DE202005020487U1

DE202005020487U1 - Vorrichtung zur dauerhafen Messung von Parametern des Körperinneren, insbesondere der Körperinnentemperatur, sowie zur telemetrischen Weiterleitung von Daten

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Publication number: DE202005020487U1
Application number: DE202005020487U
Authority: DE
Original assignee: SCHERLING LILO; Scherling Lilo Dr
Current assignee: SCHERLING LILO; Scherling Lilo Dr
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2015-12-31
Also published as: EP1966575A1; WO2007079790A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung und Weiterleitung physiologisch relevanter Parameter, insbesondere auch aus dem Körperinneren, insbesondere der Körperinnentemperatur, von Lebewesen, insbesondere Nutztieren
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung als biokompatibles Semiimplantat, d.h. teilweise unter der Hautoberfläche liegend, ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung über mindestens einen Sensor verfügt, der dauerhaften Kontakt zum Körperinneren hat.
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Sensor eine direkte/materielle Verbindung zu einem Mikrokontroller nebst einer Sende- oder vorzugsweise Sende-/Empfangseinheit nebst Energieversorgung hat.

Description

Hintergrund
Physiologische Parameter sind wichtig zur Beurteilung des Gesundheitszustandes eines Individuums. Eine stressfreie, kontinuierliche oder häufige (mindestens stündliche) Erhebung verschiedener Parameter ermöglicht die Bewertung und Erforschung physiologischer Abläufe und Rhythmen wie z.B. des Geschlechtszyklus bei Säugetieren als auch beim Menschen, sowie die Früherkennung und den Verlauf von Erkrankungen. Im Gegensatz zur Oberflächentemperatur ist insbesondere die Körperinnentemperatur dazu bestens geeignet. Bislang wird jedoch selbst in Krankheitsfällen kaum bzw. zu selten davon Gebrauch gemacht, da die konventionelle rektale oder vaginale Messung mit Aufwand (ggf. Fangen, Fixieren, Messen, Säubern) verbunden und bei bestimmten Tieren (z.B. aggressive oder scheue Wild- und Zootiere) oder Haltungsformen auch mit Risiko behaftet ist. Zudem sind in der Literatur stressbedingte Messschwankungen beschrieben. Deshalb bleibt die Erhebung der Körperinnentemperatur häufig auf Notfälle beschränkt.
Die zunehmende Tierhaltung in Großbeständen verstärkt die Bestrebungen zur automatisierten Messung und Verarbeitung dieser Werte, um das Herdenmanagement zu erleichtern und Verluste zu verringern (beschrieben, zum Beispiel, in US Pat. 3,534,728 und US Pat 3,297,020). In der weiteren Entwicklung der Technologie machen sich diese Bestrebungen Erfindungen aus anderen Bereichen zu Nutze, so zum Beispiel RFID (US Pat 5,526,772) und RFID-ähnliche (US Pat. 5,682,149) Transponder zu eigen, um bei allumfassenden ‚Universalansprüchen' (zum Beispiel US Pat Appl 2003/0137431 A1) zu enden.
Problemstellung
Das bislang größte nicht wirtschaftlich gelöste Problem hierzu sind die Ausgestaltung/Einbringung des Sensors (US Pat. 5,105,763). Die bisherigen Lösungen beziehen sich auf:

1. die Ohrmuschel oder den Gehörgang, zum Beispiel US Pat. 4,854,328,, US Pat. 4,510,495, US Pat 3.781.837, US 4,651,750 sowie einem subfaszialen Hohlraum hinter dem Ohr US Pat. 4,083,364 Nachteile sind: – Messungen an oder in der Ohrmuschel sind stark von der Umgebungstemperatur abhängig (beschrieben in US Pat. 4,387,742) und spiegeln nicht die Körperinnentemperatur wider – Sensoren werden im Gehörgang per Reflex schlecht geduldet und sie können das Trommelfell beschädigen; – die Verlustrate ist in der Praxis hoch – der subfasziale Hohlraum mit Zugang an der höchsten Stelle ist prädestiniert für Infektionen und damit ungeeignet
2. die Vagina (zum Beispiel US Pat. 4,387,724). Die reflektorische Ausstoßung des Sensors bzw. Transmitters soll mittels eines speziellen Ankers, der sich in die Schleimhaut vor dem Muttermund einkrallt, verhindert werden. Nachteile sind: – die Methode ist naturgemäß nicht bei männlichen und sehr jungen Individuen einsetzbar – das Gerät stört bei einer Besamung/Behandlung und muss zur Geburt entfernt werden – es treten Schleimhautreizungen auf. Möglicherweise empfiehlt der Autor deshalb nur einen Einsatz über maximal 50 Tage – die vorhandenen dicken Muskelschichten bedingen bei gleichem Sendeaufkommen stärkere Sendeleistungen mit erhöhtem Energieverbrauch oder, bei passiven Transpondern, größere Feldstärken, was entweder die Sendedauer oder die Reichweite – zum Teil entscheidend – verringert
3. einen Bolus im Pansen (zum Beispiel 6,012,415, US Pat. 5,697,384, US Pat. 5,634,432, US Pat Appl 2004/0155782 A1. US Pat. Appl 2005/0228223 A1 weitet dies auf den Menschen aus). Nachteile sind: – der Einsatz ist auf ruminierende Wiederkäuer beschränkt, also selbst für Kälber ungeeignet, da hier der Pansen noch nicht entwickelt ist – die Temperatur des Panseninhaltes wird von der jeweiligen Pansenflora (Bakterien und Infusorien) mitbestimmt und sinkt naturgemäß bei jeder Futter- und Wasseraufnahme – auch hier sind große Schichtdicken zu überbrücken mit dem oben erwähnten Problem hohen Energieaufwandes für Sendeleistung bzw. hohen Feldstärken.
4. die komplett subkutane Implantation einer aktiven Sensor/Transmitter-Einheit (ähnlich einem Herzschrittmacher), die relativ aufwändig ist und sich deshalb im Großen und Ganzen auf den Menschen beschränkt. Unter Praxisverhältnissen im Stall ist mit Infektionen zu rechnen. Zudem stellt die Operation einen Eingriff gemäß Tierschutzgesetz dar.
5. die subkutane Injektion von passiven Transpondern, die vor allem zur Identifizierung von Tieren weit verbreitet ist. Derartige Transponder können auch mit Sensoren ausgerüstet werden Nachteile sind: – der nötige geringe Abstand zum Lesegerät, das heißt die Daten können nur ausgelesen werden, wenn ein Lesegerät direkt über den Transponder gehalten wird oder das Individuum zum Beispiel durch ein schmales Antennenportal geht. Da dies nur in größeren und/oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt, ist vor allem eine Erkennung des Östrus bei weiblichen Tieren nicht möglich – es ist bekannt, dass ein nicht unbeträchtlicher Anteil der injizierten Transponder „wandert" wobei unter Umständen wenige Zentimeter es unmöglich machen, Daten zu lesen. In der Praxis sind viele Transponder nicht mehr auffindbar ist, was insbesondere bei Fleisch liefernden Tieren Probleme mit sich bringt.

Weitere nicht hinreichend gelöste Probleme, wie das genügend häufige Auslesen der Daten über relevante Strecken sowie deren schnelle Verfügbarkeit, die Energieversorgung etc. ergeben sich größtenteils aus diesen unbefriedigenden Applikationsmethoden.
Neben den oben aufgeführten spezifischen Nachteilen bietet keine der oben zitierten Patente, beziehungsweise Patentanmeldungen, eine Basis für eine automatische telemetrische Weitersendung der Messwerte unter Praxisbedingen im Stall (mindestens 100 m). Sie erreichen eine Reichweite von maximal 1 Meter (US Pat 5,526,772), müssen mit Kabeln weitergeleitet werden (US Pat Appl 2004/0155782 A1; US Pat. 5,322,034), müssen am Tier herunter geladen werden (US Pat Appl 2003/0137431 A1), oder brauchen ein männliches Tier zur Erkennung des weiblichen Östrus (US Pat. 4,503,808; US Pat Appl 2003/0137431 A1).
Aufgabe der Erfindung:
Kernproblem ist die praxisgerechte, dauerhafte Einbringung von Sensor/en in das Körperinnere, bei gleichzeitiger Datenweiterleitung vorzugsweise von der Körperoberfläche aus.
Im Mittelpunkt steht deshalb die Anbringung/Befestigung einer Vorrichtung zur (Verlaufs-) Messung von zuverlässigen physiologischen Daten aus dem Körperinneren von Individuen – insbesondere Nutztieren- und deren Weiterleitung. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Körperinnentemperatur, je nach Bedarf aber auch um andere Parameter- auch außen zu messende – wie z.B. Puls, Bewegung, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit etc..
Die (sterilisierbare) Vorrichtung soll möglichst ohne größeren Aufwand und Infektionsgefahr, auch in nicht steriler Umgebung komplikationslos dauerhaft anzubringen, körperverträglich sein und nicht wandern.
Die Vorrichtung muss eine unverwechselbare individuelle Kennung ermöglichen, Entfernung oder Beschädigung löst gegebenenfalls einen (Remote-)Alarm aus.
Die Datenübertragung soll vorzugsweise automatisch und mindestens stündlich, vorzugsweise (zusätzlich) auch auf Anforderung, in Echtzeit und aus praxisrelevanter Distanz (min. 100m) erfolgen können, um zeitnahe Verlaufsmessungen zu ermöglichen.
Die beim Datentransfer abgegebene/aufgewandte Energie soll ebenso wie Datenverluste bzw. -kollisionen minimal sein.
Die Vorrichtung soll robust sein, eine geringe Verlustrate aufweisen und möglichst über 6 bis 8 Jahre wartungsfrei funktionstüchtig bleiben.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung des Anspruchs 1 erfüllt.
Beschreibung der Lösung:
Die neu entwickelte Vorrichtung ist als biokompatibles Semiimplantat (d.h. ein Teil ist im Gewebe versenkt, der andere bleibt sichtbar, vorzugsweise auf der Außenhaut) zum dauerhaften/permanenten Verbleib ausgestaltet -vergleichbar einem Piercing beim Menschen oder z.B. einem Nasenring beim Tier- d.h. die Anbringung setzt Perforationen) der Außen- und/oder Schleimhaut (1) voraus.
Die Vorrichtung enthält einen oder mehrere Messfühler (2) zur Ermittlung physiologisch relevanter Informationen eines Individuums aus dem Inneren seines Körpers, insbesondere der Körperinnentemperatur und/oder auch von der Körperoberfläche (3). Durch die Art der Implantation steht der oder die Messfühler im Inneren des Körpers in Kontakt mit dem nötigen Gewebe z.B. zum Unterhautbinde- oder Muskelgewebe in einer Variation aber auch z.B. in der Mund- oder Nasenhöhle.
Wie vom Piercing bekannt, heilen – bei Einhaltung gewisser Hygienestandards – doppelte Perforationen an geeigneten Stellen relativ schnell ab, da ein einfacher Sekretabfluss möglich ist. Das mit Wunden in Berührung kommende Material ist biokompatibel: entweder glatt und inert oder auch rau und zum Einwachsen anregend.
Der oder die Sensoren besitzen vorzugsweise eine direkte Verbindung (4, 5) mit der Funkeinheit (6), bestehend aus einem Microcontroller (7), einer Sende- oder besser einer Sende/Empfangseinheit (8) nebst Energieversorgung (9) und, wenn nötig, Messwertumwandler (10) (1). Der entscheidende Vorteil hierbei ist, dass auf diese Weise kein Lesegerät benötigt wird, damit verbundener hoher Energieverbrauch bzw. hohe Feldstärken können vermieden werden und eine wartungsfreie Lebensdauer von 6–10 Jahren realistisch ist.
Die Funkeinheit befindet sich vorzugsweise im extrakorporalen Gehäuseteil (11), dadurch ist mit minimaler Energie Sendung bzw. Empfang (12) über mindestens 100m zu einem Receiver (Basisstation, 13) möglich, bei Übermittlung via GPRS überall.
Schnittstellen für weitere Anwendungen sind vorhanden.
In einer Variation ist die Vorrichtung bei Bedarf (auch) mit einem integrierten Lesegerät zur Auslesung eines in der Nähe implantierten, mit Sensoren bestückten Transponders versehen.
Die Vorrichtung bietet die technische Grundlage einer wirtschaftlichen telemetrischen Weiterleitung von Messwerten aus dem Körperinneren.
Die Vorrichtung verfügt über eine einmalige individuelle Kennung, ein entsprechend gestalteter Verschluss (14) ist gleichzeitig Fixierung und Schutz vor Ausreißen der Vorrichtung. Bei Verlust oder Entfernung der Vorrichtung sistiert die Datenübertragung und zieht einen Alarm auf der Basisstation (13) oder dem Server (15) automatisch nach sich.
Diese Kombination ist technische Grundlage für die weit gehend betrugssichere Kennzeichnung und Überwachung von Lebewesen.
Die Zeichnungen sind nur beispielhaft für mögliche Ausführungen.
Eine weitere mögliche Ausbildung für den dauerhaft/vorübergehenden (Stunden bis Tage) Einsatz: Die Vorrichtung quasi als Mandrin einer handelsüblichen Venenverweilkanüle und mit entsprechendem Verschluss (vorzugsweise Luer-Lock) befestigt, die angeschlossene Funkeinheit kommt außen zu liegen.

Claims

Vorrichtung zur Messung und Weiterleitung physiologisch relevanter Parameter, insbesondere auch aus dem Körperinneren, insbesondere der Körperinnentemperatur, von Lebewesen, insbesondere Nutztieren dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als biokompatibles Semiimplantat, d.h. teilweise unter der Hautoberfläche liegend, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über mindestens einen Sensor verfügt, der dauerhaften Kontakt zum Körperinneren hat. dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor eine direkte/materielle Verbindung zu einem Mikrokontroller nebst einer Sende- oder vorzugsweise Sende-/Empfangseinheit nebst Energieversorgung hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine stündliche Messung und Übertragung in Echtzeit möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messintervalle nach Bedarf veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung über mindestens 100m zu einem Receiver möglich ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer unverwechselbaren Kennung versehen werden kann
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss als justierbarer Einmalverschluss (Plombe) ausgebildet ist
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass weitere Schnittstellen vorhanden sind
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensoren für Messungen auf der Haut und/oder der Umgebung (z.B. Feuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Bewegung, Leitfähigkeit etc.) integriert sind
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung per Batterie, Solarzelle, „energy-harvesting" (z.B. Bewegung, Temperaturgradienten) erfolgt
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse eine vorzugsweise visuelle Alarmeinrichtung integriert ist
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Material, das die Haut perforiert, entweder biokompatibel-inert ist oder zum Einwachsen anregt