (17) umfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwaltungseinheit (4) einen Sender (7) umfasst, der drahtlos mit dem Empfänger (9) einer vorzugsweise körperfernen Auswerteeinheit (10) kommuniziert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise mehrere Elektroden (3) mit der Verwaltungseinheit (4) in einer körper- seitigen Baueinheit (2) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) aus Elektroden (3) und Verwaltungseinheit (4) in Form eines vorzugsweise flachen Kissens ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) winkelförmig ausgeführt ist, wobei an jedem Schenkelende (22) und vorzugsweise im Ü- bergangsbereich zwischen den Schenkeln eine Elektrode (3) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) mit einer klebfähigen Außenfläche (21) ausgestattet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbahnen (17) als flüssigkeitsgefüllte Kissensegmente (16) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kissenhülle (14) aus einem elektrischen I- solator, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, gefertigt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (17) aus einem wasserhaltigen Elektrolyt besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (17) eine gelartige Konsistenz aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (17) 0,65 bis 0,75 Gew.-%, vorzugs- weise etwa 0,71 Gew-% demineralisiertes oder destilliertes Wasser, 0,10 bis 0,20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,14 Gew-% Natriumchlorid, 0,03 bis 0,07 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,05 Gew-% Hydroxyethylcellulose und 0,07 bis 0,13 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,10 Gew-% Propylenglycol ent- hält.
12. Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer körpersei- tigen Anordnung von Elektroden (3) sowie einer vorzugs- weise körperseitigen Verwaltungseinheit (4) und/oder einer vorzugsweise körperfernen Auswerteeinheit (10), die miteinander kommunizieren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation drahtlos unter Verwendung von Mitteln zur Funkübertragung (8) mit Sender (7) und Empfänger (9), insbesondere nach dem ZigBee-Funknetz-Standard, erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) mit einem körperseitigen Messwandler (5) in Wirkverbindung stehen, der seinerseits mit dem körperseitigen Sender (7) kommuniziert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (7) und/oder Messwandler (5) als zum einmaligen Gebrauch vorgesehener Chipsatz ausgebildet sind.
15. Kleidungsartige Trageeinrichtung (25) für eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageeinrichtung mit Mitteln zur Anpassung an die Körpergröße versehen ist.
16. Trageeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageeinrichtung westenartig und über Verstellmittel (27, 27') variabel hinsichtlich ihrer
Breite, Länge, Halsweite, Armweite und/oder Schulterbreite ausgebildet ist.
17. Verfahren zur Signalübertragung zwischen den Elektroden (3) und einer Verwaltungseinheit (4) einer Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen o- der tierischen Körper, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Elektroden (3) abgeleiteten Signale mittels einer elektrisch leitenden Flüssigkeit (17) zur Verwaltungsein- heit (4) übertragen werden.
18. Verfahren zur Erfassung elektrischer Potentiale am menschlichen oder tierischen Körper und drahtloser Übertragung der Daten zu einer vorzugsweise körperfernen Aus- werteeinheit (10), insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Daten durch Kommunikation nach dem ZigBee-Standard erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Elektroden (3) abgeleiteten analogen Signale digitalisiert und nachfolgend an die Auswerteinheit (10) übertragen werden.
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