EP1776038A1

EP1776038A1 - Medizinischer brustgurt

Info

Publication number: EP1776038A1
Application number: EP05731793A
Authority: EP
Inventors: Gerold Schwarz; Marc Weitl
Original assignee: Energy-Lab Technologies GmbH
Current assignee: Energy-Lab Technologies GmbH
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2007-04-25
Also published as: WO2005094673A1; DE102004013931A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen medizinischen Brustgurt mit einer Signalerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche mit zwei brustseitigen Elektroden, welche nicht haftend sind und eine Verstärkungsschicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf der dem Körper zugewandten Seite aufweisen,wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahmefähig und wasserabgabefähig ist und mit einer rückseitigen Referenzelektrode, welche derart großflächig und flexibel ausgeführt ist, dass sich von dem Körper abgegebene Feuchte zwischen der Referenzelektrode und dem Körper akkumuliert und einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper und der Referenzelektrode schafft.

Description

Beschreibung

Medizinischer Brustgurt

Die vorliegende Erfindung betrifft einen medizinischen Brustgurt zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche .

Elektrische Signale auf einer Körperoberfläche, insbesondere des menschlichen Körpers, lassen auf die elektrische Reizausbreitung im Herzen und dessen Belastungs- und Gesundheitszustand schließen. Im klinischen Bereich werden die elektrischen Spannungen auf der Körperoberfläche von einer Reihe von Elektroden auf dem Brustkorb sowie an den Armen und Beinen erfasst.

Ein Elektro-Kardiogramm ist dann die zeitliche Registrierung des vom Herzen ausgehenden zeitlich veränderlichen elektrischen Vektors auf der Körperoberfläche. Charakteristische Spannungshöhen bzw. -Tiefen eines Elektro-Kardiogramms sind mit Buchstaben bezeichnet. Für die ärztliche Interpretation spielen dabei die absoluten Höhen dieser Spannungen, ihre zeitlichen Abstände zueinander, sowie ihre Steilheit und Dauer die entscheidende Rolle. Aus diesen Parametern lassen sich viele krankhafte Veränderungen des Herzens diagnostizieren und auch, z.B. während sportlicher Betätigung, die Belastung des Herzens.

Ferner lässt die elektrische Signalverlaufskurve eine Analyse der Herzfrequenzvariabilität zu. Auch daraus lassen sich

Stresszustände bzw. die allgemeine Kondition des Herzens oder Körpers erkennen. Besonders im Fitnessbereich, z.B. um eine Trainingssituation anzupassen, ist eine Erfassung der Stresssituation für das Herz bzw. für den Körper des Sportlers erwünscht.

Allerdings sind stehende medizinische Anordnungen zur Erfassung von elektrischen Signalen auf der Körper- bzw. Sportleroberfläche eher ungeeignet. Sie erfordern eine aufwendige Verkabelung und das Anbringen geeigneter, meist haftender, Elektroden am Körper. Dadurch ist jedoch die Bewegung teil- weise eingeschränkt und somit die sportliche Betätigung beeinträchtigt. Daher sind derartige Anordnungen im Bereich des breiten Sports ungeeignet.

Aus der EP 1 090 583 AI ist zwar ein Elektrodengurt bekannt, mittels dessen die Herzschlagrate erfasst werden kann, die Erfassung von komplexeren elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche ist jedoch nicht möglich. Demgemäß ist ein Elektrodengurt vorgesehen, der dem Sportler um die Brust herum angelegt wird und zwei Elektroden aufweist.

Bei in Brustgurten angeordneten Elektroden besteht die besondere Schwierigkeit darin, einen guten Kontakt zwischen der Körperoberfläche und der Elektrode zu erreichen und gleichzeitig die Bewegung des Sportlers nicht wesentlich einzu- schränken und so einen hohen Tragekomfort zu schaffen. Um echte Stresszustände bzw. Belastungszustände des Probanden feststellen zu können, muss zudem die Signalqualität auch während der intensiven sportlichen Bewegung gleichbleibend hoch sein.

Das Dokument US 4,122,843 offenbart einen Gurt mit drei scheibenförmigen Gummielektroden, welcher zur Aufnahme von Elektrokardiogrammen verwendet werden kann. Dabei ist eine der drei Elektroden als Referenzelektrode vorgesehen. Ein guter Kontakt zwischen Körper und Oberfläche und Elektroden wird hier durch einen besonders hohen Druck erreicht, mit dem die Elektroden auf die Körperoberfläche gepresst werden, was den Tragekomfort beeinträchtigen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen medi- zinischen Brustgurt zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche zu schaffen, wobei die Signalqualität über einen weiten Bereich von Anwendungsbedingungen, insbesondere bei sportlicher Betätigung des Anwenders, genügend hoch ist, um eine Herzerregungskurve zu bestimmen. Fer- ner soll der Brustgurt einen hohen Tragekomfort aufweisen und vielfältig einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen medizinischen Brustgurt nach Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß ist ein medizinischer Brustgurt mit einer Signalerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche vorgesehen, welche zwei brustsei- tige Elektroden, vorzugsweise mit hohem Eingangswiderstand, und eine rückenseitige Referenzelektrode aufweist. Die brustseitigen Elektroden sind nichthaftend ausgeführt und weisen auf der dem Körper zugewandten Seite eine Verstärkungsschicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahme- und wasserabgabefähig ist. Die Referenzelektrode ist derart großflächig und flexibel ausgeführt, dass sich von dem Körper abgegebene Feuchte zwischen der Referenzelektrode und dem Körper akkumuliert und so einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper und der Referenzelektrode schafft.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, mit- tels der rückenseitigen Referenzelektrode Störungen und Rauschen in den elektrischen Signalen weitestgehend zu unterdrücken. Die erfindungsgemäße Kombination der zwei brustseitigen Elektroden, die einen hohen Eingangswiderstand aufweisen, mit der rückenseitigen Referenzelektrode erlaubt das Er- fassen von vollständigen Herzerregungskurven des Gurtträgers.

Die Verwendung der brustseitigen Elektroden hat den Vorteil, dass bei Bewegung des Trägers des medizinischen Brustgurtes die Verstärkungsschicht Wasser bzw. Feuchtigkeit abgibt und so einen triboelektrischen Effekt unterdrückt. Dadurch wird die Signalqualität erheblich verbessert, da Störungen aufgrund von elektrischer Aufladung durch die Bewegung bzw. Reibung zwischen Elektroden, Brustgurtmaterial, angelegter Kleidung und/oder dem Körper stark vermindert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die rückenseitige Referenzelektrode großflächig und flexibel ausgeführt und weist leitfähiges Material auf. Durch die flexible Ausführung schmiegt sich die rückenseitige Referenzelektrode gut an den Körper des Trägers an und sorgt dadurch für einen verbesserten Tragekomfort. Dadurch kann sie großflächig ausgeführt sein, und sie lässt sich im Produktionsprozess des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes leicht in diesen einfügen.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Referenzelektrode hat den Vorteil, dass selbst bei Kleidung zwischen dem Brustgurt und der Körperoberfläche Feuchtigkeit zwischen der Referenzelek- trode und dem Körper entsteht, die die Leitfähigkeit der Strecke zwischen Referenzelektrode und den elektrischen Signalen auf der Körperoberfläche erhöht und somit eine bessere Signalqualität schafft. In einer besonders bevorzugten Aus- führungsform weist die Referenzelektrode kohlenstoffimprägniertes Silikon auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des medizinischen Brustgurtes weist der Brustgurt Neopren auf. Neopren ist ein im Fitnessbereich vielseitig eingesetztes Material, welches leicht zu verarbeiten ist, wasserabweisend ist und einen hohen Tragekomfort bietet.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die brustseitigen Elektroden auf den Brustgurt aufsteckbar. Dadurch lassen sich die brustseitigen Elektroden leicht entfernen und austauschen, falls diese mangelhaft sind, oder durch Elektroden anderer Hersteller ausgetauscht werden sollen. Der erfindungsgemäße Brustgurt lässt sich so auch mit haftenden Elek- troden verwenden.

Vorteilhafterweise sind die Elektroden in dem erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurt so angeordnet, dass bei einem an den Körper angelegten Brustgurt die brustseitigen Elektroden jeweils links und rechts des Brustbeins (Sternum) auf den unteren Rippenbögen anliegen, und die rückenseitige Referenzelektrode liegt zumindest auf einem der Rückenmuskulaturstränge seitlich der Wirbelsäule an. Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den entscheidenden Vorteil, dass insbesondere bei weiblichen Trägern der Tragekomfort besonders hoch ist, weil die Brustpartie von dem Gurt nicht überdeckt ist. Zudem ist die Position der Referenzelektrode auf einem Muskelstrang, der eine weiche Auflagefläche bietet, von Vorteil, da so die Referenzelektrode besonders gut anschmiegbar ist und so einen besonders niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper und der Referenzelektrode schafft. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes weist die Signalerfassungseinrichtung einen Differenzverstärker auf, der eine elektrische Spannung zwischen den beiden brustseitigen Elektroden verstärkt ausgibt, wobei das Potential der rückenseitigen Referenzelektro- de als Referenzpotential dient. Das Nutzen des Potentials der rückenseitigen Referenzelektrode als sogenannte virtuelle Masse schaltet Störungen durch Störfelder weitestgehend aus und erhöht die Signalqualität.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes weist die Ξignalerfassungs- einrichtung einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren der elektrischen Spannung und zur Ausgabe digitaler Daten auf. Ferner ist vorteilhaft eine Auswerteeinrichtung zur Ana- lyse der digitalen Daten vorgesehen, wobei die Auswerteeinrichtung ein Auswerteergebnis liefert. Besonders vorteilhafterweise erstellt die Auswerteeinrichtung ein Herzportrait . Ein Herzportrait ist eine farbige dreidimensionale Darstellung eines Elektro-Kardiogrammes und signalisiert den Zustand des Herzmuskels sowie die Intensität der Stressbelastung des getesteten Herzens.

In noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des medizinischen Brustgurtes gemäß der Erfindung ist ein Transceiver zum drahtlosen Übertragen der digitalen Daten oder des Auswerteergebnisses an eine externe Empfangseinrichtung vorgesehen. Dieser Transceiver ist vorteilhafterweise ein Bluetooth- Transceiver. Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhafterweise an den Transceiver gekoppelt und führt von dem Transceiver empfangene externe Kommandos aus. Bevorzugt sind der Differenzverstärker, Analog-Digital-Wandler, Transceiver und/oder die Auswerteeinrichtung zwischen den brustseitigen Elektroden angeordnet.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die brustseitigen Elektroden symmetrisch um die auf dem Brustbein aufliegende Signalerfassungseinrichtung angeordnet sind und über jeweils gleich lange Leitungen an den Differenzverstärker gekoppelt sind. Durch diese symmetrische Platzierung ist der Abstand zur jeweiligen brustseitigen Elektrode minimiert und weniger fehleranfällig. Da die rückenseitige Referenzelektrode als virtuelle Masse eingesetzt ist stört ein längerer Verbin- dungsweg dorthin nicht wesentlich.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Brustgurt einen diagonalen Schultertrageriemen auf, der an einer der Körpervorderseite anliegenden Stelle und an einer der Körperrücken- seite anliegenden Stelle am Umfang des Brustgurtes befestigt ist. Ein derartiger Diagonalriemen verbessert den Tragekomfort und gleichzeitig durch eine bessere Sicherung gegen Verrutschen und Reiben auf der Körperoberfläche für eine erhöhte Signalqualität .

Vorteilhafter Weise ist der Brustgurtumfang aus mindestens zwei Modulen, die aneinander verbindbar sind, zusammengesetzt. Dadurch können Teile, insbesondere Module, die die Erfassungseinrichtung oder Elektroden tragen ausgetauscht wer- den. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt dabei:

Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung des Brustgurtes;

Fig. 2 eine Referenzelektrode auf einem Körper;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Signalerfassungseinrichtung;

Fig. 4-5 Spannungsverläufe, die mit verschiedenen Elektrodenkombinationen aufgenommen sind; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Brustgurtes.

Die Fig. 1 zeigt einen medizinischen Brustgurt 1, der beispielsweise aus Neopren gefertigt ist, eine Breite von etwa 3 cm aufweist und die Länge eines typischen Brustumfangs hat Zur Weitenverstellung ist eine Schnalle 8 vorgesehen. Um die bevorzugten Positionen der Elektroden am Brustumfang des Trägers, wie oben beschrieben, zu erreichen sind auch weitere Schnallen zur Weitenverstellung, beispielsweise an der Körperseite, vorhaltbar. Der Gurt kann auch aus sehr elastischem Material fertigbar sein, so dass die vorteilhaften Po- sitionen durch ein "verzerren" des Gurtes erreicht wird. Besonders bevorzugte Ausführungsformen weisen ein Gurtmaterial auf, das mehrlagig ist, und ermöglicht, zwischen den Lagen eine Verdrahtung gegen äußere Einflüsse geschützt zur Auswer- teelektronik zu führen. Zudem bietet beispielsweise eine "doppelte" Ausführung des Gurtmaterials den Vorteil, dass Teile der Signalerfassungseinrichtung in einer Tasche einsteckbar sind.

An der Vorderseite des medizinischen Brustgurtes 1, also der Seite, welche auf der Brust des Trägers anliegt, ist der Gurt verbreitert, um Teile der Signalerfassungseinrichtung 20 aufzunehmen. Bei angelegtem Brustgurt 1 liegt die verbreiterte Stelle 21 auf dem Brustbein des Trägers an. Links und rechts der verbreiterten Stelle 21, die im folgenden als Referenz verwendet sei, sind zwei brustseitige nichthaftende Elektroden 2, 3 vorgesehen, die etwa 12,5 cm von der verbreiterten Stelle 21 entfernt angeordnet sind. Die brustseitigen Elek- troden 2, 3 liegen bei angelegtem Brustgurt 1 auf den unteren Rippenbögen des Trägers an. Es handelt sich um nicht nichthaftende Elektroden, die einen besonders hohen Eingangswiderstand aufweisen.

Die verbreiterte Stellen 21 ist bevorzugt als Tasche ausgeführt, die eine leichte Entnahme der Signalerfassungseinrichtung 20 ermöglicht.

Die beiden brustseitigen Elektroden sind kreisförmig mit ei- nem Durchmesser von ca. 30mm ausgeführt und haben auf der der Körperoberfläche abgewandten Seite eine männliche Druckknopfhälfte, die kugelförmig geformt ist. Der Brustgurt ist zwei- lagig gefertigt und weist an den Stellen für die brustseitigen Elektroden einen Schlitz von 22mm auf, der in eine kreis- förmige Aussparung bzw. Öffnung von 8mm Durchmesser mündet. Die Schlitze sind parallel zur Länge des Gurtes ausgeführt. Die Lage des Brustgurtmaterials, die die Außenseite bildet, also nicht auf der Körperoberfläche anliegt, weist an den Po- sitionen der brustseitigen Elektroden 2, 3, wo die kreisförmigen Öffnungen der Innenlage des Gurtes sind, jeweils eine weibliche Druckknopfhälfte auf, die mit der männlichen Druckknopfhälfte der jeweiligen Elektrode koppelt und eine elek- trische Verbindung herstellt. An die Druckknöpfe sind Kabel 19 zum Verbinden mit der Signalerfassungseinrichtung 20 befestigt. So sind die Elektroden einfach austauschbar und dennoch deren Anordnung durch die Druckknopfpositionen am Brustgurt fixiert. Die elektrische Verbindung über Druckknöpfe ist außerdem robust und einfach zu fertigen.

Die rückenseitige Referenzelektrode 4, welche vorzugsweise aus kohlenstoffimprägniertem Silikon gefertigt ist, ist der verbreiterten Stelle 21 gegenüber angeordnet. Die Referenz- elektrode ist etwa 2,5 cm breit, also etwa so breit wie der Gurt, und ca. 10 cm lang. Diese großflächige kohlenstoffimprägnierte Silikon-Referenzelektrode 4 liegt bei angelegtem Brustgurt auf dem Rücken des Trägers auf den Muskelsträngen links und rechts der Wirbelsäule an.

Die Referenzelektrode 4 sowie die zwei brustseitigen Elektroden 2, 3 sind jeweils mit einem abgeschirmten Kabel 17, 18, 19 mit einem Leitungsquerschnitt von etwa 0,2 mm² an die Signalerfassungseinrichtung 20 verbunden. Die Verdrahtung 17, 18, 19 kann auch mit einfachem und vorzugsweise abgeschirmten Mikrofonkabel geschehen.

Die großflächige Referenzelektrode 4 ist fest mit dem Material des Brustgurtes, beispielsweise Neopren oder einem anderen Gewebe, vernäht. Die brustseitigen Elektroden 2, 3 sind auf Druckknöpfen angeordnet, die gleichzeitig eine elektrische Verbindung mit der Verdrahtung 18, 19 herstellen können. Die Fig. 2 zeigt die Funktionsweise der rückenseitigen Referenzelektrode 4. Durch die flexible und großflächige Ausführung der Referenzelektrode 4, welche an einer Körperoberfläche 6 eines Körpers 7 anliegt, wird Feuchtigkeit 5, beispielsweise durch Schweißabsonderung des Trägers bei sportlicher Bewegung, zwischen der Elektrode und dem Körper akkumuliert. Insbesondere wenn die Referenzdiode 4 aus einem wasserundurchlässigen Kunststoff, z.B. Silikon, gefertigt ist, sammelt sich die Feuchtigkeit 5, welche von dem Körper durch die Körperoberfläche 6 abgegeben ist, und führt zu einem besonders niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper 7 und der Referenzdiode 4. Als in den Kunststoff eingebrachtes leitfähiges Material eignet sich insbesondere Kohlenstoff.

Während viele gebräuchliche Gurte oder Elektroden Kohlenfasern aufweisen, weil diese flexibel und in Gewebestrukturen einwebbar sind, wird der vermeintliche Nachteil von gummiartigen oder silikonaufweisenden kohlenstoffimprägnierten Elektroden vorteilhaft ausgenutzt. Die Feuchtigkeits- und Dampfundurchlässigkeit liefert gerade die benötigten elektrischen Eigenschaften des Systems aus Elektrode, Körperoberfläche, Feuchtigkeit und/oder dazwischenliegender Kleidung.

Die Referenzelektrode ist alternativ aus mehreren Teilen zu- sammengesetzt, zum Beispiel aus zwei kohlenstoffimprägnierten Silikonelektroden von etwa 80x40mm, die so auf dem Gurt befestigt sind, dass sie auf den entsprechenden Muskelsträngen aufliegen.

Es ist auch alternativ eine Elektrode aus Karbongewebe einsetzbar, die selbst in die Gurtstruktur integriert ist. Ein Streifen von etwa 250x40mm wird dann als auf dem Rücken anliegender Gurtteil zwischen den Enden des restlichen Gurtmall terials angenäht, genietet oder auf sonstige Weise befestigt. Bei einer Vernietung können die Nieten vorteilhafterweise auch als Verbindungselement zwischen dem Elektrodenmaterial (Z.B. Kohlefasergewebe oder die vorgenannte Silikonelektrode) und der Verdrahtung dienen. Ein Kontakt durch Vernietung ist besonders strapazierfähig.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Signalerfassungseinrichtung 20.

Die Signalerfassungseinrichtung 20 weist einen Differenzverstärker 9 auf, an den die brustseitigen Elektroden 2, 3 gekoppelt sind, wobei das Potential der Referenzelektrode 4 als sogenannte virtuelle Masse als Referenzpotential dient.

Der Differenzverstärker 9 liefert eine verstärkte elektrische Spannung an einen Analog-Digital-Wandler 10, welcher die elektrische Spannung digitalisiert und als digitale Daten 11 an eine Auswerteeinrichtung 12 ausgibt.

Die Auswerteeinrichtung 12 ist an einen Speicher 22 gekoppelt, der beispielsweise ein Flash-RAM sein kann. Die Auswerteeinrichtung 12 liefert ein Auswerteergebnis 13, welches über einen Transceiver 14 drahtlos 15 an eine externe Emp- fangseinrichtung 16 gesendet wird.

Der Differenzverstärker 9 nimmt die sehr schwachen elektrischen Signale von den brustseitigen Elektroden 2, welche auf das Potential der Referenzelektrode 4 referenziert sind, auf, verstärkt sie und leitet sie an den Analog-Digital-Wandler 10 weiter. Die Eingangssignale liegen typischerweise in einem Bereich von unter einem Millivolt. Der Differenzverstärker 9 hebt diese Signale auf ein Niveau auf etwa ein Volt an, so dass diese von dem Analog-Digital-Wandler 10 verarbeitet werden können.

Der Analog-Digital-Wandler 10 digitalisiert die vom Diffe- renzverstärker 9 gelieferten Daten vorzugsweise bei einer Auflösung von 12 Bit und einer Abtastrate von etwa 500 bis 1000 Abtastungen pro Sekunde. Damit diese Daten als zuverlässig gelten können, sollte die Abtastrate mindestens das 200- fache der jeweiligen Herzschlagrate aufweisen. Ab etwa 120 Abtastungen pro Herzschlag ist eine Analyse der Höhen und des Verlaufs der Herzerregungskurve möglich.

Die digitalisierten Daten 11 werden von der Auswerteeinrichtung 12 verarbeitet und gegebenenfalls in einem Zwischenspei- eher 22 abgelegt. Da die Auswerteeinrichtung 12 an den Transceiver 14 gekoppelt ist, kann diese auch externe Kommandos, welche von einer externen Empfangseinrichtung 16 drahtlos an den Transceiver 14 übermittelt wurden, ausführen. Die Auswerteeinrichtung 12 kann beispielsweise als ein digitaler Si- gnalprozessor ausgeführt sein oder einen programmierbaren Prozessor aufweisen.

Zum Beispiel liefert die Auswerteeinrichtung 12 als Auswerteergebnis 13 ein sogenanntes Herzportrait bzw. die entspre- chenden digitalen Daten. Ein Herzportrait visualisiert die

Erregungsleitung des Herzmuskels in Form einer dreidimensionalen farbigen Animation. Das entsprechende Verfahren zur Darstellung der elektrischen Signale bzw. des Elektro- Kardiogramms ist von der Anmelderin als europäisches Patent EP 1 047 987 Bl geschützt.

Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 12 als ein digitaler Signalprozessor ausgeführt sein, der die digitalen Daten 11 zunächst filtert und eine Rauschdiskriminierung durchführt. Das so erhaltene EKG-Signal kann nun auch direkt mittels dem Transceiver 14 drahtlos an eine externe Empfangseinrichtung 16 gesendet werden oder aber auch beispielsweise in Form des vorgenannten Herzportraits bereits in der Signalerfassungseinrichtung 20 ausgewertet werden und dann über den Transceiver 14 an eine externe Empfangseinrichtung 16 übermittelt werden. Darüber hinaus können auch Kommandos von außen drahtlos über den Transceiver 14 an die Auswerteeinrich- tung 12 gesendet werden, die daraufhin beispielsweise lediglich die EKG-Rohdaten oder vorausgewertete Daten bereitstellt. Die Übermittlung von Daten erfolgt also bidirektional .

Die Ermittlung und Auswertung von Stressparametern erfordert eine besonders hohe Signalqualität bzw. Qualität der Elektro- Kardiogram -Daten. Daher ist die erfindungsgemäße Kombination der brustseitigen Elektroden 2, 3 und der rückenseitigen Referenzelektrode 4 besonders kritisch.

Bei Untersuchungen der Anmelderin hat sich eine Kombination von sogenannten Hi-Q-Bioelektroden des kanadischen Herstellers Advanced Bioelectric Corporation als brustseitige Elektroden 2, 3 und eine flexible großflächige kohlenstoffimprä- gnierte Silikon-Elektrode als rückenseitige Referenzelektrode 4 als besonders vorteilhaft erwiesen.

Der Brustgurt kann jedoch auch mit anderen handelsüblichen Brustelektroden bestückt sein. Ein Eingangsverstärker bzw. Differenzverstärker mit besonders hohem Eingangswiderstand kompensiert erfindungsgemäß einen schlechteren Übergangswiderstand zwischen der jeweiligen Elektrode und der Körperoberfläche. Ein Verhältnis von über etwa 20:1 von Eingangswi- derstand des Differenzverstärkers zu Übergangswiderstand der Brustelektroden liefert in einem Brustgurt gemäß der Erfindung Signale von Herzerregungskurven, die sich zur weiteren erfindungsgemäßen Verarbeitung eignen. Ein typischer Ein- gangswiderstand beträgt ca. 70 Megaohm.

Die Fig. 4 zeigt eine Herzerregungskurve einer Testperson (4A: ruhende Testperson, 4B: Testperson in Bewegung), wobei die Kurven bei trockener Haut mit zwei brustseitigen Hi-Q- Bioelektroden und einer Referenzelektrode aus kohlenstoffimprägniertem Silikon aufgenommen wurden.

Die Fig. 5 zeigt eine Herzerregungskurve einer Testperson mit feuchter Haut (5A: ruhende Testperson: 5B: Testperson in Be- wegung) , die mit derselben Elektrodenkombination wie in Figur 4. erfasst wurde.

Anhand von Fig. 4 und 5 ist erkennbar, dass der Signal-Rauschabstand bei feuchter Haut, z.B. durch den schwitzenden Träger bei sportlicher Betätigung bedingt, höher ist als im Ruhezustand der Testperson. Obwohl in beiden Fällen (Fig. 4A, 5A und Fig. 4B, 5B) durch die Bewegung zusätzliche Störsignale auftreten, die beispielsweise durch triboe- lektrischen Effekte oder die Wirkung des Körpers oder der Verdrahtung der Elektroden als Antenne für Störfelder, beispielsweise Mobilfunk, Radio oder andere Sender herrühren, ist die Signalqualität ausreichend, um die Charakteristika einer vollständigen Herzerregungskurve darzustellen.

Insbesondere die Verwendung der Hi-Q-Bioelektroden (siehe auch WO 02/065905 AI) vermindert eine Störung der Signale durch den triboelektrischen bzw. reibungselektrischen Effekt, der auftritt, wenn Elektroden auf der Körperoberfläche hin- und herrutschen und gleichzeitig ein hoher Übergangswiderstand besteht. Dies wird in der erfindungsgemäßen Verwendung der Hi-Q-Bioelektroden dadurch unterdrückt, dass die entsprechenden brustseitigen Elektroden 2, 4 eine Verstärkungs- schicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf der dem Körper zugewandten Seite aufweisen, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahmefähig und wasserabgabefähig ist. Bei einer Bewegung der Elektroden und somit auch der Verstärkungsschicht wird so Wasser zur Körperoberfläche 7 hin abge- geben und ein guter Kontakt zwischen Körper 7 und Elektrode 4 hergestellt .

Weiterhin ist die Benutzung der rückenseitigen Referenzelektrode 4, welche ebenfalls einen triboelektrischen Effekt ver- hindert, da sich zwischen der Elektrode 4 und dem Körper 7 eine Feuchtigkeitsschicht 5 bildet, signalverbessernd.

Nur aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung und Auswahl von Elektroden mit hohem Eingangswiderstand sowie die Nutzung ei- ner Referenzelektrode auf dem Rücken ist die Erfassung von elektrischen Signalen auf der Körperoberfläche möglich, die eine vollständige Herzerregungskurve liefern.

Bislang war die Aufnahme von derartigen EKG-Daten nur mittels haftender Elektroden, die umständlich am Körper befestigt werden mussten, möglich. Da jedoch der erfindungsgemäße medizinische Brustgurt nichthaftende Elektroden aufweist, wird die Anwendung insbesondere im Fitnessbereich erst möglich. Der erfindungsgemäße Brustgurt kann bei hohem Tragekomfort auch über Sportbekleidung getragen werden und erfasst dennoch elektrische Signale mit ausreichend zuverlässiger Qualität, wodurch während des Trainings eines Sportlers der Belastungszustand oder Stresszustand des Herzens bzw. des Sportlers insgesamt bewertet werden kann. Gegenüber handelsüblichen Pulsmessgurten ermöglicht der erfindungsgemaße medizinische Brustgurt eine verbesserte Kontrolle und Überwachung des Ge^¬ sundheitszustandes des Tragers.

Die Figur 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Brustgurtes.

Es ist ein diagonalen Schultertrageriemen D vorgesehen, der an einer der Korpervorderseite anliegenden Stelle Dl und an einer der Korperruckenseite anliegenden Stelle D2 des Brustgurtes befestigt ist. Der Diagonalriemen dient einem höheren Tragekomfort, weil der über eine der beiden Schultern des Tragers gespannt ist und dem Trager vermittelt, dass der Gurt nicht nach unten rutschen kann. Der Diagonalriemen ist angenaht, verwoben oder mit einem beliebigen Befestigungsmittel an den Basisgurt, der sich um den Korperumfang anschmiegt, verbunden.

Der Basisgurt besteht in der bevorzugten Ausfuhrungsform aus drei Modulen A, B, C, die aneinander verbindbar sind und so den Brustgurtumfang bilden.

Ein erstes Modul tragt die Signalerfassungseinrichtung 20 mit der entsprechenden Elektronik bzw. der Ubertragungseinrich- tung, Transceiver, Analog-Digital-Wandler, Auswerteeinrichtung und Differenzverstarker sowie die passende Stromversorgung.

Ein zweites Modul B tragt eine erste Brustelektrode 3 und die großflächige Referenzelektrode 4 mit entsprechender Verdrahtung. Der Übergang Y bzw. die Verknüpfung Y (hier nicht explizit dargestellt) zwischen den Modulen A, B kann beispiels- weise mit einer Druckknopfkombination geschehen, wobei me^¬ tallhaltige Druckknöpfe auch die elektrische Verbindung zwi^¬ schen Elektroden 3, 4 bzw. der Verdrahtung und der Signalerfassungsvorrichtung 20 im Modul A herstellen können. Auch andere übliche Steckverbindungen sind möglich. Ebenso kann eine Verbindung des Gurtträgermaterials mit Klettverschlüssen oder anderen üblichen Schnallen oder Verbindungsmittel erfolgen.

Ein drittes Modul C zwischen dem ersten Modul A und dem zweiten Modul B schließt den Gurt. In bzw. an oder auf dem dritten Modul C ist die zweite Brustelektrode 2 vorgesehen. Eine Verbindung X, Y, Z zwischen den Modulen A, B, C ist hier schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Nur beispielhaft seien Druckknöpfe, Klettverschlüsse, Schnallen oder Knöpfe als mögliche Verbindungsmittel genannt.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

So sei der medizinische Brustgurt nicht auf die in Fig. 1 angegebenen Abmessungen beschränkt. Die Anwendung eines erfin- dungsgemäßen Brustgurtes sei nicht auf den humanmedizinischen Bereich beschränkt, vielmehr ist auch eine Anwendung bei Tieren, deren Stress bzw. Fitness oder Gesundheitszustand überwacht werden soll, möglich.

Der erfindungsgemäße Brustgurt muss nicht die erwähnten Hi-Q- Bioelektroden aufweisen. Es kann jede Art von nichthaftenden Elektroden verwendet werden, die eine ausreichende elektrische Eigenschaft aufweist, nämlich einen reibungselektrische Effekt unterbindet und eine gute Kontakteigenschaft mit der Körperoberfläche liefert.

Die brustseitigen Elektroden können auch aus Sensoren mit ex- trem hohen Eingangswiderständen bestehen, die ein elektrisches Potential sogar bis zu einigen cm Abstand vom Körper detektieren, wie es in "Remote detection of human electroen- cephalograms usind ultrahigh input impedance electric poten- tial sensors" von C.J. Harland, T.D. Clark, R.J. Prance in Applied Physics letters volume 81 (2002), pp. 3284 berichtet ist .

Die Übertragungstechnologie des Transceivers sei nicht auf Bluetooth beschränkt, sondern zahlreiche andere Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung, wie z.B. ZigBee und Radiofrequenzträger, sind möglich.

Die Analyse der EKG-Daten muss nicht in Form eines Herzpor- traits geschehen, sondern auch andere Verfahren zur Ermitt- lung von Stressparametern, beispielsweise aus der Analyse der Herzfrequenzvariabilität, sind denkbar.

Ferner können die Module des Brustgurtes in der modularen Ausführungsform einer beliebig gewünschten Aufteilung ange- passt werden.

Bezugszeichenliste

1 medizinischer Brustgurt

2, 3 Elektrode

4 Referenzelektrode

5 Feuchte

6 Körperoberfläche 7 Körper

8 Weitenverstellung

9 Differenzverstärker

10 Analog-Digital-Wandler

11 digitale Daten 12 Auswerteeinrichtung

13 Auswerteergebnis

14 Transceiver

15 drahtlose Übertragung

16 Empfangseinrichtung 17, 18, 19 Verdrahtung

20 Signalerfassungseinrichtung

21 Verbreiterung

22 Speicher A, B, C Gurtmodule D Diagonalriemen

X, Y, Z Verbindung

Dl, D2 Anknüpfstellen

Claims

Patentansprüche

1. Medizinischer Brustgurt (1) mit einer Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) zur Erfassung von elektrischen Si- gnalen auf einer Körperoberfläche (6) mit: zwei brustseitigen Elektroden (2, 3), welche nichthaf- tend sind und eine Verstärkungsschicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf der dem Körper zugewandten Seite aufweisen, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahmefähig und wasserabgabefähig ist; einer rückseitigen Referenzelektrode (4), welche derart großflächig und flexibel ausgeführt ist, dass sich von dem Körper (7) abgegebene Feuchte (5) zwischen der Referenzelektrode (4) und dem Körper (7) akkumuliert und einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper (7) und der Referenzelektrode (4) schafft.

2. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Referenzelektrode (4) kohlenstoffimprägniertes Silikon aufweist.

3. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt Neopren aufweist.

4. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt ein Gewebe aufweist.

5. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die brustseitigen Elektroden (2, 3) auf den Brustgurt aufsteckbar sind.

6. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Referenzelektrode (4) mit dem Brustgurt vernäht ist.

7. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroden (2, 3, 4) so angeordnet sind, dass bei einem an den Körper (7) angelegten Brustgurt (1) die brustseitigen Elektroden (2, 3) jeweils links und rechts des Brustbeins (Sternum) auf den unteren Rippenbögen anliegen und die rückenseitige Referenzelektrode (4) zumindest auf einem der Muskelstränge seitlich der Wirbelsäule anliegt.

8. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Differenzverstärker (9) aufweist, der eine elektrische Spannung zwischen den beiden brustseitigen Elektroden (2, 3) verstärkt ausgibt, wobei das Potential der rückenseitige Referenzelektrode (4) als Referenzpotential dient.

9. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Differenzverstärker (9) einen Eingangswiderstand aufweist, der mindestens das 20-fache eines Übergangswiderstandes zwischen einer brustseitigen Elektrode und der Kör- peroberflache aufweist.

10. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Analog-Digital-Wandler (10) zum Digitalisieren der elektrischen Spannung und zur Ausgabe digitaler Daten (11) aufweist.

11. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Analog-Digital-Wandler (10) die elektrische Spannung mit einer Abtastrate von mindestens dem 120-fachen einer Herzschlagfrequenz abtastet und wandelt.

12. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) eine Auswerteeinrichtung (12) zur Analyse der digitalen Daten (11) aufweist und die Auswerteeinrichtung (12) ein Auswerteergebnis (13) liefert.

13. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinrichtung (12) ein Herzportrait erstellt.

14. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der Ansprüche 10 - 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Transceiver (14) zum drahtlosen Übertragen der digitalen Daten (11) oder des Auswerteergebnisses (13) an eine externe Empfangseinrichtung (16) aufweist.

15. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transceiver (14) ein Bluetooth-Transceiver ist.

16. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der Ansprüche 10 - 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Differenzverstärker (9), Analog-Digital-Wandler (10), Transceiver (13) und/oder die Auswerteeinrichtung (12) zwischen den brustseitigen Elektroden (2, 3) angeordnet sind.

17. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 14 - 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinrichtung (12) an den Transceiver (14) gekoppelt ist und von dem Transceiver (14) empfangene externe Kommandos ausführt.

18. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die brustseitigen Elektroden (2, 3) symmetrisch um die Signalerfassungseinrichtung (20) angeordnet sind und über jeweils gleich lange Leitungen (18, 19) an den Differenzver- stärker (9) gekoppelt sind.

19. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt einen diagonalen Schultertrageriemen (D) aufweist, der an einer der Körpervorderseite anliegenden Stelle (Dl) und an einer der Körperrückenseite anliegenden Stelle (D2) des Brustgurtes befestigt ist.

20. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurtumfang aus mindestens zwei Modulen (A, B, C) , die aneinander verbindbar sind, zusammengesetzt ist.