DE2205411A1

DE2205411A1 - Vorrichtung zur ueberwachung von bewegungen

Info

Publication number: DE2205411A1
Application number: DE2205411A
Authority: DE
Inventors: John Anthony Bloice
Original assignee: MEMCO ELECTRONICS Ltd
Current assignee: MEMCO ELECTRONICS Ltd
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-02-05
Publication date: 1973-03-15
Also published as: US3796208A; FR2141047A5; GB1378754A

Description

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MMCO (ELECTRONICS) LTD.
292 Wörtern Hoad
Isleworth, Middlesex
Großbritannien

"Vorrichtung zur überwachung von Bewegungen"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur überwachung
von Bewegungen mit einem Feldgenerator, der ein begrenztes, bev/egungserapfindliches und mindestens einen Teil der Person, deren Bewegungen überwacht werden sollen, einhüllendes Feld erzeugt, mit einer Schaltungsanordnung zur Feststellung von auf Bewegungen der Person zurückgehende Feldstörungen und
einer von dieser Schaltungsanordnung gesteuerten Alarmschaltung.

Die Erfindung erbringt Verbesserungen bei der überwachung
von Patienten und betrifft insbesondere ein System, das .:ür die überwachung von Bewegungen eines Patienten geeignet ist

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und dann eine Anzeige erbringt, wenn das Bewegungsausmaß des Patienten go ist, daß eine Beachtung erforderlich ist.

Bisher bekannte Verfahren zur überwachung von Patienten erfordern sämtlich irgendeine Art eines körperlichen Kontaktes mit dem Patienten. So verwenden beispielsweise einige Systeme Thermistoren, die an den Nasenflügeln des Patienten befestigt sind, oder fotoelektrische Systeme, die r.it den Ohrläppchen des Patienten verbunden sind, oder auch Elektroden, die an der Brust des Patienten zur überwachung der Herzaktivität angebracht sind. Eine Form eines Bewegungen überwachenden Systems verwendet eine druckempfindliche Matratze, :. f welche der Patient gelegt wird, Bewegungen des Patienten stören das Flußmuster eines druckempfindlichen Fluidums durch Leitungen in der Matratze; solche Druckvariationen werden überwacht und führen zu einer Anzeige des Bewegungsausmaßes des Patienten. Bei solchen Systemen muß der Patient, damit eine überwachung beginnen kann, gestört v/er den, und oft ist auch die Freiheit des Patienten, Bewegungen auszuführen, beträchtlich reduziert. In vielen Situationen kann es ausgesprochen unangemessen sein, den Patienten zu stören, wenn sein physiologischer Zustand schon kritisch ist. Beispielsweise ist es nicht ratsam und falsch, einen Patienten aus einem normalen Bett in ein solches mit einer druckempfindlichen Matratze zu verlegen, wenn sein Zustand so ist, daß eine solche Bewegung zu Schaden führen könnte.

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Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Überwachung von Bewegungen einer Person, insbesondere eines Patienten zu schaffen, bei welcher ein körperlicher Kontakt mit dem Patienten nicht notwendig ist, so daß die Überwachung beliebig begonnen werden kann, ohne daß es zu einer Störung des Patienten kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Überwachung von Bewegungen entsprechend der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß die Alarmschaltung so bemessen ist, daß eine Alarmgabe dann erfolgt, wenn das Ausmaß der Bewegungen in dem- Feld länger als für einen vorgewählten Zeitraum unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes fällt.

Die Erfindung ist daher zur Überwachung der Bewegungen von Patienten und zu einer Anzeige geeignet, wenn das Bewegungsmaß so ist, daß eine Aufmerksamkeit erforderlich ist; die Erfindung besteht aus einer Abtastanordnung bzw. aus einem Detektor, der ein bewegungsempfindliches Feld erzeugt, das mindestens teilweise den Patienten einhüllt. Dabei sind weitere Schaltungselemente vorgesehen, die Veränderungen des Feldes überwachen sov/ie Anzeigeelemente, die von der Überwachungsschaltung gesteuert sind und eine Meldung vornehmen, wenn der Zustand des Patienten eine Aufmerksamkeit erfordert.

Das erfindun.js^OTiäße Überwachungssystem arbeitet daher nach einem Prinzip, das als sog. "Foldstörprinzip" bezeichnet v;er-

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den kann, wobei also ein ständiges, bzw. stationäres Feld elektromagnetischer, akustischer, magnetischer oder sonstiger geeigneter Art in dem zu überwachenden Bereich eingerichtet und eingestellt wird und wobei Störungen des Feldes durch eine Bewegung überwacht werden.

Dieses Prinzip wird bei Mikrowellendetektorsystemen zur überwachung Unbefugter verwendet, wobei zur genaueren Erläuterung auf die deutschen Patentanmeldungen 2,127.6if5.9 und 1.766.67^.9 verwiesen wird.'

Auch der Detektor bzw. die Abtastanordnung des vorliegenden überwachungssystems besteht zweckmäßigerweise aus einer Mikro-Y/ellenradarabtastanordnung, wie'sie in diesen beiden Anmeldungen beschrieben ist, wobei in jedem dieser Fälle die Überwachungsschaltung, die aus der Detektorschaltung besteht, da wo zweckmäßig geändert ist, um auf die erforderlichen Veränderungen der Feldstörung zu reagieren.

In der ersten der genannten Anmeldungen besteht die Radareinheit aus einem Sender und einem Empfänger und arbeitet nach dem Doppler-Prinzip. Ein Strahl wird ausgesendet und von einem Objekt stammende Reflexionen in dem Strahlungspfad kehren zu dem Empfänger zurück. Tritt in diesem Feld eine Bewegung nicht auf, dann ergibt sich keine Frequenzdifferenz zwischen den ausgesendeten und den empfangenen Signalen. Tritt eine Bewegung in dem Feld auf, dann ergibt sich eine Frequenzänderung bzw. es tritt eine Doppler'sche Verschiebung auf,

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die überwacht wird und zur Anzeige von Bewegungen in dem Uberwachungsfeld verv/endet wird. Bei der zweiten Anmeldung besteht die Radareinheit lediglich aus dem Sender. Bewegungen in dem überwachungsfeld stören das ausgesendete Muster und verursachen Lastimpedanzschwankungen am Sender. Diese werden von einer Hilfsoszillatorschaltung überwacht und führen zu einer Bewegungsanzeige.

Das erfindungsgemäße Uberwachungssystem ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich als Verwendung bei der Atmungsüberwachung, d.h. als Detektor für Atemstillstand zu verwenden, wobei die Atmung des Patienten aufgrund der Bewegungen der Brustwand registriert wird. Atemaussetzung, sog. Apnoea bedeutet Stillstand der Atmung und tritt bei Frühgeburten häufig auf. Vorausgesetzt, daß man einen Atemstillstand schnell genug entdeckt, ist es im allgemeinen möglich, die Atmung wieder herzustellen.

Dabei wird so vorgegangen, daß man die Feststellung eines Atmungsstillstandes dadurch erreicht, daß man die Rolle des Detektorsystems gegen das Eindringen Unbefugter unikehrt, insofern, als ein Alarm bei Abwesenheit einer Bewegung gegeben wird, im Gegensatz zu dem Auftreten einer Bewegung in dem Uberwachungsfeld. Indem man zusätzlich in geeigneter V/eise die Schaltungen modifiziert, ist es möglich, eine mögliche Ansprechempfindlichkeit des Systems mit Bezug auf Personen, die sich in der nahen Umgebung des zu überwachendenPatIenten befinden, stark zu reduzieren.

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Weitere Vorteile sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Γ;findung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden, in welcher anhand der Zeichnungen Aufbau und Wirkungsweise eines Ausfuhr ungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf Abtastanordnungen bei einem überwachungssystem, wie es bei der Atmungskontrolle von Säuglingen in einer Kinderstation verwendet wird,

Fig. 2 zeigt die Abtastanordnung in einer Seitenansicht₄ Fig. 3 zeigt in Aufsicht sv/ei mögliche Positionen einer Überwachungeanordnung bei der Verwendung zur überwachung Erwachsener,

Fig. l\ zeigt die beiden möglichen Positionen der Fig. 3 in einer Seitenansicht,

Fig. 5a sov/ie Fig. 5b stellen die überwachungsschaltung des Systems dar, während die

Fig. 6 die Stromversorgungsschaltung und die Alarmschaltung, d.h. eine Anzeigeschaltung zur Alarmgabe, zeigt.

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Wie in Fig« 1 dargestellt, können in einer Kinderstation so viele Abtastanordnungen 1 vorgesehen sein, wie es der Kapazität der Station entspricht und angemessen ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß es unwahrscheinlich ist, daß sämtliche Säuglinge in der Kinderstation in einem besonderen Zeitraum tiberwacht werden müssen, falls die Station nicht auf die Betreuung solcher Kinder spezialisiert ist. Die zu überwachenden Kinder if liegen in Kinderbettchen oder in Brutkästen 5 unterhalb der jeweiligen Abtastanordnung 1. Die Abtastanordnungen 1 sind so angeordnet und entworfen, daß sie ein Strahlungsmuster erzeugen, dessen Form durch die gestrichelte Linienführung 6 in Fig. 1 dargestellt ist. Man sieht, daß der Umriß im allgemeinen elliptisch ist, wobei die Abtastanordnung 1 vorzugsweise so angeordnet ist, daß die längere Achse der Ellipse in Längsrichtung des Kleinkindkörpers liegt.

Wie Fig. 1 weiter zeigt, ist die Montage der Abtastanordnungen 1 an horizontalen Armen 2 so getroffen, daß Kinderbettchen oder Inkubatoren, d.h. Brutkästen 5, in verschiedene Positionen gebracht werden können, wobei die jeweilige Abtastanordnung auch gegen die Wand weggeschwenkt werden kann, wenn sie nicht gebraucht wird, wie gleichfalls in der mittleren Darstellung der Fig. 1 in gestrichelten Linien angedeutet, so daß auch ein geringerer Raumbedarf entsteht.

Die Abtastanordnung 1 ist in geeigneter Weise in der schon genannten deutschen Patentanmeldung P 21 2? 6^5.9 beschrieben. Diese besondere Form einer Abtastanordnung besteht aus

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einem Zweiantennen-Dopplersystem und verwendet eine zv/ischenatmosphärische Kopplung, um Mikrowellenenergie von dem Senderhorn oder Sendertrichter direkt auf den Empfängertrichter zu übertragen.

Dabei v/ird von dem Sendertrichter stammende Mikrowellenstrahlung beispielsweise von der sich bewegenden Brustwand des Patienten zum Empfängertrichter reflektiert. Aufgrund der Bewegung der Brustwand ist die Frequenz der reflektierten Strahlung verändert, und die Frequenzdifferenz zwischen ausgesandter und empfangener Wellenlänge ergibt nach Verstärkung eine Signalspannung von einer Schwingung für jede halbe Wellenlänge relativer Bewegung. Die besagte spezielle Abtastanordnung arbeitet mit einer Ubertragungswellenlänge von 3 cm, so daß die Signalspannung eine Schwingung für eine Brustbewegung von jeweils 1,5 cm ,aufweist.

Wenn die Atmungsbewegung der Brustwand beträchtlich größer als 1,5 cm ist, dann werden mehrere Schwingungen des Dopplersignals erzeugt. Das Signal v/ird gleichgerichtet und in einer Weise geglättet, daß sich ein resultierendes Signal ergibt, welches an jedem Punkt des Atemzyklus der Momentangeschwindigkeit der Brustwand entspricht. Fällt diese Signalspannung unter ein bestimmtes Niveau und hält diese Bedingung für einen längeren als einen vorgegebenen Zeitraum an, dann erfolgt aufgrund Atmungsunterbrechung eine Signalgabe. Während dieses Zeitraumes führt eine angemessene Bewegung von Seiten

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des Patienten das Instrument wieder in seinen normalen Betriebszustand zurück und ein Alarm erfolgt nicht. Aber-auch wenn eine Alarmgabe, beispielsweise aufgrund eines akustischen Tones schon erfolgt ist, hat eine Bewegung des Patienten die Wirkung, daß der Alarm wieder aufgehoben wird. Auf diesen Vorgang wird weiter unten noch genauer eingegangen.

Auch wenn die Brustwandbewegung weniger als 1,5 cm beträgt, wird als Folge der Phasenverschiebung des reflektierten Signales noch ein nutzbares Ausgangssignal erzeugt.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Art einer Abtastanordnung wirkungsvoll ohne zwischenatmosphärische Kopplung bzw. ohne Zwischenantennenkopplung arbeitet. Bei den geringen Abständen, die bei der überwachung von Patienten auftreten, verändert sich die Intensität des reflektierten Signales mit der Brustposition des Patienten in ausreichendem Maße, um eine wirksame Überwachung zu gewährleisten.

Das maximale Mikrowellenenergieniveau an der Senderantennen-Öffnung beträgt 5o jüNl/cm . An der Vorderseite der Abtastanordnung sind Stege von einer Länge von 5 cm angefügt, so daß diese nicht näher als bis auf 5 cm an den Patienten herangebracht werden kann; bei diesem Abstand von der Antennen-Öffnung fällt das maximale Energieniveau auf 1oyttW/cm . Bei der Überwachung von Kleinkindern ist ein minimaler Arbeiteabstand von etwa 3o cm empfohlen, bei diesem Abstand beträgt

das Energieniveau lediglich noch 1 yuW/cm . Dies liegt um den

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Faktor 1ooo unterhalb des oberen erlaubten Niveaus für einen solchen Frequenzbereich. Bei Erwachsenen wird aufgrund der größeren Amplitude der Brustbewegung eine zufriedenstellende Arbeitsweise mit der Vorrichtung bei einem Abstand von etwa 3 bis l\ Fuß, also von etwa 9o bis 12o cm, von der Brustv/and erreicht.

Fig. 3 zeigt zwei Positionen der Abtastanordnung bei der Überwachung eines Erwachsenen.

In der linken Zeichnung befindet sich die Abtastanordnung nahe dem Fußende des Bettes und strahlt ventilatorartig einen Strahlungsvorhang aus, der in breitem Maße Kopf und die Schulterregion des Patienten abdeckt. In der rechten Zeichnung der Fig. 3 ist die Abtastanordnung direkt über der Brust des Patienten angeordnet und nach unten gerichtet und erzeugt ein Strahlungsmuster, wie es bei der Überwachung von Kleinkindern in ähnlicher V/eise verwendet wurde. Die Abdeckung ist schmaler, die Überwachung ist jedoch in dieser Position der Abtastanordnung empfindlicher.

Fig. ^f zeigt die beiden Positionen der Abtastanordnung der Fig. 3 in Seitenansicht und zeigt gleichzeitig die einfache Möglichkeit einer Höheneinstellung an, die die Lagerung der Abtastanordnung ermöglicht.

In Fig. 5 ist schließlich das Schaltungsdiagramm der überwachungsvorrichtung angegeben.

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Die· EmpfängerdiGde D1 ist in der Erapfängerantenne angeordnet, ihre Kathode ist mit der geerdeten Antenne verbunden. Die Anode der Empfängerdiode ist über einen Entkopplungskondensator sowie über einen Elektrolytkondensator C1 mit Erde oder Masse verbunden. Wie der Fig. 5b entnommen werden kann., die das Schaltungsdiagramm der Fig. 5& fortsetzt, ist dem Elektrolytkondensator C1 ein voreingestelltes Potentiometer VRI parallel geschaltet, mit welchem der Ansprechbereich der Schaltung eingestellt werden kann und dessen einstellbarer Mittelabgriff über einen v/eiteren Elektrolytkondensator C3 mit dem Eingang 1 eines Verstärkers A1 verbunden ist. Eine Speiseleitung 2 des Verstärkers Al ist über einen Elektrolytkondensator C2 mit Masse und über einen Widerstand R2 mit einem Speiseanschluß P13 verbunden. Der Ausgang 3 des Verstärkers ist über einen Widerstand R5 ebenfalls an den Speiseanschluß PI3 angeschlossen. Über die Reihenschaltung eines Widerstandes R6 und eines Elektrolytkondensators C^ ist der Ausgang 3 noch mit Masse verbunden, wobei der Verbindungspunkt von Widerstand R6 und Kondensator Cif über einen Rückkopplungswiderstand Hk an den Eingang 1 des Verstärkers angeschlossen ist. Parallel zur Reihenschaltung von Widerstand R6 und Kondensator Ck ist ein weiterer Elektrolytkondensator C5 angeordnet.

über einen Elektrolytkondensator C6 ist der Ausgang 3 des Verstärkers mit der Basis eines ersten NPH-Transistors VTI verbunden. Die Basis dieses Transistors ist mit der Kathode einer Diode D3 verbunden, dessen Anode an Masse liegt. Der

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Emitter des Transistors VT1 ist ebenfalls direkt an Masse gelogt, sein Kollektor über einen Widerstand R7 mit einem Anschlußpunkt P12 verbunden. Der Kollektor dieses Transistors ist schließlich noch über einen Elektrolytkondensator C7 mit Masse und mit der Anode einer Diode D6 verbunden, deren Kathode an einem Anschlußpunkt PI1 liegt. Die bis jetzt beschriebenen Schaltungskomponenten, mit Ausnahme der Empfangsantenne, der Empfangsdiode und ihres Entkopplungskondensators sowie des voreingestellten Potentiometers VR1 sind auf einer ersten gedruckten Schaltungsplatte montiert.

Dabei ist ein Schaltungspunkt P2 einer zweiten gedruckten Schaltungsplatte an den Anschlußpunkt P11 der ersten gedruckten Schaltung angeschlossen. Der Anschlußpunkt P2 ist mit der Basis eines zweiten NPN-Transistors VT2 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt. Der Kollektor dieses Transistors ist über die Reihenschaltung 'eines Widerstandes R9 und eines Elektrolytkondensators C8 mit der Basis verbunden, wobei der Verbindungspunkt des Widerstandes R9 und des Kondensators C8 mit dem einen Anschluß der Erregungswicklung eines Relais RLI verbunden ist. Der andere Anschluß der Erregungswicklung liegt an einem Anschlußpunkt P7, der über einen Widerstand R3 mit der Kathode einer Zenerdiode ZD2 verbunden ist. Die Anode dieser Zenerdiode liegt an Masse. Dabei ist die Kathode der Zenerdiode noch mit einem Anschlußpunkt P8 verbunden, der Verbindung hat mit dem Anschlußpunkt PI3 der ersten gedruckten Schaltung.

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Der Anschlußpunkt P7 ist an die Kathode einer Diode D5 angeschlossen, deren Anode an Masse liegt. Die Kathode dieser Diode ist weiterhin noch mit dem Kollektor eines dritten NPN-Transistors VT3 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand Rio an seine Basis angeschlossen ist.

Die Basis des Transistors VT3 ist mit der Kathode einer Zenerdiode ZDi+ verbunden, dessen Anode an Masse liegt. Die Kathode ist weiterhin noch über die Reihenschaltung eines Widerstandes R11 und eines Widerstandes R12 an den nicht geerdeten Anschluß des Potentiometers VRl angeschlossen. Der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände R11 und R12 ist über einen Elektrolytkondensator C11 mit Masse verbunden. Parallel zur Zenerdiode ZDZf liegt ein Elektrolytkondensator C9.

Der Emitter des Transistors VT1 liegt über einen Kondensator CIo an Masse und an der Kathode einer sog. ^U6unn"-Diode GD1 · der Senderantenne. Dieser Diode liegt ein Kondensator CI2 parallel.

Die Kontakt des Relais RLl sind an Schaltungspunkte P9 und P1o angeschlossen, die über entsprechende Kondensatoren Cl3 und Cli-i· an Masse liegen.

Der Schaltungspunkt P7 ist mit dem Schaltungspunkt P12 der ersten gedruckten Schaltung verbunden und liegt über eine Sicherung FS1 und einen Kondensator C15 an Masse.

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Der Schaltungspunkt P9 ist über eine Lampe, der eine Zenerdiode ZD7 parallel geschaltet ist, mit einem als "GßUN" bezeichneten Ausgangsschaltungspunkt verbunden.

Der Schaltungspunkt P1o liegt an einem als "3LAU" gekennzeichneten Ausgangsschaltungspunkt, der Masse darstellt.

Der Verbindungspunkt zwischen der Sicherung FSI und dem Kondensator CI5 liegt an einem Ausgangsschaltungspunkt, der als "ROT" bezeichnet ist.

Im folgenden wird genauer auf die Fig. 6 eingegangen, die man sich als Anschluß an die Fig. 5>b denken muß.

IiI der Schaltung der Fig. 6 ist ein Haupt trans format or TI vorgesehen, dessen Primär v/i cklung mit einer Wechselspannungsspeisequelle verbunden ist. Die Primärwicklung ist mittelangezapft, damit bei zwei Spannungen gearbeitet v/erden kann, wie dargestellt,ist ein Spannungswählerschalter vorgesehen.

Sie Sekundärwicklung des Transformators erzeugt eine Spannung von 12 Volt, die in einer vier Dioden Dif - D7 aufweisenden Gleichrichterbrücke gleichgerichtet wird. Der Ausgang des Gleichrichters wird von einem Widerstand i?if und einem Kondensator C^ geglättet. Die über dem Kondensator C5 auftretende geglättete Ausgangsspannung wird den als "SOT" und "BLAU" gekennzeichneten Schaltungspunkten zugeführt, dii; mit den entsprechend gekennzeichneten Ausgangsschaltungspunkten

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der Schaltung der Fig. ^h verbunden sind. Zwischen dem Schaltungspunkt "ROT" und einem weiteren, als "GRÜN" bezeichneten Schaltungspunkt ist eine Lampe L1 geschaltet, dabei ist der Schaltungspunkt "GRÜN" der Fig. 6 mit dem entsprechenden Schaltungspunkt der Fig. ^h verbunden. Dabei ist an einem Paar Anschlüssen, die einmal direkt mit dem Schaltungspunkt "ROT" und einmal über einen Widerstand R1 mit dem Schaltungspunkt "GRÜN" verbunden sind, ein Schaltstrom von 1 mA verfügbar.

Der Schaltungspunkt "GRÜN" ist über einen Elektrolytkondensator C1 mit der Kathode einer Diode D1 verbunden, dessen Anode an dem Eingangsschaltungspunkt "BLAU" liegt. Wie erinnerlich, ist dabei der entsprechende Schaltungspunkt der Fig. ^h mit Masse verbunden. Die Kathode der Diode D1 ist mit der Anode einer zweiten Diode D2 verbunden, dessen Kathode über einen Widerstand R2 an Masse und über einen Y/iderstand R3 mit der Basis eines weiteren NPH-Transistors VT1 verbunden ist, dessen Emitter direkt an Masse liegt. Dem Widerstand R2 parallel schaltbar ist eine Auswahl von jeweils einem von drei Elektrolytkondensatoren C2,.C3 und C^.

Der Kollektor des Transistors VT1 ist an das eine Ende einer Erregerwicklung eines Relais angeschlossen, dessen anderes Ende über einen Schalter SvVl mit der licht geglätteten Ausgangsspannun,s der Gleichrichterbrücke verbunden ist. Parallel zu der Erregerwicklung des Relais liegt eine Diode D3, wobei dessen Anode an den Kollektor des Transistors VTl angc—

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schlossen ist.

Das andere Ende der Erregerwicklung des Relais ist über einen Rauschgenerator mit einem der Relaiskontakte verbunden, der andere Kontakt liegt an Masse.

Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Schaltung mit Bezug auf die Figuren 5 und 6 erläutert.

Wie erwähnt, tritt die Doppler-Frequenzverschiebung . nach Verstärkung als Spannung auf. Diese Spannung entspricht der Ausgangsspannung des Verstärkers A1. Der Verstärker A1 ist frequenzselektiv, also ein Schmalbandverstärker, und ist mit Hilfe' des Rückkopplungswider Standes Ri+ und der zugeordneten Schaltungselemente auf eine optimale Frequenz getunt. Es hat sich dabei herausgestellt, daß die optimale Ansprechfrequenz für die Überwachung der Atmung 1 Hz beträgt.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers A1 gelangt über die von dem Transistor VT1 dargestellte Treiberschaltung auf den als Speicher wirkenden Kondensator C7. Die Spannung über dem Kondensator C7 wird der Basis des Transistors VT2 zugeführt, der als Antrieb für das Relais RL1 wirkt.

Solange wie die Spannung über dem Kondensator C7 einen vorbestimmten V/ert überschreitet, bleibt die Erregung des Relais RL1 erhalten und die normalerweise geschlossenen, an die Schaltungspunkte P9 und PIo angeschlossenen Kontakte sind

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geöffnet; es handelt sich also um RuheGtromkontakte.

Ein weiterer Schaltkreis ergibt sich ausgehend von einem Pol der geglätteten und gleichgerichteten Spannung der Fig. 6, abgenommen an einer Platte des Kondensators C^ über die Lampe L1 , durch die v/eitere Lampe, der die Zenerdiode ZD7 parallel geschaltet ist, über die Kontakte des Relais RLI an den anderen Pol der geglätteten Spannung, d.h. bis zur anderen Platte des Kondensators C^«

Solange wie also die Dopplerausgangsspannung ein vorbestimmtes Niveau überschreitet und die Relaiskontakte offengehalten v/erden, brennen diese beiden Lampen nicht.

Fällt die Spannung unter ein vorgegebenes Niveau, dann fällt die Spannung an der Basis des Transistors VT2 in einem solchen Maße ab, daß die Erregung für das Relais RL1 wegfällt. Die normalerweise geschlossenen Kontakte schließen daher den ErregerStromkreis für die Lampen, die dann beide aufglühen.

Die Lampe Ll befindet sich an einer von der Abtastvorrichtung entfernten Alarmstation, während sich die andere Lampe an der Abtastvorrichtung befindet, sie ist jedoch in geeigneter Weise so angeordnet, daß sie für den zu überwachenden Patienten unsichtbar ist.

Wenn der Patient atmet, νerandart sich die Spannung über dem \ Kondensator G7 kontinuierlich und überschreitet und unter-

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schreitet den Grenzwert bei der Atemgeschwindigkeit. Die beiden Lampen blinken daher mit derselben Geschwindigkeit.

Die Empfindlichkeit kann mit Hilfe des Potentiometers VR1 so eingestellt werden, daß das Relais ELI, falls das Ausmaß der Brustbev/egungen unter einen bestimmten Wert fällt, bzw. genauer gesagt, falls die Atmung insgesamt aussetzt, nicht langer erregt wird, so daß die Ruhestromkontakte nun ständig geschlossen bleiben. Infolgedessen brennen dann beide Lampen ständig.

Solange der Patient normal atmet, versorgt die intermittierende Wirkungsweise des Relais RLI den Schaltungseingangspunkt "GRÜN" des in Fig. 6 dargestellten Alarmschaltkreises mit Impulsen. Diese laufen über die Diode D2, wobei negative Impulsspitzen durch die Diode D1 gegen Masse kurzgeschlossen werden und werden in einem vorher ausgewählten Kondensator C2, G3 oder CZf gespeichert. Dieser ausgewählte Kondensator wird von den Impulsen auf Ladungszustand gehalten, so daß der Transistor VT1 in Fig. 6 leitend bleibt. Das von diesem Transistor gespeiste Relais bleibt daher ebenfalb erregt, so daß seine Kontakte offenbleiben und die Inbetriebsetzung des Lärmgenerators zur Signalgabe verhindert wird.

V/ird das Relais RLI in Fig. 5b bei Aussetzen der Atmung permanent erregt, so erreichen keine weiteren Impulse mehr die Kondensatoren C2, C3 und GAf, die sich dann über den Widerstand R2 entladen. Die Werte der Kondensatoren C2, C3 und G^

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sind so gewählt, daß sich Verzögerungszeitkonstanten von 1o, 2o oder J>o Sekunden ergeben. Die Folge ist, daß 1o, 2o oder 3o Sekunden nachdem das Relais RL1 permanent erregt worden ist, die Spannung an der Basis des Transistors VT1 in Fig.6 unter einen Grenzwert abfällt, das zugeordnete Relais entregt wird, so daß sich seine Kontakte schließen und der Lärmerzeugungsgenerator zur Alarmgabe aktiviert wird.

Festgehalten werden muß noch, daß zur Betätigung des Alarmschaltkreises der Schalter SW1 geschlossen sein muß. Die Y/irkungsweise dieses Schalters wird weiter unten noch beschrieben.

Der Transistor VT3 in Fig. ^h wirkt als Reihenstromregler für die ⁿGunn"-Diode GD1. Dabei entkoppeln die Kondensatoren CI3, C1 if und CI5 jede radiofrequente Schwingung, die an den Schaltungspunkten P9, Ρίο oder P7 vorhanden sein könnte, und die beispielsweise auf eine in der Umgebung der Überwachungsvorrichtung arbeitende Röntgenstrahlausrüstung zurückzuführen ist.

Die Zenerdiode ZD7 liegt parallel zur zweiten Lampe und ist dazu bestimmt, den Stromkreis im Falle eines Lampenausfalles aufrecht zu erhalten.

Sollte die Lampe LI ausfallen, dsjin entfällt auch die Energieversorgung für die Kondensatoren C2, C3 oder Cif, die sich entladen und Alarm geben. Im Falle eines Ausfalles der Radar-

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anordnungen oder des Verstärkers A1 schließen sich bei beiden Relais die Kontakte und es erfolgt eine Alarmgabe. Die Vorrichtung wird erst dann wirkungslos, wenn ein Ausfall in der Hauptstromversorgung auftritt, es ist jedoch möglich, durch Bereitstellung etwa einer 12-Volt-Batterie die Vorrichtung für einige weitere Stunden in Betrieb zu halten.

Die Anschlußklemmen für die 1 mA-Stromquelle können mit einem-Aufzeichnungsgerät, beispielsweise einem Schreiber verbunden werden, so daß ein kontinuierlicher Schrieb der Atmung des Patienten erhalten wird. Man kann also einmal eine geeignete Impulsaufseichnung der Atmungsgeschwindigkeit erhalten, es ist aber auch möglich, den Ausgang des Verstärkers A1 über eine externe Verbindung nach außen zu legen, so daß man eine Aufzeichnung der Atmungswellenform erhält. Aufzeichnungen über Wellenformen des Herzschlages sind eine große Hilfe bei der Diagnose verschiedener Formen von Herζerkrankungen; es wird angenommen, daß ähnlich nutzbare Informationen bei Atmungserkrankungen aus den Atmungswellenformen gewonnen werden können.

Ist die Vorrichtung für einige Zeit von der Hauptversorgungsquelle abgetrennt worden, dann ist eine "Erwärmungszeit" von etwa 3 Minuten vor Inbetriebnahme erforderlich. Dies liegt an den langen Zeitkonstanten, die in dieser Vorrichtung verwendet werden. Wird während dieses Zeitraumes der Schalter SW1 geschlossen, dünn bleibt die Detektoranordnung gegenüber einer Bewegung unempfindlich, die tfberwachungslampen brennen stan-

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dig und eine akustische Alarmgabe erfolgt. Da dies unbequem ist, wird während der Erwärmungszeit der Schalter SWl "geöffnet, so daß der Alarmschaltkreis stillgelegt wird. Ist die Erwärmung des Gerätes abgeschlossen, dann wird der Detektor, also die Abtastanordnung, gegenüber einer Bewegung empfindlich, die Uberwachungslampen beginnen mit der Atmungsgeschv/indigkeit zu blinken und der Schalter kann zur Vorbereitung einer Alar:ngabe geschlossen werden. Diese Aufwärmeperiode kann dadurch vermieden werden, daß man das Gerät ständig an der Hauptversorgungsquelle angeschlossen läßt, wobei der Schalter SW1 offenbleibt, bis die Vorrichtung Verwendung findet.

V/ird die Vorrichtung verwendet, dann wird der Detektor bzw, die Abtastanordnung so positioniert, daß die Atmungsbewegungen des Patienten beobachtet v/erden und es wird eine geeignete Alarmverzögerungszeit von 1o, 2o oder 3o Sekunden ausgewählt, schließlich wird die Abtastanordnung auf optimale Empfindlichkeit eingeregelt. Dabei hat sich eine Verzögerungszeit von 1o Sekunden bei der überwachung und Feststellung von Atemstillstand bei Kindern als geeignet erwiesen, während für Erwachsene längere Zeiträume, je nach Krankheit* oder Beschwerden, ausgewählt werden können.

Optimale Empfindlichkeitseinstellung wird durch allmähliches Verschieben der Detektorempfindlichkeitskontrolle von einer minimalen Position heraus erzielt, wobei die Uberwachungslampen beobachtet werden. Eine optimale Einstellung ist dann

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gewonnen, wenn die AN- und AUS-Phasen der t/berwachungslampen annähernd gleiche Dauer aufweisen. Ist die Empfindlichkeit zu gering, dann brennen die Lampen immer oder fast immer, ist die Empfindlichkeit zu groß, dann sind die Lampen immer oder fast immer aus, wobei bei einer zu geringen Empfindlichkeit die überwachungsvorrichtung selbst dann einen Alarm abzugeben imstande ist, wenn die Atmung lediglich flacher als normal verläuft. Ist die Empfindlichkeit zu hoch, dann ergibt sich jedoch das große Risiko, daß äußere Bewegungen in der Umgebung des Patienten das Gerät erregen können.

Die notwendige Empfindlichkeitseinstellung hängt ab von dem Abstand zwischen dem Detektor und dem Patienten, der Amplitude und der Frequenz der Atmung, und den Vorhandensein von irgendwelchem, sich dazwischen befindlichem Material, wie beispielsweise dem Dach des Inkubators im Falle von Frühgeburten. In sämtlichen Fällen muß die Empfindlichkeit so niedrig wie möglich gehalten werden, muß jedoch unter allen Umständen Atmungsvorgänge feststellen.

Dabei sind Vorkehrungen getroffen, die überwachungsvorrichtung für Bewegungen bei solchen Frequenzen unempfindlich zu machen, die höher sind als die, mit denen man bei einem Atinungi Vorgang rechnen muß, d.h. die etwa in der Größenordnung von 80 Schwingungen/Minute sind. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, daß die Vorrichtung von nicht zu den Patienten gehörenden Bewegungen aktiviert wird.

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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß Bewegungen des Patienten mit einer großen Amplitude die Schaltung für 1 oder 2 »Sekunden stillegen, so daß sie zeitweise gegenüber einer -Atembewegung unempfindlich wird. Infolgedessen ist eine vollständig genaue Aufzeichnung der Atrnungsgeschwindigkeit durch das Gerät nicht zu erhalten, da eine solohe Aufzeichnung von ei- · nem ruhelosen Patienten häufig unterbrochen wird. Benötigt, man jedoch eine Aufzeichnung des Maßes an Ruhelosigkeit des Patienten, dann ist dieser Faktor selbstverständlich von beträchtlicher Nützlichkeit.

Darüber hinaus kann die Überwachungsvorrichtung auch so eingestellt werden, daß sie einen Alarm gibt, wenn der Patient unangemessen ruhelos ist.

D~bei wird einmal ein Alarm gegeben, wenn in dem Überwachungsfeld eine unzureichende Bewegung vorliegt, d.h. wenn eine Signalspannung unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes fällt (d.h. wenn sich die Kondensatoren C2, C3 oder Qij. wie in Fig.6 ausreichend entladen). Indem san Maßnahmen zur Alarmga.be trifft, wenn die Spannung einen zweiten und höheren Schwellenwert überschreitet, kann man auch eine Anzeige einer unangemessen hohen Ruhelosigkeit gewinnen.

Das gesamte System ist bei der Überwachung der Atmung mehrerer normaler neugeborener Kinder verwendet worden. In jeden. Falle wurde die Abtastanordnung etwa 1 Fuß (d.h. 3o cm) oberhalb des Säuglings angebracht, wobei Versuche angestellt worden

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sind, die Längsachse der Abtastanordnung parallel oder senkrecht zur Längserstreckung des Säuglings anzuordnen. Es ergaben sich, wie schon mit Bezug auf Fig. 1 erwähnt, im letzteren Fall bessere Ergebnisse. Dabei wurde ordnungsgemäß ein Alarmsignal gegeben, wenn ein eine periodische Atmung ausführendes Kind für mehr als 1o Sekunden an Atmungsaussetzung litt. Es wurde auch dann Alarm gegeben, wenn zur überprüfung des Gerätes das Kind aus dem Kinderbettchen entnommen wurde. Die Gegenwart von Personen, die innerhalb von 30 oder 60 cm zu dem Kinderbett standen, störte die Arbeitsweise der überwachungsvorrichtung nicht, vorausgesetzt, daß deren Empfindlichkeit entsprechend einreguliert worden war.

Von der überwachungsvorrichtung wurden auch neugeborene*Kinder in Inkubatoren, d.h. in Brutkästen, überwacht, wobei die Abtastanordnung etv/a 5 cm oberhalb der oberen Fläche des Inkubators gehalten wurde. Dabei erfolgte in zuverlässiger Weise eine Alarmgabe im Falle von zwei Frühgeburten, die häufigen Attacken von Atmungsaussetzungen unterworfen waren. Ein drittes Kind litt nicht an Atmungsaussetzung, sondern wies eine flache Atmung mit einer JRate von annähernd 60 Zyklen/Minute auf. Die Überwachungslampen leuchteten mit einer annähernd gleichen V/M er holung sr ate auf. Dabei erfolgte ordnungsgemäß auch eine Alarmgabe, als die überwachungsanordnung über einem leeren Inkubator eingestellt wurde, selbst als nahebei Personen standen.

Es ist zweckmäßig, die Abtastanordnung nicht an einer Seiten-

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v/and des Inkubators anzubringen, da das Kind der Seitenwand nahekommen kann und sich dann das empfangene Energieniveau erhöht, auch ist die Abtastanordnung dann in der Lage, auf Reflexionen anzusprechen, die von anderen nahe an dieser Seitenwand des Inkubators stehenden Personen stammen.

Es wurden Untersuchungen durchgeführt bei erwachsenen Patienten in normalerweise voll besetzten Krankenhausstationen, wobei die Abtastanordnung in den beiden in den Fig. 3 und ^ gezeigten Positionen angeordnet war. In ordnungsgemäßer Weise wurde ein Alarm gegeben, wenn der Patient seine Atmung anhielt oder sonstwie bewegungslos verblieb. Die Gegenwart von Personal entlang den Seiten des Bettes und von Patienten in angrenzenden Betten bewirkte jedoch keine Störung der Betriebsweise.

Wie dargestellt, besteht die überwachungsvorrichtung aus zwei Einheiten, und zwar aus der an einer Wand montierten oder freistehenden überwachungsanordnung und der Alarmeinheit. Die Überwachungsanordnung ist mit der Alarmeinheit über ein Kabel verbunden, welches die 12-Volt-Versorgungsspannung und die Alarmsignale sowie die Signale für· die üborwachungslampen führt. Dieses Kabel braucht daher lediglich drei Adern aufzuweisen, die eine Verbindung herstellen zu den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Schaltungspunkten GRÜN, ROT und BLAU.

Die Alarmeinheit kann in der Nähe des Patienten oder ent-

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fernt von diesem angebracht sein. Ist die Alarmeinheit in der Nähe des Patienten angebracht, dann kann es vorteilhaft sein, eine Nebenalarmstelle an einer entfernten Station anzubringen. Das Gerät ist einfach zu bedienen und kann als stationäre permanente Überwachungsstation ausgebildet sein, zu v/elcher die zu überwachenden Patienten gebracht werden. Können die Patienten nicht bewegt werden, dann können tragbare Abtastanordnungen auf freistehenden Lagerungen verwendet werden.

Es brauchen an dem Patienten keine Apparate und sonstigen Dinge angebracht werden, auch ist es nicht notwendig, den Patienten oder sein Bett bei Beginn der Überwachung besonders vorzubereiten. Nachteile und Unbequemlichkeiten, die auftreten, wenn überwachungsvorrichtungen an dem Patienten befestigt werden müssen oder sonstwie in Kontakt mit diesem gebracht v/erden müssen, sind beseitigt. Diese Unbequemlichkeiten schließen eine Beengung der Atmung oder einer sonstigen Bewegung aus, auch werden Hautirritationen vermieden oder eine zufällige Lösung von Verbindungsleitungen und Störungen bei der normalen ärztlichen Versorgung. Da die Überwachungsvorrichtung mit dem Patienten nicht in Kontakt ist, ist auch keine besondere Peinigung oder Sterilisierung erförderlich. Auch läßt sich die überwachungsanordnung schnell zur Seite stellen, wenn dringend die Notwendigkeit eines Zuganges zu dem Patienten besteht, beispielsweise um zu einem in einem Inkubator befindlichen Säugling zu gelangen, dos? an Atemnot leidet.

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Es ist reiter vorne schon erwähnt worden, daß das Energlenivoau am Patienten auf einen extrem geringen Wert reduziert ist, der um einen Faktor von I000 unter dem Wert liegt, der als obere mögliche Grenze angesehen wird.

Y/eiterhin bestehen offensichtlich auch keine Störungen oder Beeinflussungen bei der Aufnahme von EKG-Schriebs, und zwar aufgrund der hohen verwendeten Frequenz.

Die erfindungsgenäße überwachungsvorrichtung kann ausgedehnte Anwendung finden in üblichen KrankenhausStationen, in besonderen ITeugeborenen-Abteilungen und auf Kinder Stationen. Weiterhin ergibt sich eine nützliche Anwendung auf Unfallstationen und auf Stationen bei der medizinischen und chirurgischen Erwachsenenversorgung, sowie bei der Anästhesie und in Erholungsräumen. Die erfindungsgenäße überwachungsvorrichtung findet Anwendung bei der überv/achung von Patienten, die an einer Überdosis von Arzneimitteln oder an Kopfverletzungen leiden, sowie, wie schon erwähnt, bei der überwachung von Atmungsbewegungen an Patienten. Von besonderer Hilfe ist die Überwachungsvorrichtung bei der Kontrolle von Patienten in Seitenräumen oder PrivatStationen, wo eine ständige Überv/achung durch Krankenschwestern und sonstiges Personal schwierig sein kann.

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Claims

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Patentansprüche:

1.]Vorrichtung zur Überwachung von Bewegungen Kit einem Feldgenerator, der ein begrenztes, bewegungsempfindliches und mindestens einen Teil der Person, deren Bev/egungen überwacht werden sollen, einhüllendes Feld erzeugt, mit einer Schaltungsanordnung zur Feststellung von auf Bewegungen der Person zurückgehende Feldstörungen und einer von dieser Schaltungsanordnung gesteuerten Alarmschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarrnschaltung (C2,C3,Cij.; VT1) so bemessen ist, daß eine Alarmgabe dann erfolgt, wenn das Ausmaß der Bewegungen in dem Feld langer als für einen vorgewählten Zeitraum unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes fällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufhebung einer einmal erfolgten Signalgabe durch die Alarmschaltung erfolgt, wenn das .Bewegungsausmaß in dem Feld schließlich über den vorgegebenen Schwellenv/ert ansteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmschaltung bei Ausfall der Vorrichtung oder von Teilkomponenten einen Alarm gibt.

if. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Feldgenerator eine nach dem Dopplerprinzip arbeitende Kikrowellonradareinheit ist und daß die überwachungsschaltung ein gepulstes, die Doppler'sehe Frequenzverschiebung in dem von der zu überwachenden Person reflektierten Signal anzeigendes Signal erzeugt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ij-, dadurch gekennzeichnet, daß das gepulste Signal auf Feldstörungen zurückgehende Veränderungen in der Lastiinpedanz des Senders anzeigt. ·

6. Vorrichtung nach Anspruch l\. oder 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmsehaltung von der überwachungsschaltung etaminen de Impulse speichert und eine Signalspannung erzeugt, die bei Überschreiten eines vorgegebenen, dem erwähnten Schwellenwert entsprechenden Signalebene die Erzeugung eines Alarmsignals verhindert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarnschaltung. nur auf unterhalb einer oberen Grenze liegende Frequenzen anspricht, die so ausgewählt ist, daß sie den Eigenschaften einer Brustwandbewegung einer Person bei normaler Atmung entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenzfrequcn", 8o Hs beträgt.

9. Vorrich'^un·" nach eimern oder mehreren der Ansprüche 1 bis

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dadurch gekenrizeichnet, daß die überwachungsschaltung κ? it einem Aufzeichnungsgerät verbindbare Ausgangsanachlüsse aufweist, an welchen ein dem momentaner.] Feldstörungsmaß entsprechendes Signal anliegt, so daß eine Aufzeichnung der Atmungsbcv.'egungen der Person erzielbar ist.

1o. Vorrichtung nach einem al er mehreren der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmschaltung darüber hinaus so benessen ist, daß eine Alarmgabe dann erfolgt, wenn das Bcv/egungsausmaß in dem Feld einen vorbestimmten, ein unzulässiges Haß an Ruhelosigkeit der Person anzeigenden Grenzwert überschreitet.

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