DE10251900A1

DE10251900A1 - Patientenüberwachungssystem und -verfahren

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Publication number: DE10251900A1
Application number: DE10251900A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Daumer; Michael Dipl.-Stat. Scholz; Hans-Joachim Dipl.-Phys. Doerr
Original assignee: Trium Analysis Online C O GmbH; Trium Analysis Online C/o Institut fur Medizinische Statistik und Epidemiologie (imse) Der Tu Muenchen Klinikum Rechts Der Isar GmbH; Canway Technology GmbH
Current assignee: Trium Analysis Online C O GmbH; Trium Analysis Online C/o Institut fur Medizinische Statistik und Epidemiologie (imse) Der Tu Muenchen Klinikum Rechts Der Isar GmbH; Canway Technology GmbH
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Bei einem tragbaren, mobilen Patientenüberwachungssystem ergibt sich eine möglichst flexible und effiziente Überwachung für eine Vielzahl von Vitalparametern dadurch, dass das System Folgendes aufweist: DOLLAR A - eine Sensoranschlusseinheit, an die wenigstens ein Sensor zur Überwachung eines Parameters anschließbar ist; DOLLAR A - eine Verarbeitungseinheit, durch welche die von der Sensoranschlusseinheit gelieferten Signale zur Übertragung durch die Datenverarbeitungseinheit verarbeitbar sind, und DOLLAR A - eine Datenfernübertragungseinheit, durch welche die Übertragung der von der Verarbeitungseinheit gelieferten Signale zur Auswertung derselben übertragbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Patientenüberwachungssystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Patienten.
Im Stand der Technik sind einzelne Ansätze zur Fernüberwachung von Vitalparametern von Patienten bekannt. Diese sind jedoch auf einzelne Parameter beschränkt und nicht universell einsetzbar und erweiterbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und insbesondere ein Patientenüberwachungssystem und ein Verfahren zur Überwachung eines Patienten zu schaffen bzw. anzugeben, bei welchen eine möglichst effiziente und flexible Überwachung für eine Vielzahl von Parametern möglich ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung bzw. des Projektes »Mobile Medical Monitoring (MMM)« besteht in der prototypischen Realisierung einer umfassenden telemedizinischen Monitoring-Lösung:

– Von einer tragbaren, mobilen Monitoring-Hardware werden parallel mehrere Vitalparameter wie z.B. EKG, SpO2, Blutdruck etc. eines frei beweglichen Patienten aufgenommen. Sie werden kontinuierlich gemessen, vorverarbeitet und mittels standardisierter Mobilfunkverfahren (GSM/GPRS etc.) an eine zentrale Empfangs- und Auswertungsstation übermittelt.
– Die zentrale Empfangsstation (ein Serverrechner) befindet sich in einem klinikumsnahem Dienstleistungszentrum, in dem die medizinischen Daten eingehen, gespeichert und visualisiert werden. Es findet eine sofortige Auswertung aller eingehenden Daten statt, bei der durch intelligente Alarmalgorithmen eine verzögerungsfreie Erkennung kritischer Situationen ermöglicht wird. Auf der daraus entstehenden Datenbasis können darüber hinaus retrospektive Analysen der gespeicherten Daten zur Generierung standardisierter Behandlungsrichtlinien (evidence based medicine) und zur Durchführung klinischer Studien ausgeführt werden.

Das Bindeglied zwischen diesen zwei Bestandteilen der MMM-Architektur stellt eine Funkschnittstelle dar, mit der die Daten vom Patienten zum Zentrum übertragen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Patientenüberwachungssystem folgendes aufweist:

– eine Sensoranschlusseinheit, an die wenigstens ein Sensor zur Überwachung eines Parameters anschließbar-ist;
– eine Verarbeitungseinheit, durch welche die von der Sensoranschlusseinheit gelieferten Signale zur Übertragung durch die Datenverarbeitungseinheit verarbeitbar sind, und
– eine Datenfernübertragungseinheit, durch welche die Übertragung der von der Verarbeitungseinheit gelieferten Signale zur Auswertung derselben übertragbar ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.

Die Erfindung, sowie weitere Merkmale, Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten derselben, wird bzw. werden nachfolgend anhand einer Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben bzw. entsprechende Elemente. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, und zwar unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines mobiles Patientenüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Rückansicht des ersten Ausführungsbeispiels des mobiles Patientenüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematisches Blockschaltbild einer Verarbeitungseinheit und der Datenfernübertragungseinheit des ersten Ausführungsbeispiels des Patientenüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematisches Blockschaltbild einer Variante der erfindungsgemäßen Verarbeitungseinheit;
5 eine schematische Darstellung der Datenfernübertragungseinheit gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung zweier Ausführungsbeispiele für zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendbaren Bustopologien (Sterntopologie oder „Party Line"-Topologie);
8 eine schematisch Darstellung, welche eine Sterntopologie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung in weiterer Einzelheit zeigt; und
9 eine schematisch Darstellung, welche eine „Party Line"-Topologie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung in weiterer Einzelheit zeigt.
Anhand der 1 und 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines Patientenüberwachungssystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Patientenüberwachungssystem 1 von einem Patienten, dessen Torso 2 schematisch in den 1 und 2 dargestellt ist, portabel oder tragbar bzw. mitführbar. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Überwachungssystem 1 in einem Oberbekleidungsstück, und insbesondere in einem Hemd oder Shirt, welches bevorzugt direkt auf der Haut getragen wird, ausgebildet. Selbstverständlich kann abweichend von der gewählten Darstellung alle oder einige der Teile des erfindungsgemäßen Patientenüberwachungssystem anders mitführbar bzw. portabel ausgebildet sein. Beispielsweise kommt hierzu ein entsprechender Gürtel, Helm usw. in Frage. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Patientenüberwachungssystem 1 in einem Hemd 3 integriert, welches an seiner Vorderseite eine Naht bzw. Längsöffnung 4 aufweist. An der Stelle der Naht 4 kann das Hemd 3 zum erleichterten Anziehen aufinachbar sein. Als Befestigungsmittel kommen insbesondere Knöpfe, Reiß- oder Klettverschluss oder dergleichen in Frage. Selbstverständlich kann das Hemd 3 auch keine Naht aufweisen, in welchem Fall es über den Torso 2 eines Patienten einfach übergezogen wird. Eine einzige Sensoranschlusseinheit 5 ist auf der Vorderseite des Hemds 3 etwa in Höhe der Taille integriert. An der Sensoranschlusseinheit 5 werden (nicht dargestellte) Sensoren zur Überwachung einer Vielzahl von Parametern, insbesondere Vitalparametern, angeschlossen.
Die Sensoranschlusseinheit 5 ist dabei so ausgebildet, dass eine Vielzahl von kommerziell erhältlichen Sensoren ohne weitere Modifikation daran angeschlossen werden kann (vergleiche auch 5). Ferner kann an der Sensoranschlusseinheit auch. ein Positionsbestimmungssensor, wie z.B. ein GPS- oder GALILEI-Empfangsgerät, angeschlossen sein, um beim Auftreten einer kritischen oder lebensbedrohlichen Situation den Aufenthaltsort des Patienten zu bestimmen oder die auf diese Weise gewonnenen Daten (z.B. Höhe über dem Meerespiegel) bei der Auswertung der medizinischen Daten mitzuberücksichtigen. Bezüglich der Arten der Positionsbestimmung sind insbesondere folgende Möglichkeiten in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt.

1. Möglichkeiten: Cell-ID, GPS, Assisted GPS, Differential GPS (D-GPS), E-OTD
2. Cell-ID: Genauigkeit abhängig von Zellgröße, 500m bis 20 km (Stadt-Land)
3. E-OTD: mit Kreuzpeilung (benötigt >= 3 Basisstationen in Reichweite), 100-500m genau
4. GPS-Dienste: Precise Pos. System PPS: nur für US-Militärs, bis 22m genau Standard Pos. System SPS: für alle verfügbar, bis 100m genau Assisted GPS: 5-50m genau Differential GPS (SPS-Modus): benötigt zusätzliche Software im Endgerät + Referenzstationen in Reichweite → bis 10m genau Allgemein: HW- Receiver (+ Antenne) notwendig, aber in kombinierten Funkmodulen verfügbar (z.B. TCG von Infineon)

Über eine Leitung 6 ist die Sensoranschlusseinheit 5 mit einer Verarbeitungseinheit 7 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 7 ist mit einer Vielzahl von Druckknöpfen 8 lösbar an dem Hemd 3 an dessen Rückseite befestigt. Die Verarbeitungseinheit 7 besitzt dabei eine Vielzahl von Funktionen, insbesondere die Funktion der Datenerfassung, der Steuerung sowie der Stromversorgung. Für weitere Einzelheiten bzgl. der Verarbeitungseinheit 7 wird auf die folgende Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den 3 und 4 verwiesen. Über eine Leitung 9 ist die Verarbeitungseinheit 7 mit einer, einen HF-Powersplitter 10 und eine Vielzahl von Antennen 11, welche vorzugsweise als Schlitzantennen ausgebildet sind, aufweisenden Datenfernübertragungseinheit 12 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Leitung 9 in etwa entlang der Wirbelsäule des Patienten zwischen der Verarbeitungseinheit 7 und dem HF-Power splitter 10. Der Powersplitter 10 steht über eine Vielzahl von Leitungen 13 mit jeweils einer der Vielzahl von Antennen 11 in Verbindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Antennen 11 im Schulterbereich des Patienten vorgesehen, und zwar jeweils zwei paarweise gegenüberliegend auf dem rückwärtigen bzw. vorderseitigen Schulterbereich. Die gewählte Anordnung der Antennen 11 ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da diese eine optimale Sende- und Empfangscharakteristik gewährleistet. Die in den 1 und 2 dargestellten Komponenten des erfindungsgemäßen Patientenüberwachungssystems 1 sind alle bis auf die Verarbeitungseinheit 7 fest in das Hemd 3 integriert. Die Verarbeitungseinheit 7 ist, im Ausführungsbeispiel durch die Druckknöpfe 8, in einfacher Weise von dem Hemd 3 abnehmbar. Auf diese Weise kann einer Vielzahl von Patienten ihr individuelles Hemd 3, insbesondere in Bezug auf dessen (Konfektions-) Größe, permanent zur Verfügung gestellt werden, wobei die teure Verarbeitungseinheit 7 nur im Einsatzfall zur Verfügung gestellt wird. Ferner kann somit die Verarbeitungseinheit 7 leicht entfernt, ausgewechselt, repariert bzw. software- und hardwaremäßig aufgerüstet bzw. modifiziert werden. Die in dem Hemd 3 integrierten Leitungen 6 sind entweder in die Kleidung integrierte Leiterbahnen, z.B. mit Silber/Gold bedampfte Kunststoffäden, welche direkt in das Kleidungsstück eingewoben sind oder sind auf Trägerstoff-Streifen eingewoben, welche an der Kleidung befestigt sind, beispielsweise durch Aufnähen. Ferner können zwischen den Leitungen oder den Antennen 11 und dem Körper des Patienten Abschirmungen vorgesehen sein. Diese Abschirmungen können insbesondere aus Stoffbahnen bzw. -flicken hergestellt sein und die Leitungen bzw. Antennen unterlegen, wobei die Stoffbahnen metallische Fäden aufweisen.
Unter Bezugnahme auf die 2 wird im Folgenden der Aufbau der Verarbeitungseinheit 7 und der Datenfernübertragungseinheit 12 näher erläutert. Dem Blockschaltbild der 3 entnimmt man, dass an der Verarbeitungseinheit 7 Anschlüsse 14 vorgesehen sind, um die von der Sensoranschlusseinheit gelieferten Sensorsignale direkt an eine digitale Steuereinheit 15 zu leiten. Die digitale Steuereinheit weist insbesondere (nicht dargestellte) Speichermittel auf, um die über die Anschlüsse 14 eingehende Signale zumindest temporär zu speichern. Ferner besitzt die digitale Steuereinheit 15 weitere Funktionen, insbesondere sind in dieser Softwareprogramme gespeichert, welche eine Auswertung der Sensorsignale ermöglichen. Beispielsweise können hierzu Alarmalgorithmen verwendet werden. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens ist in der internationalen Patentveröffentlichung mit der Veröffentlichungsnummer WO99/67758 offenbart, welche durch diese Bezugnahme vollständig mit die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird. Ferner werden in der digitalen Steuereinheit 15 auch eine Kompression der Daten sowie auch eine Verschlüsselung vor dem Versand durchgeführt. Die digitale Steuereinheit 15 dient überdies zur Ansteuerung des Funkmoduls. In praktischer Hinsicht ist die digitale Steuereinheit 15 durch einen Low-Power-Prozessor realisiert, welcher Multitasking-fähig ist, und zwar zum gleichzeitigen Empfang und Verarbeitung von Daten mehrerer gleichzeitig aktiver Sensoren bzw. anderer Daten. Die digitale Steuereinheit 15 ist mit einem Sende/Empfangs-Modul 16 verbunden, in welchem die wesentlichen Funktionen eines Mobiltelefons bzw. Handy integriert ist. Die Stromversorgung der digitalen Steuereinheit 15 und des Sende/Empfangs-Moduls 16 erfolgt über Batterien bzw. Akkumulatoren 17, welche über einen Power-Management-Prozessor 18 die Steuereinheit 15 und das Sende/Empfangs-Modul 16 mit Strom versorgen. Im Fall der Verwendung von Akkumulatoren ist eine Ladesteuereinrichtung 19 in der Verarbeitungseinheit 7 vorgesehen. Ein Anschluß 20 dient zur Aufladung der Akkumulatoren mittels eines Netzadapters. Ferner können alternative Stromquellen 21, beispielsweise Solarzellen oder dergleichen, zum Laden der Akkumulatoren über einen Anschluß 22 angeschlossen werden.
Die im rechten Teil der 3 dargestellte Datenfernübertragungseinheit 12 weist einen HF-Powersplitter 10 auf, welche über einen Anschluß 22 mit dem Sende/Empfangs-Modul 16 der Verarbeitungseinheit 7 in Verbindung steht. Der HF-Powersplitter, welche in einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Antennen-Diversity-Einheit 24 verbunden ist, welche über einen Anschluß 25 mit dem Power Management Prozessor 18 der Verarbeitungseinheit 7 mit Energie versorgt wird, steuert im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, wie in den 1 und 2 gezeigt angeordnete, Planar-Antennen an. Über die Planar-Antennen 11 können Signale zu dem mobilen Patientenüberwachungssystem 1 gesendet und von diesem empfangen werden. Dabei wird vorzugsweise eine Übertragungstechnik nach einem Funktelefon- bzw. Mobilfunkstandard, beispielsweise GSM, GPRS oder auch UMTS eingesetzt. Über die Antennen 11 werden alle gemessenen Parameter und zusätzliche Betriebsparameter des Systems, z.B. Batteriestand, Softwareversion, Uhrzeit, Funktionsfähigkeit der angeschlossenen Sensoren ect. an ein (nicht dargestelltes) Dienstleistungszentrum (DLZ) übertragen. Die Antennen 11 sind vorzugsweise flach und als Schlitzantennen ausgebildet, wobei letztere Bauform eine besonders günstige Abstrahlungscharakteristik weg vom Patienten besitzt.
An der digitalen Steuereinheit 15 der Verarbeitungseinheit 7 ist ebenfalls ein Mikrofon 26 und ein Lautsprecher 27 angeschlossen, welche beispielsweise in einem vom Patienten tragbaren Headset-System oder auch in dem Hemd 3 integriert sind. Auf diese Weise kann der Patient über die Verarbeitungseinheit 7 und der Datenfernübertragungseinheit 12 insbesondere Sprachsignale mit dem Dienstleistungszentrum austauschen. Beispielsweise können hierzu vom Dienstleis tungszentrum Anfragen über den Gesundheitszustand eines Patienten oder Verhaltensmaßregelen übertragen werden. Der Patient kann aber auch nützliche Informationen an das Dienstleistungszentrum mittels Sprachsignalen in Ergänzung zu den Sensorsignalen übertragen.
In 4 ist die Verarbeitungseinheit 7 in ihrer Bauform näher dargestellt. In Ergänzung zu der obigen Beschreibung der Verarbeitungseinheit 7 anhand der 1 bis 3 kann der 4 entnommen werden, dass die Verarbeitungseinheit 7 über einen Anschluss 28 zum Anschließen von weiteren Akkumulatoren, welche ebenfalls mittels Druckknöpfen an dem Hemd 3 befestigbar sind, verfügt. Ferner ist in 5 ist die Datenfernübertragungseinheit 12 in näherer Einzelheit dargestellt, wobei insbesondere in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der HF-Powersplitter 10 durch einen HF-Power- und Diversity-Einheit ersetzt ist (vgl. die Beschreibung der 3).
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Patientenüberwachungssystems 1 und weitere Einzelheiten der Datenübertragung an ein (nicht gezeigtes) Dienstleistungszentrum dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 6 sind verschiedene, Vitalparamteter aufnehmende Sensoren in dem Hemd 3 integriert. Im Einzelnen handelt es sich dabei um einen Pulsoximetersensor 30 einen nicht-invasiven Blutdrucksensor 31, ein ECG-Sensor 32, einen Temperatursensor 33 und einen Aktimeter bzw. Lageaufnehmer (Beschleunigungsmesser) 34. Die einzelnen Sensoren 30 bis 34 sind über einen sternförmigen Bus, welcher im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 und 9 noch in weiterer Einzelheit erläutert wird, mit der Verarbeitungseinheit 7 verbunden, wobei in der Zeichnung zur Vereinfachung lediglich die digitale Steuereinheit 15 angezeigt ist. Ebenfalls an dem Bus 35 ist ein Mikrofon 26 und ein Lautsprecher 27, welche zusammen oder einzeln als Telekommunikationseinrichtung bezeichnet werden können, angeschlossen, um eine Kommunikationsverbindung, beispielsweise über Sprache, zwischen Patient und Dienstleistungszentrum zu ermöglichen. Über die schematisch angezeigte Antenne 11 werden relevante Informationen über den GSM-, den GPRS- oder UMTS-Mobilfunkstandard o.ä., evtl. zusätzlich verschlüsselt, an einen PLMN-Provider (Mobilfunknetzprovider) 36 und anschließend daran, z.B. über eine Festnetzverbindung, insbesondere eine Standleitung, an einen Router 37 übertragen. Vom Router 37 erfolgt die (verschlüsselte) Datenübertragung an einen Serverrechner 38, d.h. eine zentrale Empfangsstation. Die zentrale Empfangsstation befindet sich dabei vorzugsweise in einem kliniknahen Dienstleistungszentrum, in dem die medizinischen Daten eingegeben, gespeichert und visualisiert werden. Es findet eine sofortige Auswertung der eingehenden Daten statt, bei der durch intelligente Alarmalgorithmen eine verzögerungsfreie Erkennung kritischer Situationen ermöglicht wird. Auf der daraus entstehenden Datenbasis können darüber hinaus retro spektive Analysen der gespeicherten Daten zur Generierung standardisierter Behandlungsrichtlinien (evidence based medicine) und zur Durchführung klinischer Studien ausgeführt werden. Über die schematisch eingezeichnete Funkverbindung 39 können sowohl Befehle als auch sonstige Signale, insbesondere Kommunikationssignale, von dem Dienstleistungszentrum an den Patienten und umgekehrt übertragen werden. Der Serverrechner 38 ist mit einer Datenbank DB verbunden, in welcher die Daten aller beteiligten Patienten zur weiteren Auswertung gespeichert sind. Ferner ist der Serverrechner 38 mit einem klinikeigenem Netz (CIS, clinical information _System) verbunden, um dem behandelnden Personal die Informationen optimal zur Verfügung zu stellen. Optional ist der Serverrechner 38 über eine schematisch dargestellte Firewall mit dem Internet verbunden, und zwar vorzugsweise über eine verschlüsselte Datenverbindung, um es beispielsweise dem Hausarzt zu ermöglichen einen geschützten Zugriff auf die Daten des Patienten zu ermöglichen.
Aus technischer Sicht ist als Übertragungsbasis zunächst eine geeignete, bereits existierende Funktechnologie zu wählen. Da die völlige Bewegungsfreiheit des Patienten eine Basisanforderung von MMM ist, kann auf Technologien für Nahbereichsfunk wie z.B. WLAN nach IEEE 802.11b, HomeRF oder Bluetooth nicht zurückgegriffen werden. Sie setzen aufgrund ihrer geringen Sendereichweite eine stationäre Basisstation bzw. einen Accesspoint in der Nähe des Patienten voraus.
Bevorzugt ist deshalb eine flächendeckend verfügbare und frei zugängliche Funktechnologie, nämlich der herkömmlicher Zellfunk- bzw. Handynetze. wie z.B. GSM/HSCSD oder GPRS/UMTS. Sie ist weltweit weitgehend flächendeckend verfügbar und kostengünstig realisierbar.
Im Hinblick auf eine Datenübertragung kann hier zwischen sog. CSD und PSD Methoden unterschieden werden:

– CSD (Circuit Switched Data): Vor bzw. nach einer Datenübertragung ist ein dedizierter Verbindungsauf- bzw. -abbau notwendig und die Abrechnung findet zeitbasiert statt. GSM in den verschiedenen Varianten (mit 900/1800/1900 MHz) und HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) sind Vertreter dieses Übertragungsmodus.
– PSD (Packet Switched Data): Nach einem einmaligen Verbindungsaufbau bleibt die Verbindung dauerhaft bestehen (always-online), d.h. Daten können bei Bedarf ohne vorherigen Verbindungsausbau versandt werden und die Abrechnung erfolgt nach dem übertragenen Datenvolumen. GPRS (General Packet Radio Service) und das zukünftige UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) sind Vertreter dieses neueren Übertragungsmodus.

Ein kritischer Punkt ist auch die Verfügbarkeit der Funkverbindung, wobei zwischen der Erreichbarkeit des Funknetzes an sich und der Verfügbarkeit eines freien Funkkanals zu unterscheiden ist. Während der Einfluss auf den ersten Punkt bei Betreten eines Funkloches z.B. in einem Tunnel nur begrenzt möglich ist, spielen beim zweiten Punkt insbesondere Priorisierungen durch QoS-Mechanismen seitens des Netzbetreibers eine wichtige Rolle.
Ein großes Problem stellt die, verglichen mit herkömmlichen kabelgebundenen Netztechnologien wie z.B. LAN (Ethernet nach IEEE 802.3), geringe Bandbreite der oben aufgeführten Funknetze dar.
GSM besitzt eine Bruttodatenrate von nur 9600 kbit/s. Durch die Bündelung von mehreren GSM-Kanälen erreichen HSCSD und GPRS höhere Datenraten, wobei die Anzahl der maximal bündelbaren Kanäle ist dabei primär durch die Hardware der mobilen Station MS (Handy, Funkmodul) beschränkt ist. Die Anzahl ist dabei im Down- bzw. Uplink (d.h. vom Netzprovider zur MS bzw. von der MS zum Netzprovider) verschieden und liegt derzeit bei HSCSD bei 3/1 oder 2/2 und bei GPRS bei 4/2 Kanälen. Die daraus resultierende größere Downlinkkapazität ist durch das historische Anwendungsfeld, nämlich das mobile Internetsurfen entstanden. Bei MMM ist jedoch die Kapazität des Uplinks von entscheidender Bedeutung, da es primär um den Transport von medizinischen Messdaten von der MS zum Dienstleistungszentrum geht.
Zusätzlich wird die Bruttodatenrate durch notwendige Netzwerk- und Transportprotokolle wie TCP/IP gemindert. Der in der Realität erreichbare Durchsatz hängt außerdem von Faktoren wie der Netzauslastung des Netzbetreibers, der Antennenqualität der MS und ihren aktuellen Umgebungsbedingungen (z.B. Funkabschattungen und Nutzerdichte in der aktuellen Funkzelle) ab, so dass die in Tabelle 1 angegebenen Nettodatenraten als Mittelwerte zu verstehen sind und starken Schwankungen unterliegen.
Die derzeit realisierbaren maximalen Brutto- und Nettodatenraten verschiedener Zellfunkverfahren sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle 1: Funktechnologien und Bandbreiten
Wegen ihrer weiten Verbreitung und der damit einfachen Integration in bestehende Netzstrukturen werden als Netzwerk- und Transportprotokoll vorzugsweise TCP/IP gewählt.
Die Anforderungen an das darauf aufsetzende Protokoll der Anwendungsschicht umfassen im wesentlichen:

1) die Übertragung sowohl kontinuierlich als auch in Intervallen erfasster Vitaldaten unterschiedlichster Art bezüglich Datenformat (Byte, Word etc.) und Samplingrate.
2) die bidirektionale Übertragung von Betriebsparametern zwischen MS und DLZ bezüglich a) Verbindungsmanagement: Telefonnummer des Netzproviders, Login-Passwort, IP-Adresse und Zertifikate MedShirts und des Empfangsrechners b) Betriebsparameter des MedShirts: Batteriestand, Uhrzeit etc. c) Patientendaten d) Sendemodus: kontinuierliche Versendung, Push/Poll-Mechanismus e) medizinischer Sensorik: Gerätetypen der am MedShirt angeschlossenen Medizingeräte und gerätespezifische Optionen wie z.B. Messintervalle eines EKG-Gerätes

Bei der Übertragung von z.B. kontinuierlich aufgenommenen EKG-Rohdaten kann zwischen folgenden Ansätzen unterschieden werden:

kontinuierliche Versendung: es findet keine Zwischenspeicherung der Daten im MedShirt statt. Diese Variante setzt eine permanent verfügbare Funkverbindung voraus und kann bei zeitabhängig berechneten Tarifen (GSM, HSCSD) zu hohen Kosten führen.
– Datenpush in festen Intervallen: das MedShirt speichert die Rohdaten und versendet sie in variablen, aber festen Zeitintervallen; es kann daher stufenlos zwischen einer Realtime-Übertragung und einem offline-Monitoring (Datenübertragung z.B. ein Mal pro Tag) ein entsprechender Betriebsmodus eingestellt werden.
– Datenpull durch den Empfangsrechner: wie beim Datenpush, nur dass die Verbindung und der Datenversand nicht durch das Medshirt sondern durch das DLZ initiiert wird.

Existierende Standards wie z.B. das in Krankenhäusern verwendete HL7, das für den sicheren, vertraulichen und asynchronen Austausch von medizinischen Daten zwischen Ärzten konzipierte Healthcare Professionals Protocol oder die Übertragung via XML sind für andere Einsatzbereiche konzipiert und deshalb für dieses Szenario nur bedingt geeignet.
Wegen der oben angesprochenen geringen Bandbreite der Funkstrecke empfiehlt es sich die Daten vor ihrem Versand zu komprimieren bzw. reduzieren. Dies führt zur Verringerung der Übertragungskosten und der Übertragungszeit, was im Falle einer medizinisch kritischen Situation die Reaktionszeit verkürzen kann.
Tabelle 2: EKG-Datenraten und Datenaufkommen
Zur verlustlosen Kompression stehen die bekannten, weit verbreiteten und frei verfügbaren Algorithmen wie z.B. (adaptives) Huffman-Coding und Lempel-Ziv (LZ-77, LZ-88/LZ-Welch) zur Verfügung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Unterschiede der Kompressionsverfahren bezüglich der Kompressionsrate bei verhältnismäßig geringen Datenmengen von weit unter 500 kByte je übertragenem Datenpaket, wie sie bei MMM auftreten, kaum ins Gewicht fallen. Aufgrund der häufig sehr beschränkten Speicher- und Rechenkapazitäten mobiler Endgeräte sind deshalb einfachere und damit schnellere Kompressionsalgorithmen zu bevorzugen.
Die Beachtung von Aspekten der Datensicherheit sind gerade im medizinischen Umfeld von besonderer Bedeutung. Insbesondere bei der drahtlosen Übertragung von Daten ist die Gewährleistung der Vertraulichkeit wegen einer erhöhten Anfälligkeit der Funkstrecke gegenüber Abhörversuchen zu beachten.
Im GSM-Netz und auch in dem darauf aufbauenden GPRS-Netz wird der Datenstrom zwischen der mobilen Station und den Netzkomponenten des Netzbetreibers durch ein A5/2 genanntes Stromchiffrierverfahren verschlüsselt. Während dies bereits einen grundlegenden Schutz darstellt gibt es bereits seit einigen Jahren Zweifel an der Sicherheit dieses Verfahrens. So wurde z.B. von Adi Shamir bereits im Jahr 2000 ein theoretischer Angriff auf eine schwächere Variante von AS/2 namens AS/1 publiziert. Allerdings wird zur Zeit an der Standardisierung eines neue Verfahrens namens A5/3 gearbeitet, welches auf dem Kasumi-Algorithmus basiert, der auch in zukünftigen UMTS-Netzen eingesetzt wird und als sehr sicher gilt.
Als zusätzliche Maßnahme ist trotzdem eine Erweiterung in Form einer Ende-zu-Ende Verschlüsselung wünschenswert. Diese kann z.B. auf der Basis von existierenden Lösungen wie SSL (Secure Socket Layer) oder IP-Sec-VPNs (Virtual Private Networks) realisiert werden, wobei diese Protokolle wiederum die für die Übertragung der medizinischen Rohdaten zur Verfügung stehende Nettobandbreite reduzieren.
In 7 sind zwei verschiedene für die vorliegende Erfindung geeignete Realisierungen des Busses 35 schematisch als Blockschaltbild dargestellt. Dabei ist im linken Teil der 7 eine Sternkonfiguration (point to point) gezeigt, bei welcher eine Vielzahl von Sensoranschlusseinheiten S an entsprechende Anschlüsse eines Meßgeräts M bzw. der Verarbeitungseinheit jeweils direkt über vier (4) Leitungen (zwei Datenleitungen und zwei Stromversorgungsleitungen) verbunden sind. In der rechten Hälfte der 7 ist eine sogenannte "Party Line" (Multipoint)-Buskonfiguration gezeigt, bei welcher alle Sensoranschlusseinheiten S bzw. eine einzige, baulich einheitlich ausgebildete Sensoranschlusseinheit (nicht gezeigt) über eine gemeinsame Leitung (Bus) mit einem Anschluß dem Meßgeräts M verbunden sind. Die beiden Buskonfigurationen sind in weiterer Einzelheit in den 8 und 9 dargestellt, dabei ist die in 8 in weiterer Einzelheit dargestellte Sternkonfiguration besonders bevorzugt. In 8 und 9 ist jeweils der Sensor mit S bezeichnet. In 8 bezeichnet ein Bezugszeichen 5' eine Sensoranschlusseinheit. In 9 sind die Sensoranschlusseinheiten mit dem Bezugszeichen 5" bezeichnet und können baulich auch als eine Sensoranschlusseinheit 5 (vgl. 1) zusammengefasst ausgebildet sein.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen derselben näher erläutert. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß unterschiedliche Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken abzuweichen.

Claims

Tragbares, mobiles Patientenüberwachungssystem, gekennzeichnet durch: – wenigstens eine Sensoranschlusseinheit, an die wenigstens ein Sensor zur Überwachung eines Parameters anschließbar ist; – eine Verarbeitungseinheit, durch welche die von der Sensoranschlusseinheit gelieferten Signale zur Übertragung durch die Datenfernübertragungseinheit verarbeitbar sind, und – eine Datenfernübertragungseinheit, durch welche die Übertragung der von der Verarbeitungseinheit gelieferten Signale zur Auswertung derselben übertragbar ist.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor einen den Zustand eines Patienten beschreibenden oder beeinflussenden Parameter abfühlt.
Patientenüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Sensoreinheit anschließbaren Sensoren wenigstens einen der folgenden Parameter aufnehmen: – Umgebungstemperatur – Körpertemperatur – EKG – EEG – CTG – EMG – EOG – Blutsauerstoffsättigung – Blutdruck, insbesondere nichtinvasiver Blutdruck – Blutzucker – körperliche Aktivität.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Sensoren mit der Sensoranschlusseinheit ein Bus vorgesehen ist.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus eine Stern- oder eine Partyline-Konfiguration aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ein Oberbekleidungsstück integriert ist.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberbekleidungsstück ein Hemd bzw. Shirt oder dergleichen ist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenfernübertragungseinheit einen HF-Powersplitter sowie eine Vielzahl von Antennen aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Vielzahl von Antennen als Schlitzantennen ausgebildet ist.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen im Schulterbereich des Oberbekleidungsstücks angeordnet sind.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Powersplitter und die Verarbeitungseinheit im Rückenbereich des Oberbekleidungsstücks angeordnet sind.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit lösbar an dem Oberbekleidungsstück angebracht ist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Powersplitter, die Antennen, die Sensoranschlusseinheit und der Bus in dem Oberbekleidungsstück integriert sind.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit die von der Sensoranschlusseinheit gelieferten Daten zur Übertragung über die Datenfernübertragungseinheit aufbereitet.
Patientenüberwachungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitung der Daten eine Kompression derselben, eine Verschlüsselung und eine Zwischenspeicherung aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Patientenüberwachungssystem ferner eine Positionsbestimmungseinrichtung aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Patientenüberwachungssystem ferner eine Authentifizierungseinrichtung aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Patientenüberwachungssystem ferner Mittel zur Telekommunikation des Patienten mit der für die Auswertung zuständigen Stelle, insbesondere über Sprachkommunikation, aufweist.
Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Datenfernübertragungseinheit gelieferten Signale Betriebsparameter, wie z.B. Batteriestand, Uhrzeit, Funktionsfähigkeit der angeschlossenen Sensoren, Softwareversion etc. aufweisen.
Verfahren zum Überwachen eines Patienten, insbesondere mit einem Patientenüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragung von durch Sensoren aufgenommenen Daten von dem Patienten zu einem Dienstleistungszentrum manuell ausgelöst werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ansprechend auf einen an das Patientenüberwachungssystem übertragenen oder von diesem generierten Befehl die Übertragung von durch Sensoren aufgenommenen Daten von dem Patienten zu der Dienstleistungszentrale ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ferner zu vorgebbaren oder einstellbaren Zeiten bzw. Zeitintervallen eine Übertragung von durch Sensoren aufgenommenen Daten und/oder von weiteren Betriebsparametern von dem Patienten zu einer Dienstleistungszentrale ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl von dem Dienstleistungszentrum an das Patientenüberwachungssystem übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl durch eine in dem Patientenüberwachungssystem vorgesehene Verarbeitungseinheit ansprechend auf eine Auswertung der Sensordaten erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten in einer in dem Patientenüberwachungssystem vorgesehenen Verarbeitungseinheit zwischengespeichert werden, wobei eine Zeitverzögerung und/oder Zeitpunkte einstellbar sind, mit welcher die Übertragung der Daten zu dem Dienstleistungszentrum durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung und/oder die Zeitpunkte voreinstellbar sind und ferner durch einen entsprechenden Befehl von der Verarbeitungseinheit oder dem Dienstleistungszentrum einstellbar sind.